[发明专利]一种电弧增材制造弧长视觉检测方法、系统及装置

说明书

本发明公开了一种电弧增材制造弧长视觉检测方法、系统及装置，涉及增材制造检测技术领域，该方法包括获取原始电弧图像；对所述原始电弧图像进行预处理，生成边缘信息图像；确定所述边缘信息图像中的第一虚线框内的电弧峰值处的宽度值；当所述电弧峰值处的宽度值大于或者等于设定阈值时，确定所述边缘信息图像处于电弧峰值阶段，并将处于所述电弧峰值阶段的所述边缘信息图像数据删除；当所述电弧峰值处的宽度值小于设定阈值时，确定所述边缘信息图像处于电弧基值阶段，并根据处于所述电弧基值阶段的所述边缘信息图像，生成弧长变化曲线，从而解决了基于非熔化极氩气焊接的电弧增材制造中电弧弧长检测困难的问题。

技术领域

本发明涉及增材制造检测技术领域，特别是涉及一种电弧增材制造弧长视觉检测方法、系统及装置。

背景技术

增材制造技术可以分为金属增材制造与非金属增材制造两大类，针对金属增材制造，可以从原始材料类型与能量源进行分类。根据原始材料类型的不同可以分为铺粉增材制造，送粉增材制造与送丝增材制造，根据能量来源可以分为激光，电子束与电弧三种类型。电弧增材制造(WireAndArcAdditive Manufacturing，WAAM)采用逐层堆焊的方式制造致密金属实体构件，因以电弧为载能束，热输入高，成型速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本，高效快速近净成型。该技术主要基于非熔化极氩气焊接(TungstenInertGas，TIG)，熔化极惰性气体焊接(MetalInertGas，MIG)，埋弧焊接(Submerged ArcWelding，SAW)等焊接技术发展而来，成型零件全由焊缝构成，化学成分均匀，致密度高，开放的成型环境对成型件尺寸无限制，成型速率可达几kg/h，但WAAM的零件表面波动较大，成型件表面质量较低，成型精度不是特别高。

对于现有电弧增材制造的基本硬件结构应包括成型热源，送丝系统及运动执行机构。作为由点向三位方向扩展的运动执行机构，其位移与速度，位置的重复定位精度，运动稳定性等对成型件尺寸精度的影响至关重要，目前使用较多的成型系统由TIG+数控机床/工作台，TIG+机器人，MIG+数控机床，MIG/熔化极活性气体保护电弧焊接(MetalActiveGasArcWelding，MAG)+机器人与等离子弧焊接(PlasmaArcWelding，PAW)+数控机床几种形式。电弧增材制造载能束因具有热流密度低，加热半径大，热源强度高等特征，成型过程中往复移动的瞬时点热源与成型环境强烈互相作用，热累积引起的环境变量变化更明显，所以成型的精度往往相比其他热源较低，对于成型件的一些特殊结构成型比较困难。

电弧增材制造检测技术按照感知方法可以分为数字图像，热感应，激光，结构光，电信号检测等种类，数字图像由电荷耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)工业相机或互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal OxideSemiconductor，CMOS)工业相机进行图片采集，其信号全为数字信号，采集的图像通过图像采集传回主控设备(一般为一台电脑)，用于监控WAAM状态；热感应通过采集WAAM过程中的温度信息构建温度场，WAAM过程中的熔池中均为液态金属，温度极高，但周围温度低，其冷却速率很快，而持续的高温会对已成形金属造成二次热处理的效果，通过热感应技术可以观察哪些部位的热效应更大，提前修正；激光利用光速快的特点发射并接收返回光线计算距离采集信息，激光感知的特点在于其为一种主动光，而且激光的速度快，抗干扰能力强，检测准确度更高；结构光通过单个或多个相机结合一定算法处理在二维图像上得到深度信息，构建三维模型，结构光技术可以实时得到WAAM成形的三维数据，但数据量大，处理难度高(结构光应用领域如人脸识别)；电信号直接采集设备中的电压电流，通过此种方法采集信号均为模拟信号，准确度高速度快，但电信号与WAAM过程之间存在工艺参数的转化，而设备中电信号与工艺参数的转化精确度常常难以保证，故电信号与WAAM实际过程的相关性低，难以获得真实数据。通过以上方法采集的信息均与WAAM过程有关，WAAM过程中的工艺参数修改会对以上感知方法得到的数据造成影响，此类信息可以帮助提升WAAM成形质量，现有的电弧增材制造弧长检测技术多集中于MIG方法，TIG领域该方法缺少研究。

发明内容