[发明专利]前馈补偿的GTA填丝增材制造成形高度反馈控制方法

权利要求书

1.前馈补偿的GTA填丝增材制造成形高度反馈控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：调节视觉传感器位置，使视觉传感器光心垂直于GTA枪与成形路径方向组成的平面，采集GTA电弧、电弧前方凝固金属与电弧后方熔池图像，设定钨针尖端到成形层表面的理想控制值S₀为2.5-6.5mm，成形一层后，GTA枪抬升的高度z为0.4-1.9mm；

步骤二：引燃GTA电弧，沿成形路径方向，在电弧前方金属凝固区域设定第一矩形区域，第一矩形区域的正中心到GTA枪轴线的距离为6-9mm，在电弧后方熔池尾部金属凝固区域设定第二矩形区域，第二矩形区域的正中心到GTA枪轴线的距离为5-15mm，采样时刻为t时，利用图像处理算法提取第一矩形区域内凝固金属上的表面点，即前馈点，确定前馈点到GTA枪内钨针末端的水平距离L，确定钨针末端到前馈点的垂直距离S₁(t)，进一步利用图像处理算法提取第二矩形区域内熔池尾部凝固金属上的表面点，即反馈点，确定反馈点到GTA枪内钨针末端的垂直距离S₂(t)；

步骤三：确定前馈超前参量d，计算t时刻的反馈点偏差error₂(t)＝S₂(t)-S₀，计算t-d时刻的前馈点偏差error₁(t-d)＝S₁(t-d)-z-S₀；其中，S₁(t-d)是(t-d)时刻前馈点到钨针末端的垂直距离；

步骤四：将前馈点偏差累加补偿到反馈点偏差中，计算t时刻反馈控制器的输入偏差E(t)＝error₂(t)+error₁(t-d)，根据设计的控制器，由E(t)的大小和正负计算t时刻控制参数的调节量ΔWFS(t)；

步骤五：继续重复步骤二、三、四，确定(t+1)时刻反馈控制器的输入偏差E(t+1)和控制参数的调节量ΔWFS(t+1)。

2.根据权利要求1所述的前馈补偿的GTA填丝增材制造成形高度反馈控制方法，其特征在于步骤二中所述的图像处理算法步骤包括噪声去除、凝固金属边缘提取、图像自适应阈值分割和边缘点拟合。

3.根据权利要求1所述的前馈补偿的GTA填丝增材制造成形高度反馈控制方法，其特征在于步骤三中所述的前馈超前参量d是由前馈点到GTA枪内钨针末端的水平距离L、GTA枪行走速度、控制系统检测周期共同决定的，d＝[L/(V_sT)]，其中，V_s为GTA枪行走速度，单位为mm/s，T为检测周期，单位为s，[]表示取整符号。

4.根据权利要求1所述的前馈补偿的GTA填丝增材制造成形高度反馈控制方法，其特征在于步骤四中所述的反馈控制器为PID控制器或模糊控制器。