一种电弧增材制造的控制方法、系统及装置与流程

本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种电弧增材制造的控制方法、系统及装置。

背景技术：

增材制造技术是根据cad/cam设计，采用逐层累计的方法制造实体零件的技术，其具有成形尺寸大、制造成本低，材料利用率高，产品开发周期短等特点，该技术越来越多的被应用于中高端产品特别是大型复杂结构件的加工中。

机器人电弧增材制造技术融合了先进的将工业机器人的运动控制、i/o通讯和轨迹规划与增材制造中的材料科学技术、先进制造技术和机械工程等结合，提高了增材制造的灵活度和制造精度，同时对增材制造性能也起到了较好的控制作用。基于上述优点，机器人增材制造技术被广泛应用于航空航天、国防军工和汽车等领域。现有的机器人电弧增材制造技术主要是通过示教来控制机器人的运动轨迹，因此只能够焊接的零件比较简单，无法满足人们焊接复杂零件的要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可以焊接复杂零件的电弧增材制造控制方法、系统及装置。

本发明方法所采用的技术方案是：

一种电弧增材制造的控制方法，包括以下步骤：

获取需要焊接的零件的三维物理模型后，对三维物理模型的底部至顶部进行切片处理，并获得多个平面模型；

根据各平面模型获取轮廓信息，并根据轮廓信息获取运动曲线；

结合运动曲线和预设方式获取焊枪在运动曲线上的焊点，并根据焊点获取焊枪的运动路径；

结合运动路径、焊点与焊枪的姿态参数获取焊枪在各焊点的姿态信息；

依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部至顶部获得对应的焊接层，直至焊接结束。

进一步，所述依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部至顶部获得对应的焊接层，直至焊接结束这一步骤，具体包括以下步骤：

依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部往上获得预设层数的焊接层；

结合获得的焊接层和焊接层对应的运动路径获取姿态信息的调整参数；

根据调整参数调整各平面模型的姿态信息后，继续依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，直至焊接结束。

进一步，所述结合运动曲线和预设方式获取焊枪在运动曲线上的焊点这一步骤，具体包括以下步骤：

获取运动曲线的曲率和初始焊点后，结合曲率和预设方式依次将运动曲线分为多个线段，并将各线段的终点作为各线段的焊点；

结合初始焊点和各线段的终点获取焊枪在运动曲线上所有的焊点。

进一步，所述根据焊点获取焊枪的运动路径这一步骤，具体为：

依次获取相邻的两个焊点并连成直线后，生成焊枪在平面模型的运动路径。

进一步，所述结合运动路径、焊点与焊枪的姿态参数获取焊枪在各焊点的姿态信息这一步骤，具体为：

获取焊枪在初始焊点的第一姿态信息和下一个相邻的焊点的第一位置信息，并结合第一姿态信息和第一位置信息获取焊枪在下一个相邻的焊点的第二姿态信息；

依次结合焊枪在上一个焊点的第二姿态信息和下一个相邻的焊点的第二位置信息获取焊枪下一个相邻的焊点的第三姿态信息。

进一步，还包括以下步骤：

根据平面模型获取需要打印的零件的厚度信息后，根据厚度信息获取焊枪的焊接电压信息、送丝速度信息和焊接速度信息。

本发明系统所采用的另一技术方案是：

一种电弧增材制造的控制系统，包括：

切片模块，用于获取需要焊接的零件的三维物理模型后，对三维物理模型的底部至顶部进行切片处理，并获得多个平面模型；

获取曲线模块，用于根据各平面模型获取轮廓信息，并根据轮廓信息获取运动曲线；

获取路径模块，用于结合运动曲线和预设方式获取焊枪在运动曲线上的焊点，并根据焊点获取焊枪的运动路径；

获取姿态模块，用于结合运动路径、焊点与焊枪的姿态参数获取焊枪在各焊点的姿态信息；

焊接模块，用于依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部至顶部获得对应的焊接层，直至焊接结束。

进一步，所述焊接模块包括第一焊接单元、调整单元和第二焊接单元；

所述第一焊接单元，用于依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部往上获得预设层数的焊接层；

所述调整单元，用于结合获得的焊接层和焊接层对应的运动路径获取姿态信息的调整参数；

所述第二焊接单元，用于根据调整参数调整各平面模型的姿态信息后，继续依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，直至焊接结束。

