專利名稱：一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)和方法
一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本申請屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
快速成形是基于離散/堆積成形原理，將根據(jù)目的成形零件的形狀制作的零件三維模型，沿某一坐標方向按一定的厚度進行分層切片處理，然后由焊接電弧將金屬絲材熔化，按既定的成形路徑堆積成形每一薄層，層層堆積最終形成三維實體零件。
現(xiàn)有的快速成形技術(shù)常采用激光成形技術(shù)和熔焊成形技術(shù)，一般是采用激光或者電弧作為熱源，將填充材料熔化并堆積在基板上，一層一層進行堆積，一層完成后調(diào)節(jié)基板或焊接裝置的高度，繼續(xù)進行下一層的堆積，直至完成整個零件模型。
但是，由于在成形過程中，熱量的不斷積累會導(dǎo)致熔池的溫度逐漸升高，而熔池的溫度變化會導(dǎo)致凝固的焊道形狀變化，當熔池的溫度過高或過低都會導(dǎo)致焊道的形狀不規(guī)則，進而使得成形零件的表面精度受影響。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本申請的目的在于提供一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，使完成的零件表面平整光滑。
為保證本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成的系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用，還提供了一種等離子焊接快速成形的方法。
—種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，包括中心控制器、焊接裝置、等離子電源和溫度控制裝置；
所述中心控制器，用于根據(jù)目的成形零件的形狀建模，并對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制所述等離子電源工作模式的控制信號;
所述等離子電源，用于依據(jù)所述控制信號啟動與所述控制信號對應(yīng)的工作模式， 并輸出與所述工作模式對應(yīng)的工作電流；
所述焊接裝置，用于依據(jù)所述工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲， 并在基板的表面所述成形路徑堆積成形一層，逐層堆積形成實體目的成形零件；
所述溫度控制裝置，用于在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率，從而實現(xiàn)對熔池溫度的控制。
上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括
測溫儀，用于對所述熔池的溫度進行測量；
調(diào)節(jié)器，用于將所述測溫儀測得的熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，并依據(jù)比較結(jié)果對所述等離子電源的輸出功率進行調(diào)節(jié)。
上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述焊接裝置包括焊接控制器、焊接機器人、焊槍和變位機；
所述焊接控制器，用于依據(jù)所述中心控制器的焊接成形路徑代碼生成焊槍路徑軌跡和變位機移動軌跡；
所述焊接機器人，用于夾持所述焊槍，并依據(jù)所述焊槍路徑軌跡移動，使得焊槍移動的軌跡與所述焊槍路徑軌跡相同；
所述焊槍，用于依據(jù)所述等離子電源的工作電流，產(chǎn)生等離子電弧熔化預(yù)設(shè)的焊絲，使所述焊絲熔融后沿著預(yù)設(shè)的焊槍路徑軌跡分布，逐層堆積至所述基板上；
所述變位機，用于固定所述的基板，并依據(jù)所述焊接控制器的變位機移動軌跡運動。
上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述等離子電源包括
等離子維弧電源，用于為所述焊槍提供起弧電流，所述起弧電流用于觸發(fā)所述焊槍的維弧；
等離子主弧電源，由所述等離子維弧電源觸發(fā)，用于為所述焊槍提供工作電流，在所述焊槍的維弧觸發(fā)后，由所述工作電流在所述焊槍與所述基板之間產(chǎn)生主弧；所述主弧用于熔化焊絲。
上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述焊接裝置還包括
送絲機，用于依據(jù)所述預(yù)設(shè)的送絲速度對所述焊槍傳輸焊絲。
上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述焊接裝置還包括
冷卻水箱，用于提供對所述焊槍進行降溫的冷卻水。
—種等離子焊接快速成形的方法，應(yīng)用于如上述任意一項所述的系統(tǒng)中，包括
