[发明专利]一种采用KUKA WorkVisual进行曲面多道直线熔覆的路径开发方法

说明书

本发明涉及一种曲面多道直线熔覆的路径开发方法，通过使用KUKA机器人自带的WorkVisual软件进行程序开发，基底为长宽各为50mm，曲面最低点和最高点高度各为137mm和150mm，基体材料为低碳钢，生产中主要用作某型模具镶件。由于只需要获得其每道次的横向及纵向位移值，参考附图3，只需要通过AutoCAD软件重构该曲面的二维轮廓即可，本发明提供的一种曲面多道直线熔覆的路径开发方法，可以在没有专用增材制造切片与轨迹规划软件的前提下，通过KUKA机器人自带的WorkVisual软件快速的进行人工编程而获得复杂的多道直线熔覆的轨迹程序。

【技术领域】

本发明涉及激光制造增材相关技术领域，具体地说是一种采用KUKA WorkVisual进行曲面多道直线熔覆的路径开发方法。

【背景技术】

金属构件是工业生产中主要的结构件，其中曲面是最常见的构件结构之一。而对于工作中承力较大，磨损严重的曲面，服役过程中极易失效。因而对曲面构件表面进行表面修复或表面强化，是提高构件承命的必要途径。

因为人工熔覆的加工精度和生产效率低等因素的考虑，所以基于数字化的自动化增材技术已越来越多地替代了传统的人工焊接修复。其中，由于工作的灵活度高，基于机器人的自动化增材修复技术，如激光熔覆、电弧增材等技术，是其中应用最典型的技术，当前在企业生产中应用广泛。

而采用机器人进行自动化加工，首先需要对机器人的行走轨迹进行规划。相比平面，曲面相对更加复杂，这也对机器人的行走加工带来了难度。对于曲面的行走轨迹规划，通常常见的方法是：采用自动化的软件进行切片以及自动化轨迹形成，这种方法自动化程度比较高，轨迹形成比较精确。但缺点也比较明显，一是需要专业化的软件，而这种软件往往价格较高，一般在十几万至几十万，大大增加了设备运行的成本；二是轨迹的形成一般需要在软件中对待加工的零件的三维结构进行重构，技术难度较高。

因此需要一种成本较低并且技术难度较低的方法来解决熔覆轨迹规划的方法。

有一种方法是采用机器人自带的程序进行编程，这种方法比较直观，但对于比较复杂的程序，编写难度较大。为了解决这个问题，KUKA机器人自带了WorkVisual软件，大大提升了机器人程序编写的便捷性。因此，本发明主要采用KUKA自带的WorkVisual进行曲面熔覆轨迹的编写。

对于曲面的熔覆，一般的熔覆轨迹是沿着曲面进行熔覆，即曲线熔覆路径。但是，由于熔覆加工过程中，由于快速的加热与冷却，增材制造的合金层中非常容易形成热应力，特别是多层熔覆过程中，随着熔覆道次与层数的增加，合金层内部的热应力增加迅速，非常容易导致合金开裂，无法使用。而如若上下两层间形成“十字交叉”型的熔覆层，则由于上下两层间应力分布状态的不同，可以很大程度上抵消应力，减少开裂。这就需要编制曲面的多道直线熔覆路径。但是，在多道直线熔覆过程中，由于熔覆道次很多，不可能采用手工定点的方式确定每一道的运点起点。最佳的方案是确定熔覆起点后自动形成多道熔覆的行走轨迹。在熔覆过程中，熔覆头在Y-Z平面上是存在角度变化的，是每熔完一道，熔覆头的角度需要相应进行调整，使加工过程熔覆头与基体之间的角度基本保持一致，从而确保曲面各处熔覆层成形的一致性与稳定性。而正是由于熔覆头角度的变化，在工作过程中，机器人系统的坐标系其实是不断变化的，每一道次的位置信息难以确定，使得手动进行轨迹编程近乎不可能，极大地限制了机器人自动化熔覆工艺的开发以及增材制造合金裂纹的控制。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种采用KUKA WorkVisual进行曲面多道直线熔覆的路径开发方法。

为实现上述目的，本发明提供一种采用KUKA WorkVisual进行曲面多道直线熔覆的路径开发方法，其特征在于，通过AutoCAD重构金属构件的曲面轮廓信息，获得每道次熔覆头的位置移动信息，再通过KUKA机器人自带的WorkVisual软件进行自动化程序开发，所述方法包括以下步骤：