进一步，还包括获取厚度模块；

所述获取厚度模块用于根据平面模型获取需要打印的零件的厚度信息后，根据厚度信息获取焊枪的焊接电压信息、送丝速度信息和焊接速度信息。

本发明装置所采用的另一技术方案是：

一种电弧增材制造的控制装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的一种电弧增材制造的控制方法。

本发明的有益效果是：本发明通过将需要焊接的零件的三维模型进行切片，并逐层对零件进行焊接，每层焊接中，通过焊点获取运动路径，从而使焊枪能自动焊接一些复杂的曲线零件，满足了人们通过机器人电弧增材制造技术焊接复杂零件的要求，也提高了焊接的质量，降低了焊接的成本。

附图说明

图1是本发明一种电弧增材制造的控制方法的步骤流程图；

图2是本发明一种电弧增材制造的控制系统的结构框图；

图3是具体实施方式中获取运动路径的结构示意图；

图4是具体实施例中运动曲线和运动路径的对比图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种电弧增材制造的控制方法，包括以下步骤：

s1、获取需要焊接的零件的三维物理模型后，对三维物理模型的底部至顶部进行切片处理，并获得多个平面模型；

s2、根据各平面模型获取轮廓信息，并根据轮廓信息获取运动曲线；

s3、结合运动曲线和预设方式获取焊枪在运动曲线上的焊点，并根据焊点获取焊枪的运动路径；

s4、结合运动路径、焊点与焊枪的姿态参数获取焊枪在各焊点的姿态信息；

s5、依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部至顶部获得对应的焊接层，直至焊接结束。

上述的方法的工作原理为：参照图3，当需要焊接打印一个零件时，先设计该零件的三维模型，该三维模型可以是cad模型，也可以是其他模型。获取到零件的三维模型后，对三维模型进行切片处理，获取到该零件的三维模型的多个平面模型，根据平面模型获取该平面的轮廓信息，比如该平面的轮廓为环形。获取到轮廓信息后，根据预设方式获取相应的运动曲线，比如当平面的轮廓为环形时，可将该环形的外侧曲线或内侧曲线作为运动曲线，在本实施例中，根据中性层法获取环形中部的一条曲线作为运动曲线。获得该运动曲线后，根据预设的方式在运动曲线上获取焊点，并根据焊点获取焊枪的运动路径，所述焊点位置为机器人的焊枪停顿的位置。结合运动路径、焊点与焊枪的姿态参数获取焊枪在各焊点的姿态信息后，根据运动路径控制机器人进行移动，通过姿态信息控制焊枪的姿态，从而更好地进行焊接。控制焊枪焊接完一个平面模型后，获得一个焊接层，第一个焊接层为底部焊接层，从底部向上焊接相应的焊接层，直到获得相应的零件。本方法中，通过将零件的三维模型进行切片，并逐层对零件进行焊接，每层焊接中，通过焊点获取运动路径，从而使焊枪能自动焊接一些复杂的曲线零件，满足了人们通过机器人电弧增材制造技术焊接复杂零件的要求，也提高了焊接的质量，降低了焊接的成本。

其中，步骤s3具体包括步骤s31～s33：

s31、获取运动曲线的曲率和初始焊点后，结合曲率和预设方式依次将运动曲线分为多个线段，并将各线段的终点作为各线段的焊点。

s32、结合初始焊点和各线段的终点获取焊枪在运动曲线上所有的焊点。

s33、依次获取相邻的两个焊点并连成直线后，生成焊枪在平面模型的运动路径。

获取到运动曲线后，选择运动曲线中任一点作为初始焊点，根据运动曲线的曲率将运动曲线分为多个线段，每个线段的两个端点连接的直线必须小于该线段的曲率半径的1/200，此时可认为该线段接近直线段。对于曲率小的部位，焊点相对少些，对于曲率大的部位，焊点的密度相对大些。将各相邻的两个焊点直线连接起来后，形成焊枪的运动路径。参照图4，运动曲线虽然与运动路径不完全重合，但两者间的误差很小，可以近似相同。通过这种方法获取运动路径，既能够提高增材制造效率，又能够方便各段调用不同焊接参数保证整段增材制造性能的一致性，也能够保证成形精度。