中心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，并對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制所述等離子電源工作模式的控制信號；
等離子電源依據(jù)所述控制信號啟動與所述控制信號對應(yīng)的工作模式，并輸出與所述工作模式對應(yīng)的工作電流；
焊接裝置依據(jù)所述工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，并在基板的表面所述成形路徑堆積成形一層，逐層堆積形成實體目的成形零件；
溫度控制裝置在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率，從而實現(xiàn)對熔池溫度的控制。
上述的方法，優(yōu)選的，溫度控制裝置在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率包括
對所述熔池的溫度進行測量；
將所述熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，并依據(jù)比較結(jié)果對所述等離子電源的輸出功率進行調(diào)節(jié)。
一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，包括本申請?zhí)峁┮环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，包括中心控制器、焊接裝置、等離子電源和溫度控制裝置；本申請?zhí)峁┮环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，中心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制等離子電源工作模式的控制信號；等離子電源依據(jù)控制信號啟動與控制信號對應(yīng)的工作模式；焊接裝置依據(jù)該工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，形成熔池，并在成形基板的表面，沿著焊接成形路徑，逐層堆積形成實體目的成形零件。本申請?zhí)峁┑南到y(tǒng)，利用溫度控制裝置調(diào)節(jié)等離子電源的輸出功率，進而控制熔池的溫度，從而提高了成形零件的精度。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
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圖構(gòu)示意圖示意圖結(jié)構(gòu)示意圖
圖原理圖
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閱;
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圖體流程圖。I是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I 2是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I的結(jié)構(gòu)不意圖； 中等離子電源的結(jié)3是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I中焊接裝置的結(jié)構(gòu) 4是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I中溫度控制裝置的 5是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I的反饋系統(tǒng)的工作6是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例2 7是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)不意圖2的應(yīng)用場景示意8是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的方法實施例I的流程圖9是本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的方法實施例I中步驟S104的具具體實施方式
為使本申請實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
參見圖1，示出了本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖，包括中心控制器101、等離子電源102、焊接裝置103和溫度控制裝置104 ；
其中，所述中心控制器101用于根據(jù)目的成形零件的形狀建模，并對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制所述等離子電源工作模式的控制信號；
中心控制器101中含有CAD (Computer Aided Design,計算機輔助設(shè)計)軟件(如 PR0/E建模軟件)、切片軟件等。
