[发明专利]基于机器人的三维数字化激光熔敷系统及其激光修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光熔敷系统，具体地说，涉及一种基于机器人的三维数字化激光熔敷系统及其激光修复方法。

背景技术

在工业生产领域中，许多重大工程装备造价十分昂贵，缺少备件，一旦出现损坏，使生产线中断，有可能造成重大经济损失与人身伤害。同时，这些装备大都价格高，生产周期长，具有较高的修复价值。常规修复技术存在着修复层结合强度低、工件易变形、操作难度大等问题。不仅如此，由于手工操作，修复尺寸不能精确控制，后加工量大，造成财力、物力和时间的浪费，而且对于精度要求高的零件或特殊材料，常规技术几乎无法修复，致使一些贵重部件因得不到修复而报废。因此，迫切需要发展精密可控的快速修复技术，激光熔敷技术就是其中之一。

目前，市场上存在的激光熔敷设备主要包括：

1、以数控机床为运动载体，结合大型CO₂激光器，利用成熟的机床数控加工技术，对工件进行激光加工处理。优点在于，设备简单可靠；控制技术相对成熟；成本较低；缺点在于，工件需要固定在工作台上，无法在线修复，且工件尺寸受到工作台限制；

2、以工业机器人为运动载体，结合大功率光纤传导激光器，利用机器人控制技术，对工件进行激光加工处理；优点在于，设备具有移动性能，可以实现在线修复；机器人控制技术相对成熟；缺点在于，需要人工示教规划机器人加工路径，精度低，劳动量大，而且配套激光器价格较高。

目前，精密数字化的激光修复基本都是在数控机床平台上实现的。工件固定在工作台上，在具有零件原型的CAD/CAM软件支持下，数控系统根据预定轨迹逐层熔敷，最后生成与原型零件同形的三维实体。在数控机床上的大量修复工作都采用逐层二维激光熔敷方法，只能解决部分零件的修复。事实上在生产中还有大量的复杂贵重装备需要三维激光修复技术，特别是不能移动的大型设备需要解决现场在线修复问题。这种大型设备既不能固定到数控机床的工作台上，也无法通过简单的逐层二维熔敷进行修复，因此对激光修复系统提出了新的要求。

机器人作为工业生产中的有效装备，具有使用灵活方便、工作空间大、精度高等特点，是进行三维数字化修复的理想平台。同时，实施大型设备三维修复需要构建工件破损部位的三维模型，而利用激光三维扫描仪多角度多方位地获取物体的三维信息，已经在逆向工程上得到了广泛的应用。因此，将三维模型重构技术、机器人控制技术和激光熔敷技术相结合，开发基于机器人的三维数字化激光熔敷系统，可满足高精度、高灵活、可移动的修复任务需求，可用来完成对大型工件破损部位的在线修复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器人的三维数字化激光熔敷系统，完成对工件破损部位的修复，提高了生产自动化程度，得到了更优的加工精度和质量。

本发明的技术方案如下：

一种基于机器人的三维数字化激光熔敷系统，包括：机器人、激光三维扫描仪、激光焊枪、送粉器和工控机；所述激光三维扫描仪、所述激光焊枪和所述送粉器设置在所述机器人上；机器人，用于接收机器人移动命令，根据所述机器人移动命令移动所述激光三维扫描仪、所述激光焊枪和所述送粉器；激光三维扫描仪，用于接收扫描命令，扫描工件破损部位，得到所述工件破损部位的三维形状和位置信息，并将所述三维形状和位置信息发送到所述工控机；激光焊枪，用于接收激光焊枪修复命令，根据所述激光焊枪修复命令修复所述工件破损部位；送粉器，用于接收送粉器修复命令，根据所述送粉器修复命令将修复原料输送到所述工件破损部位；工控机，用于接收外部指令，解析所述外部指令并生成扫描命令、机器人移动命令、激光焊枪修复命令和送粉器修复命令；用于将所述机器人移动命令发送至所述机器人，用于发送所述扫描命令至所述激光三维扫描仪；接收和处理所述三维形状和位置信息，生成激光焊枪修复命令和送粉器修复命令，并将所述激光焊枪修复命令发送至所述激光焊枪，将所述送粉器修复命令发送至所述送粉器。

进一步：所述机器人电连接有机器人控制器；所述机器人控制器和所述工控机电连接，用于接收所述工控机发送的所述机器人移动命令。

进一步：所述激光三维扫描仪电连接有视频采集卡；所述视频采集卡和所述工控机电连接，用于采集所述三维形状和位置信息并发送至所述工控机。

进一步：所述激光焊枪电连接有激光控制器；所述激光控制器和所述工控机电连接，用于将所述工控机生成的所述激光焊枪修复命令发送至所述激光焊枪；所述激光焊枪修复命令包括所述激光焊枪的通断控制命令和强弱控制命令。