[发明专利]一种实时微调送丝实现非熔化极电弧高精度增材成形的装置及方法

说明书

本发明公开一种实时微调送丝实现非熔化极电弧高精度增材成形的装置及方法，该装置包括：非熔化极电弧增材枪、送丝微调机构、三维相机和连接夹具；非熔化极电弧增材枪、三维相机分别通过连接夹具上的增材枪连接座、相机连接座固定连接，连接夹具通过连接法兰与外设的运动执行机构相连，能利用外部执行机构带动电弧增材枪按照设定路径进行增材制造。该装置能够根据计算的增材表面在增材前进方向上的高度变化趋势，通过控制送丝微调机构调节送丝高度，进而控制熔滴过渡方式，有效改善增材的成形质量。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造技术领域，尤其涉及一种实时微调精准送丝实现非熔化极电弧高精度增材成形的装置及方法。

背景技术

电弧增材制造技术是利用电弧热源熔化丝材，按照模型特征规划好的路径逐层堆积制造金属构件的方法。按照电弧的种类可分为熔化极电弧增材和非熔化极电弧增材两类。

与熔化极电弧增材相比，非熔化极电弧增材中电弧和丝材独立控制，电弧挺度高、稳定性好，增材成形精度较高，因此对于成形及质量要求较高的构件增材，优先选用非熔化极电弧作为增材热源。

非熔化极电弧增材一般采用旁轴送丝添加填充材料，其焊丝末端到工件表面的距离决定了熔滴的过渡方式：当焊丝端部到工件表面距离较短时，熔滴过渡形式为搭桥过渡，熔滴过渡平稳；当焊丝端部到工件表面距离较长时，熔滴过渡为自由过渡或大滴过渡，并且焊丝距离工件表面的高度不同，产生熔滴的大小、温度及过渡速度不同，会对熔覆层表面成形造成不同程度的影响。因此对于非熔化极电弧增材而言，一般优先选用搭桥过渡形式增材。而电弧增材熔覆层表面往往有一定的高低起伏，高度不会完全一致，表面高度差会影响熔滴过渡形式，因此需要在非熔化极电弧增材过程中实时微调送丝高度，才能够进一步提升增材成形精度。

目前现有的电弧调整方法主要是利用弧长传感手段调节焊枪高度，焊枪高度变化会影响电弧形态及稳定性，并非实时调节丝材至熔覆层表面的高度，不能有效改善增材件成形。专利《用于丝材等离子弧增材制造的激光测距装置及测控方法》(申请号：201710022695.7)公开了一种用于丝材等离子弧增材制造的激光测距装置及测控方法，利用非接触式激光位移传感器测量焊枪与堆敷层之间的距离，计算堆敷层的层高以确定下一堆敷层起弧时的焊枪高度，并未实现精准送丝、提高增材成形质量的目的，仅消除了增材成形过程中的堆积方向累积误差。

发明内容：

本发明的目的是提供了一种实时微调精准送丝实现非熔化极电弧高精度增材成形的装置及方法，可避免由于增材熔覆层表面高低起伏，焊丝端部到熔覆层表面距离不同，使得熔滴过渡不稳定、熔池流动发生突变，造成增材成形不良等问题，能够进一步提升非熔化电弧增材成形及质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种实时微调送丝位置实现非熔化极电弧高精度增材成形的装置，包括：

非熔化极电弧增材枪、送丝微调机构、三维相机和连接夹具；非熔化极电弧增材枪、三维相机分别通过连接夹具上的增材枪连接座、相机连接座固定连接，连接夹具通过连接法兰与外设的运动执行机构相连，能利用外部执行机构带动电弧增材枪按照设定路径进行增材制造。

非熔化极电弧增材枪为钨极惰性气体保护焊枪或等离子弧焊枪。

送丝微调机构包括微调滑块、连接杆和角度可调的导丝管夹具，可以通过调节角度可调的导丝管夹具的角度调整送丝角度。送丝微调机构通过微调滑块与增材枪连接座侧面的滑槽滑动连接，用于调整焊丝端部到增材熔敷层表面的距离，调节范围为-Φ～1.5Φ，Φ为填充丝材的直径，调节精度为0.1mm。

三维相机实时测量熔覆层表面高度差，并能测量和计算出相邻焊道中心间距。三维相机视场有效半径为4mm-50mm，测量精度为0.05mm。

系统控制满足：

增材过程中，三维相机实时测量熔敷层表面高度差Δh、道间距偏差Δb。