中心控制器101首先使用CAD軟件PR0/E對目的成形三維實體零件進行精確的建模，使得目的成形零件的結(jié)構(gòu)精確呈現(xiàn)在建立的模型中，最后利用切片軟件將建立的三維模型進行切片分層，得到各層截面的二維輪廓信息，利用單道焊道數(shù)據(jù)對二維輪廓進行填充，最終生成焊接裝置103進行焊接時的焊接成形路徑代碼。
與焊接成形路徑代碼對應(yīng)的，還有以及控制所述等離子電源102工作模式的控制信號。
每種等離子電源工作模式對應(yīng)不同的參數(shù)選擇信息，如電流幅值、占空比等。
其中，所述等離子電源102用于依據(jù)所述控制信號啟動與所述控制信號對應(yīng)的工作模式，并輸出與所述工作模式對應(yīng)的工作電流；
等離子電源具有多種工作模式，每種工作模式對應(yīng)產(chǎn)生的工作電流不同，工作電流與焊槍1033廣生的主弧相關(guān)。
由于各種目的成形零件的材質(zhì)、厚度等條件不同，因此成形的工藝參數(shù)也不同，因此當對某一種目的成形零件進行焊接快速成形時，需要等離子電源啟動某一種工作模式產(chǎn)生工作電流，該工作電流能夠使焊槍1033產(chǎn)生合適的電弧能量，使成形零件獲得最佳的成形質(zhì)量。
等離子電源102為焊接裝置103提供工作電流，使得焊接裝置103的焊接部件焊槍能夠在工作電流的作用下生成電弧，熔化焊絲進行焊接成形。
參見圖2，示出了本申提供的一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I中等離子電源102的結(jié)構(gòu)示意圖，所述等離子電源102包括等離子維弧電源1021和等離子主弧電源 1022 ；
其中，所述等離子維弧電源1021用于為所述焊槍1033提供起弧電流，由所述起弧電流觸發(fā)所述焊槍1033的維弧；
由于等離子焊接的電弧和普通的氬弧焊不同，氬弧焊焊槍的鎢極外漏，因此與焊接工件之間的距離很近，容易起弧，電弧是發(fā)散的，而等離子焊接的原理是在氬弧焊的基礎(chǔ)上，焊槍的鎢極收縮在壓縮噴嘴內(nèi)部，因此鎢極距離工件較遠，不容易起弧，因此需要首先通過等離子維弧電源1021在焊槍1033的壓縮噴嘴和鎢極之間產(chǎn)生維弧，并且使維弧的焰流和基板導(dǎo)通形成主弧。
其中，所述等離子主弧電源1022由所述等離子維弧電源觸發(fā)，用于為所述焊槍 1033提供工作電流，由所述工作電流觸發(fā)所述焊槍1033與所述基板成形之間產(chǎn)生的主弧； 所述主弧用于熔化焊絲，并在基板的表面按預(yù)設(shè)的成形路徑堆積成形一薄層，逐層堆積形成實體目的成形零件；
主弧能量的大小與等離子主弧電源1022提供的工作電流的幅值和占空比相關(guān)， 工作電流和占空比越大，主弧的能量越高。實際實施中，可根據(jù)成形的質(zhì)量以及切片層厚等對等離子主弧電源1022提供的工作電流的幅值和/或占空比進行調(diào)節(jié)。
實際實施中，中心控制器101可直接發(fā)出調(diào)用等離子電源102工作模式的JOB號， 每種工作模式對應(yīng)一個JOB號。等離子電源102接收到該JOB號后，直接確定對應(yīng)的工作模式下的工藝參數(shù)。
其中，所述焊接裝置103依據(jù)所述工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，并在基板的表面所述成形路徑堆積成形一層，逐層堆積形成實體目的成形零件。
參見圖3，示出了本申提供的一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I中焊接裝置103的結(jié)構(gòu)示意圖，所述焊接裝置103包括焊接控制器1031、焊接機器人1032、焊槍1033和變位機1034 ；
其中，所述焊接控制器1031用于依據(jù)所述中心控制器101的焊接成形路徑代碼生成焊槍1033路徑軌跡和變位機1034移動軌跡；
焊接控制器1031直接控制夾持焊槍1033的焊接機器人1032和變位機1034，將中心控制器101發(fā)出的焊接成形路徑代碼傳輸給焊接控制器1031，焊槍1033沿著目的成形零件分層的每一層中的焊槍路徑軌跡移動，以及控制變位機1034按照成形移動軌跡運動。
其中，所述焊接機器人1032用于夾持所述焊槍1033，并依據(jù)所述焊接控制器1031 的焊槍1033路徑軌跡移動，使得焊槍1033的移動軌跡與所述焊槍1033路徑軌跡相同；
焊接機器人1032受所述焊接控制器1031控制，依據(jù)焊接控制器1031發(fā)送的焊槍 1033路徑軌跡移動，使焊接機器人1032夾持的焊槍1034運行到預(yù)設(shè)的焊槍路徑軌跡中。
其中，所述焊槍1033用于依據(jù)所述等離子電源102的工作電流，產(chǎn)生等離子電弧熔化預(yù)設(shè)的焊絲，使所述焊絲熔化后沿著預(yù)設(shè)的焊槍1033路徑軌跡分布，逐層堆積至所述基板上；
等離子電弧包括維弧和主弧兩個部分。
維弧是用于使焊槍1033的壓縮噴嘴和鎢極之間電路聯(lián)通的，當焊槍1033的壓縮噴嘴和鎢極之間產(chǎn)生維弧后，后續(xù)的焊接工作的等離子電弧是指主弧。
