[发明专利]一种电子束熔丝沉积熔滴过渡距离的控制方法

摘要

本发明涉及一种电子束熔丝沉积熔滴过渡距离的控制方法，属于增材制造监控技术领域。本发明通过视觉监控的方法，在进行电子束熔丝沉积增材制造成形过程中，实时采集熔滴过渡图像，通过图像处理，获得当前熔滴过渡距离信息，根据该熔滴过渡距离信息，调整送丝高度调节轴的滑块高度，实现了熔滴过渡距离的闭环控制，解决了采用开环控制时的粘丝、沉积不连续等问题，避免了熔池飞溅、大滴过渡等现象，提高了沉积过程的稳定性，进而保证了成形过程和产品质量的一致性，提高了生产效率。

主权项

1.一种电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)向待沉积增材工件上发射一束高能电子束，电子束将连续送入的丝材熔化，形成熔滴，熔滴过渡到待沉积增材工件上，在待沉积增材工件形成熔池，将电子束轴线L1与熔滴轴线L2的交点P₁的纵坐标记为Y₁，将电子束轴线L1与熔池长轴L3的交点P₂的纵坐标记为Y₂，定义熔滴过渡距离为△Y：△Y＝Y1–Y2；(2)开始沉积时，使待沉积增材工件根据设定的轨迹运动，进行电子束熔丝沉积成形；(3)在采样时刻t，实时采集熔滴过渡区域的图像，对熔滴过渡区域的图像进行图像处理，获得熔滴过渡距离，并根据得到的信息，对电子束熔丝沉积增材制造过程中的熔滴过渡距离进行控制，包括以下步骤：(3‑1)获取熔滴过渡区域的图像，并对图像进行增强和去燥处理，得到增强后的熔滴过渡区域图像；(3‑2)提取增强后的熔滴过渡区域图像中的灰度梯度特征，得到灰度梯度图像；(3‑3)对步骤(3‑2)的灰度梯度图像进行阈值分割，得到二值化图像，从二值化图像中检测得到熔池轮廓S2和熔滴轮廓S1；(3‑4)对步骤(3‑3)的熔滴轮廓进行霍夫变换，得到丝材末端的熔滴轴线L2的方程F₁：Y＝K₁X+b₁其中，K₁为熔滴轴线L2的斜率，b₁为熔滴轴线L2的截距，X为横坐标，Y为纵坐标；(3‑5)对步骤(3‑3)的熔池轮廓进行霍夫变换，得到熔池长轴L3的方程F₂：Y＝K₂X+b₂其中，K₂为熔池长轴L3的斜率，b₂为熔池长轴L3的截距，X为横坐标，Y为纵坐标；(3‑6)设电子束轴线的横坐标为X₃，将X₃代入熔滴轴线L2的方程F₁中，求解得到电子束轴线与熔滴轴线的交点P₁的纵坐标Y₁，将X₃代入熔池长轴L3方程F₂中，求解得到电子束轴线与熔池长轴的交点P₂的纵坐标Y₂，进而得到当前熔滴过渡距离△Y_c：△Y_c＝Y1–Y2；(3‑7)根据待沉积增材工件的工艺要求，设定一个目标熔滴过渡距离△Y_o，计算当前熔滴过渡距离△Y_c与目标熔滴过渡距离△Y_o的偏差E：E＝△Y_o－△Y_c，将E作为实时监控的状态量；(3‑8)根据步骤(3‑7)的实时监控状态量E，利用比例‑积分‑微分控制方法，通过下式计算熔滴过渡距离△Y的调整量ε：其中，t为采样时刻，KP为比例‑积分‑微分控制中的比例系数，该比例系数的取值范围为0.1～10，TI为比例‑积分‑微分控制中的积分系数，该比例系数的取值范围为0.01～0.5，TD为比例‑积分‑微分控制中的微分系数，该微分系数的取值范围为0.01～0.5；(3‑9)根据调整量ε，使丝材沿Y轴作相应移动，实现对电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制。