其中，步骤s4具体包括步骤s41～s42：

s41、获取焊枪在初始焊点的第一姿态信息和下一个相邻的焊点的第一位置信息，并结合第一姿态信息和第一位置信息获取焊枪在下一个相邻的焊点的第二姿态信息。

s42、依次结合焊枪在上一个焊点的第二姿态信息和下一个相邻的焊点的第二位置信息获取焊枪下一个相邻的焊点的第三姿态信息。

根据焊枪运动经过的焊点、运动的曲率半径大小及方向和器人本身焊枪姿态获取焊枪在各焊点的姿态，其中焊枪在各焊点的姿态变化应该适中，不宜过大。根据焊枪运动经过的各个焊点及在各焊点的姿态，焊枪在各焊点间走直线确定焊枪运动的路径。根据该路径，可控制焊枪焊接一个焊接层。

进一步作为优选的实施方式，还包括确定零件厚度的步骤，具体为：

根据平面模型获取需要打印的零件的厚度信息后，根据厚度信息获取焊枪的焊接电压信息、送丝速度信息和焊接速度信息。

根据零件厚度和焊丝直径确定焊接电压、焊接电流、送丝速度和焊接速度等工艺参数，根据这些参数制造靠近底层的几层材料。

其中，步骤s5具体包括步骤s51～s53：

s51、依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部往上获得预设层数的焊接层；

s52、结合获得的焊接层和焊接层对应的运动路径获取姿态信息的调整参数；

s53、根据调整参数调整各平面模型的姿态信息后，继续依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，直至焊接结束。

现有的机器人薄壁增材制造技术中的工具路径没有针对薄壁构件在当前平面上的特点，工具姿态和焊接工艺参数没有针对底层增材制造的特点进行相应修正，导致零件成形尺寸及性能均不稳定。本实施例中，在焊接了预设层数的焊接层后，结合焊接层和焊接层对应的运动路径获取姿态信息的调整参数，所述预设层数可以为1层，也可以为多层，比如3层，通过3层更容易看出焊接的缺陷，从而更好地调整焊枪的姿态信息，比如发现某个焊接部位凹下去，则需要调整相应调整起弧收弧参数。根据调整参数调整焊枪的姿态信息，从而使接下来的焊接效果更加稳定，提高了焊接的质量。

上述方法的有益效果如下：

(1)、通过将零件的三维模型进行切片，并逐层对零件进行焊接，每层焊接中，通过焊点获取运动路径，从而使焊枪能自动焊接一些复杂的曲线零件，满足了人们通过机器人电弧增材制造技术焊接复杂零件的要求，也提高了焊接的质量，降低了焊接的成本。

(2)、根据调整参数调整焊枪的姿态信息，有效的针对加工产品底层增材过程进行了相应修正，提高了零件成形尺寸及性能的稳定性。同时可以解决许多复杂结构零件的成形，大大减少了加工工序，并且能够方便各段调用不同焊接参数保证整段增材制造性能的一致性，也能够保证成形精度，从而提高了增材制造效率。

实施例二

如图2所示，本实施例提供了一种电弧增材制造的控制系统，包括：

切片模块，用于获取需要焊接的零件的三维物理模型后，对三维物理模型的底部至顶部进行切片处理，并获得多个平面模型；

获取曲线模块，用于根据各平面模型获取轮廓信息，并根据轮廓信息获取运动曲线；

获取路径模块，用于结合运动曲线和预设方式获取焊枪在运动曲线上的焊点，并根据焊点获取焊枪的运动路径；

获取姿态模块，用于结合运动路径、焊点与焊枪的姿态参数获取焊枪在各焊点的姿态信息；

焊接模块，用于依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部至顶部获得对应的焊接层，直至焊接结束。

进一步作为优选的实施方式，所述焊接模块包括第一焊接单元、调整单元和第二焊接单元；

所述第一焊接单元，用于依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，并由底部往上获得预设层数的焊接层；

所述调整单元，用于结合获得的焊接层和焊接层对应的运动路径获取姿态信息的调整参数；

所述第二焊接单元，用于根据调整参数调整各平面模型的姿态信息后，继续依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行焊接，直至焊接结束。

进一步作为优选的实施方式，还包括获取厚度模块；

所述获取厚度模块用于根据平面模型获取需要打印的零件的厚度信息后，根据厚度信息获取焊枪的焊接电压信息、送丝速度信息和焊接速度信息。

实施例三

本实施例提供了一种电弧增材制造的控制装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现实施例一所述的一种电弧增材制造的控制方法。

本实施例的一种电弧增材制造的控制装置，可执行本发明方法实施例一所提供的一种电弧增材制造的控制方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。