其中，所述變位機1034用于固定所述基板，并依據(jù)所述焊接控制器1031的變位機移動軌跡運動。
變位機1034首先固定基板，并根據(jù)焊接控制器1031的程序指令，并以翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動的方式運動，焊接機器人1032夾持焊槍1033在基板上運動，根據(jù)路徑規(guī)劃的方式，必要時結(jié)合變位機1034的移動，進行快速成形。
例如當目的成形零件為軸對稱的柱形時，為減小焊接過程的復(fù)雜程度，只需將目的成形零件的中心軸作為旋轉(zhuǎn)軸，使基板在變位機1034上旋轉(zhuǎn)。在焊接成形某一層時，將焊槍1033的位置固定，只將變位機1034轉(zhuǎn)動，就可以形成圓環(huán)狀的焊道成形，當目的成形零件的一層成形完畢后，將焊槍1033的位置提高一層的距離，變位機1034重復(fù)運動，實現(xiàn)下一層的堆積。
其中，所述溫度控制裝置104，用于在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率，從而實現(xiàn)對熔池溫度的控制。
溫度控制裝置104對熔池的溫度進行測量，并將測量的溫度值經(jīng)過預(yù)設(shè)的計算規(guī)則進行分析計算，得到反饋信號，由該反饋信號對等離子電源102輸出的工作電流功率進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對焊槍1033的功率的調(diào)節(jié)，使得熔池的溫度保持在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定， 使熔池冷卻形成的焊道規(guī)則，進而使得成形零件表面平整。
參見圖4，示出了本申提供的一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例I中溫度控制裝置104的結(jié)構(gòu)示意圖，所述溫度控制裝置104包括測溫儀1041和調(diào)節(jié)器1042 ；
其中，所述測溫儀1041用于對所述熔池的溫度進行測量；
焊接快速成形的過程是將填充材料即焊絲不斷填充到在電弧(維弧和主弧)作用下產(chǎn)生的熔池內(nèi)，凝固形成單道焊道，逐道逐層沉積形成零件，因此在填充材料不斷堆積的過程中，在電弧的熱輸入不變的情況下，隨著堆積道數(shù)和層數(shù)的增加，熱量不斷累積，從而導(dǎo)致熔池的溫度不斷升高。而熔池是依靠電弧熔化焊絲和部分基體形成的，熔池不斷凝固形成焊道，因此熔池的形狀決定了焊道的形狀。而熔池的溫度升高將改變?nèi)鄢氐男螤睿M而影響焊道的形狀，最終使得成形零件的表面精度受影響。
因此需要對熔池的溫度進行控制，進而提高成形零件的表面精度。
測溫儀1041實時對熔池的溫度進行測量，并將測得的溫度傳輸至調(diào)節(jié)器1042進行分析。
由于熔池的溫度很高，直接測量不易實現(xiàn)，在具體操作中，可采用紅外熱像儀進行測量。
其中，所述調(diào)節(jié)器1042用于將所述測溫儀1041測得的熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，并依據(jù)比較結(jié)果對所述等離子電源102的輸出功率進行調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)器1042將所述測溫儀1041測得的熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，當溫度高于預(yù)設(shè)溫度時，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號，使等離子電源102輸出的工作電流的強度或占空比減小，進而使熔池溫度降低；當溫度低于預(yù)設(shè)溫度時，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號，使等離子電源102輸出的工作電流的強度增大，進而使熔池的溫度升高。
測溫儀1041、等離子電源102和調(diào)節(jié)器1042組成一個閉合系統(tǒng)，實時反饋熔池的溫度并調(diào)整，實現(xiàn)對焊接快速成形過程進行調(diào)整，保證焊道形狀在最小的尺寸范圍內(nèi)變化， 使成形零件表面的精度高。
調(diào)節(jié)器1042對等離子電源102的輸出功率進行調(diào)節(jié)的方法可為對等離子電源輸出的工作電流的占空比進行調(diào)節(jié)和/或?qū)Φ入x子電源輸出的工作電流的幅值進行調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)器1042將測溫儀1041得到的熔池的溫度T與預(yù)設(shè)的溫度值TO相減，得到溫度差值，當所述溫度差值大于O時，則需要降低熔池的溫度，調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的占空比，使其占空比減小，進而降低熱輸入量；或是調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的幅值，使其幅值減小，進而使得焊槍1033產(chǎn)生電弧能量降低；最終使得熔池溫度波動變小。
調(diào)節(jié)器1042將測溫儀1041得到的熔池的溫度Tl與預(yù)設(shè)的溫度值TO相減，得到溫度差值，當所述溫度差值小于O時，則需要升高熔池的溫度。調(diào)節(jié)器1042調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的占空比，使其占空比增大，進而使得電弧的能量升高；或者調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的幅值，使其幅值增大，同樣可以提高電弧的能量；最終達到升高熔池溫度的目的。
實際實施中，對等離子電源輸出的電流的調(diào)節(jié)可以只調(diào)節(jié)占空比或是只調(diào)節(jié)幅值，也可同時調(diào)節(jié)占空比和幅值。
參見圖5，示出了測溫儀、調(diào)節(jié)器和等離子電源組成的反饋系統(tǒng)的工作原理圖，變換器和PID控制器組成調(diào)節(jié)器1042，焊接電源就是等離子電源102。
將熔池的預(yù)設(shè)溫度TO和測溫儀1041測得的熔池的溫度T相減，計算得到的差值 AT變換為電壓值ΛΕ，ΛΕ經(jīng)過PID運算，依據(jù)將PID運算得到的結(jié)果對等離子電源102 進行調(diào)整，使等離子電源102輸出的電信號隨之調(diào)制變化，進而改變了熔池的溫度，測溫儀 1041繼續(xù)對熔池溫度進行測量，并負反饋，與預(yù)設(shè)溫度TO相減，以此循環(huán)。
由上述可知，本實施例I提供的一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，包括中心控制器、等離子電源、焊接裝置和溫度控制裝置。中心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制等離子電源工作模式的控制信號；等離子電源依據(jù)控制信號啟動與控制信號對應(yīng)的工作模式；焊接裝置依據(jù)該工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，形成熔池，并在成形基板的表面，沿著焊接成形路徑，逐層堆積形成實體目的成形零件。本實施例提供的系統(tǒng)，利用溫度控制裝置調(diào)節(jié)等離子電源的輸出功率，進而控制熔池的溫度，實時對焊接過程進行調(diào)整，保證焊道形狀變化較小，從而提高了成形零件的精度。
參見圖6，示出了本申提供的一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖3所示的所述焊接裝置103的結(jié)構(gòu)中還包括送絲機1035和冷卻水箱1036 ；
其中，所述送絲機1035用于依據(jù)預(yù)設(shè)的送絲速度，對所述焊槍1033傳輸焊絲；
根據(jù)目的成形零件材質(zhì)等選擇焊絲，通過所述送絲機1035為焊槍1033提供焊絲， 焊絲的供應(yīng)速度與焊槍1033的工作情況相關(guān)，當送絲速度加快時，需要提高電弧的能量。 反之，降低電弧的能量。同時焊絲的供應(yīng)速度和所預(yù)先設(shè)定的焊道形狀以及切片的層厚是相關(guān)的。當需要每一層厚度增加時，需要提高送絲速度。送絲速度可以是中心控制器101 生成焊接成形路徑代碼時，依據(jù)該焊接成形路徑預(yù)設(shè)，并傳輸?shù)剿徒z機1035中。
該送絲機1035和焊接裝置103 —起與等離子電源102相連，當?shù)入x子電源102 啟動主弧時，送絲機1035的同步開始供應(yīng)焊絲，而當主弧熄滅時，送絲停止，保證了送絲機 1035和等離子電源102工作進度配合。
其中，所述冷卻水箱1036用于提供對所述焊槍1033進行降溫的冷卻水。
焊槍1033在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，但過高的溫度會導(dǎo)致焊槍1033損壞， 因此在焊接成形過程中，需要對焊槍1033進行降溫，本實施例中采用的是由冷卻水降溫， 冷卻水箱1036直接為焊槍1033提供降溫的冷卻水。
由上述可知，本實施例2提供的一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，包括送絲機和冷卻水箱。送絲機根據(jù)預(yù)設(shè)的送絲速度以及等離子電源輸出情況實時為焊槍提供焊絲，保證焊接時的填充材料的供應(yīng)。冷卻水箱為焊槍提供冷卻水降溫，保證焊槍能夠持續(xù)正常工作。
參見圖7示出了本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例2的應(yīng)用場景不意圖。
中心控制器101 —般采用計算機，在計算機中安裝有CAD軟件(例如PR0/E建模軟件)、切片軟件等；
焊接控制器103置于焊接控制箱中，由通信電纜與中心控制器101相連，中心控制器101生成的焊接成形路徑代碼信號通過通信電纜傳輸?shù)胶附涌刂破?03中；
等離子電源102和中心控制器101相連，接收中心控制器101發(fā)出的JOB號，并確定該JOB號對應(yīng)的工作模式；
焊接機器人1032和所述焊接控制器1031相連，根據(jù)焊接成形路徑代碼使得焊槍 1033沿著規(guī)劃的路徑移動；
變位機1034和所述焊接控制器1031相連，根據(jù)路徑規(guī)劃情況，所述焊接控制器 1031控制變位機1034移動；
測溫儀1041、調(diào)節(jié)器1042和等離子電源102相連，三者組成測溫反饋系統(tǒng)，對快速成形過程中的熔池溫度進行實時調(diào)整，保證的目的零件的成形精度；
送絲機1035與等離子電源102相連，和焊槍1033同時接受等離子電源102的電信號，與焊槍1033同步運行，為焊槍1033提供焊絲；
冷卻水箱1036與焊槍1033相連，為焊槍1033提供循環(huán)冷卻水進行降溫。
與上述本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)實施例相對應(yīng)的，本申請中還提供了一種等離子焊接快速成形的方法實施例。
參見圖8，示出了本申提供的一種等離子焊接快速成形的方法實施例I的流程圖， 包括
步驟SlOl :中心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，并對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼以及生成控制所述等離子電源工作模式的控制信號；
中心控制器101中含有CAD軟件(如PR0/E建模軟件)、切片軟件等。
中心控制器101首先使用CAD軟件如PR0/E對三維實體零件進行精確的建模，使得目的成形零件的結(jié)構(gòu)精確呈現(xiàn)在建立的模型中，最后利用切片軟件將建立的三維模型進行切片分層，得到各層截面的二維輪廓信息，按照單道焊道的形狀信息對二維輪廓進行填充，最終生成焊接裝置103進行快速成形時的成形路徑代碼。
與焊接成形路徑代碼對應(yīng)的，還有以及控制所述等離子電源102工作模式的控制信號。
每種等離子電源工作模式對應(yīng)不同的參數(shù)選擇信息，如電流幅值、占空比等。
步驟S102 :等離子電源依據(jù)所述控制信號啟動與所述控制信號對應(yīng)的工作模式， 并在所述工作模式中輸出工作電流給所述焊接裝置；
等離子電源具有多種工作模式，每種工作模式對應(yīng)產(chǎn)生的工作電流不同，工作電流與焊槍1033廣生的主弧能量相關(guān)。
由于各種目的成形零件的材質(zhì)、尺寸等條件不同，熔化所述目的成形零件成形的填充材料的熔池所需的主弧能量不同，因此當對某一種目的成形零件進行焊接快速成形時，需要等離子電源調(diào)整工作電流，以滿足焊道成形質(zhì)量，最終提高快速成形零件的精度成形。
等離子電源102為焊接裝置103提供工作電流，使得焊接裝置103的焊接部件焊槍能夠在工作電流的作用下生成電弧，熔化焊絲進行焊接快速成形。
實際實施中，中心控制器101可直接發(fā)出調(diào)用等離子電源102工作模式的JOB號， 每種工作模式對應(yīng)一個JOB號。等離子電源102接收到該JOB號后，直接確定對應(yīng)的工作模式。
步驟S103 :焊接裝置依據(jù)所述工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲， 并在基板的表面所述成形路徑堆積成形一層，逐層堆積形成實體目的成形零件；
等離子電源102為焊接裝置103提供電流，焊接裝置103在工作電流的作用下產(chǎn)生電弧將填充的焊絲熔化，形成熔池，冷卻凝固后形成焊道，沿著所述焊接成形路徑，逐道逐層成形堆積形成實體目的成形零件。
S104:溫度控制裝置在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率，從而實現(xiàn)對熔池溫度的控制。
溫度控制裝置104對熔池的溫度進行測量，并將測量的溫度值經(jīng)過預(yù)設(shè)的計算規(guī)則進行分析計算，得到反饋信號，由該反饋信號對等離子電源102輸出的工作電流功率進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對焊槍1033的功率的調(diào)節(jié)，使得熔池的溫度保持在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定， 使熔池冷卻形成的焊道規(guī)則，進而使得成形零件表面平整。
參見圖9，示出了本申請?zhí)峁┑囊环N等離子焊接快速成形的方法實施例I步驟 S104的具體流程圖，所述步驟S104包括
步驟S1041 :對所述熔池的溫度進行測量；
焊接快速成形的過程是將填充材料即焊絲不斷填充到在電弧(維弧和主弧)作用下產(chǎn)生的熔池內(nèi)，按照焊槍1033的路徑軌跡形成的焊道和建模切片時的分層，逐道逐層沉積形成的零件，因此在填充材料不斷沉積的過程中，在電弧的熱輸入不變的情況下，隨著堆積道數(shù)和層數(shù)的增加，熱量不斷累積，從而導(dǎo)致熔池的溫度不斷升高。而熔池是依靠電弧熔化焊絲和部分基體形成的，熔池不斷凝固形成焊道，因此熔池的形狀決定了焊道的形狀。而熔池的溫度升高將改變?nèi)鄢氐男螤睿M而影響焊道的形狀，最終使得成形零件的表面精度受影響。
因此需要對熔池的溫度進行控制，進而提高成形零件的表面精度
測溫儀1041實時對熔池的溫度進行測量，并將測得的溫度傳輸至調(diào)節(jié)器1042進行分析。
由于熔池的溫度很高，直接測量不易實現(xiàn)，在具體操作中，可采用紅外熱像儀進行 測量。
步驟S1042 :將所述熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，并依據(jù)比較結(jié)果對所述等離子電源102的輸出功率進行調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)器1042將所述測溫儀1041測得的熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，當溫度高于預(yù)設(shè)溫度時，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號，使等離子電源102輸出的工作電流的強度或占空比減小，進而使熔池溫度降低；當溫度低于預(yù)設(shè)溫度時，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號，使等離子電源102輸出的工作電流的強度增大，進而使熔池的溫度升高。
測溫儀1041、等離子電源102和調(diào)節(jié)器1042組成一個閉合系統(tǒng)，實時反饋熔池的溫度并調(diào)整，實現(xiàn)對焊接快速成形過程進行調(diào)整，保證焊道形狀在最小的尺寸范圍內(nèi)變化， 使成形零件表面的精度高。
調(diào)節(jié)器1042對等離子電源102的輸出功率進行調(diào)節(jié)的方法可為對等離子電源輸出的工作電流的占空比進行調(diào)節(jié)和/或?qū)Φ入x子電源輸出的工作電流的幅值進行調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)器1042將測溫儀1041得到的熔池的溫度T與預(yù)設(shè)的溫度值TO相減，得到溫度差值，當所述溫度差值大于O時，則需要降低熔池的溫度，調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的占空比，使其占空比減小，進而降低熱輸入量；或是調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的幅值，使其幅值減小，進而使得焊槍1033產(chǎn)生電弧能量降低；最終使得熔池溫度波動變小。
調(diào)節(jié)器1042將測溫儀1041得到的熔池的溫度Tl與預(yù)設(shè)的溫度值TO相減，得到溫度差值，當所述溫度差值小于O時，則需要升高熔池的溫度。
調(diào)節(jié)器1042調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的占空比，使其占空比增大，進而使得電弧的能量升高；或者調(diào)節(jié)等離子電源102的工作電流的幅值，使其幅值增大，同樣可以提高電弧的能量；最終達到升高熔池溫度的目的。
實際實施中，對等離子電源輸出的電流的調(diào)節(jié)可以只調(diào)節(jié)占空比或是只調(diào)節(jié)幅值，也可同時調(diào)節(jié)占空比和幅值。
由上述可知，本實施例I提供的一種等離子焊接快速成形的方法，包括中心控制器、等離子電源、焊接裝置和溫度控制裝置沖心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制等離子電源工作模式的控制信號；等離子電源依據(jù)控制信號啟動與控制信號對應(yīng)的工作模式；焊接裝置依據(jù)該工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，形成熔池，并在成形基板的表面，沿著焊接成形路徑，逐層堆積形成實體目的成形零件。本申請?zhí)峁┑南到y(tǒng)，利用溫度控制裝置調(diào)節(jié)等離子電源的輸出功率，進而控制熔池的溫度，從而提高了成形零件的精度。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。
以上所述僅是本申請的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，其特征在于，包括中心控制器、焊接裝置、等離子電源和溫度控制裝置；所述中心控制器，用于根據(jù)目的成形零件的形狀建模，并對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制所述等離子電源工作模式的控制信號；所述等離子電源，用于依據(jù)所述控制信號啟動與所述控制信號對應(yīng)的工作模式，并輸出與所述工作模式對應(yīng)的工作電流；所述焊接裝置，用于依據(jù)所述工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，并在基板的表面所述成形路徑堆積成形一層，逐層堆積形成實體目的成形零件；所述溫度控制裝置，用于在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率，從而實現(xiàn)對熔池溫度的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括測溫儀，用于對所述熔池的溫度進行測量；調(diào)節(jié)器，用于將所述測溫儀測得的熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，并依據(jù)比較結(jié)果對所述等離子電源的輸出功率進行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接裝置包括焊接控制器、焊接機器人、焊槍和變位機； 所述焊接控制器，用于依據(jù)所述中心控制器的焊接成形路徑代碼生成焊槍路徑軌跡和變位機移動軌跡；所述焊接機器人，用于夾持所述焊槍，并依據(jù)所述焊槍路徑軌跡移動，使得焊槍移動的軌跡與所述焊槍路徑軌跡相同；所述焊槍，用于依據(jù)所述等離子電源的工作電流，產(chǎn)生等離子電弧熔化預(yù)設(shè)的焊絲，使所述焊絲熔融后沿著預(yù)設(shè)的焊槍路徑軌跡分布，逐層堆積至所述基板上；所述變位機，用于固定所述基板，并依據(jù)所述焊接控制器的變位機移動軌跡運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子電源包括等離子維弧電源，用于為所述焊槍提供起弧電流，所述起弧電流用于觸發(fā)所述焊槍的維弧；等離子主弧電源，由所述等離子維弧電源觸發(fā)，用于為所述焊槍提供工作電流，在所述焊槍的維弧觸發(fā)后，由所述工作電流在所述焊槍與所述基板之間產(chǎn)生主弧；所述主弧用于熔化焊絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接裝置還包括送絲機，用于依據(jù)所述預(yù)設(shè)的送絲速度對所述焊槍傳輸焊絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接裝置還包括冷卻水箱，用于提供對所述焊槍進行降溫的冷卻水。
7.一種等離子焊接快速成形的方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求1-7任意一項所述的系統(tǒng)中，包括中心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，并對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制所述等離子電源工作模式的控制信號；等離子電源依據(jù)所述控制信號啟動與所述控制信號對應(yīng)的工作模式，并輸出與所述工作模式對應(yīng)的工作電流；焊接裝置依據(jù)所述工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，并在基板的表面所述成形路徑堆積成形一層，逐層堆積形成實體目的成形零件；溫度控制裝置在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率，從而實現(xiàn)對熔池溫度的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，溫度控制裝置在成形過程中對熔池的溫度進行實時測量，對測量得到的溫度值進行分析得到反饋信號，并依據(jù)反饋信號調(diào)整工作電流的功率包括對所述熔池的溫度進行測量；將所述熔池的溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，并依據(jù)比較結(jié)果對所述等離子電源的輸出功率進行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本申請?zhí)峁┮环N等離子焊接快速成形的系統(tǒng)，中心控制器根據(jù)目的成形零件的形狀建模，對建立的模型進行切片及數(shù)據(jù)處理，生成焊接成形路徑代碼，以及生成控制等離子電源工作模式的控制信號；等離子電源依據(jù)控制信號啟動與控制信號對應(yīng)的工作模式；焊接裝置依據(jù)該工作模式下的工藝參數(shù)產(chǎn)生電弧熔化填充的焊絲，形成熔池，并在成形基板的表面，沿著焊接成形路徑，逐層堆積形成實體目的成形零件。本申請?zhí)峁┑南到y(tǒng)，利用溫度控制裝置調(diào)節(jié)等離子電源的輸出功率，進而控制熔池的溫度，從而提高了成形零件的精度。
文檔編號B23K10/00GK102922108SQ20121044868
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者呂耀輝, 劉玉欣, 徐富家, 舒鳳遠, 徐濱士 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院