[发明专利]用于丝材等离子弧增材制造的红外温度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，主要涉及一种用于丝材等离子弧(Plasma Arc Welding,PAW)增材制造的红外温度检测装置及检测方法。

背景技术

电弧增材制造技术是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊接(MIG)、钨极惰性气体保护焊接(TIG)以及等离子体焊接(PAW)等焊接方法提供的电弧作为热源，在程序的控制下，通过丝材的添加，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术，其本质即为堆焊快速成形。具有成型快、丝材利用率高、工件性能优良、可以完成复杂工件以及大尺寸工件的一次成型等特点，具有重要的研究意义和应用价值。

等离子弧增材制造是焊丝在基板上的逐层堆敷过程，成型件由于各堆敷层温度、热输入、散热等条件的不同，导致其组织性能的不均匀，影响其成形质量。另一方面，电弧增材制造无法保证较高的制造精度，成形过程中出现变形、堆敷层高不稳定等现象，这些直接影响了成形的精度。现有的一些控制增材制造的成形过程的检测方法因此需要通过检测层间温度实现对热输入的控制，保证每一层堆敷金属的组织性能的均匀和层高的稳定。目前针对温度的检测手段中，非接触式红外温度传感既可以保证采集信息的准确性又不会对成型件本身造成破坏，是实现层间温度检测的有效方法。

目前对电弧增材制造过程检测和控制相关的相关技术较少，专利《GMA增材制造双被动视觉传感检测装置及其检测方法》(申请号：201510282713.6)公开了一种对GMA增材制造过程的视觉传感检测装置及其检测方法，通过视觉传感检测控制成形尺寸，但无法控制各个堆敷层具有相近的晶粒尺寸，也无法保证成型件组织性能的均一稳定，专利《焊接温度检测装置、焊接机及焊接温度的校准方法》(申请号：201310275348.7)公开了一种针对待焊件温度检测装置和检测方法，该装置无法应用在电弧增材制造，且不能实现对焊接过程的闭环控制，同时温度测量采用接触式温度传感方式，安装时会破坏待焊件。

发明内容

本发明旨在提供一种用于丝材等离子弧增材制造的红外温度检测装置及其检测方法，能够提高等离子弧增材制造的成形质量和尺寸精度。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于丝材等离子弧增材制造的红外温度检测装置，包括：红外温度传感器通过夹具固定在用于丝材等离子弧增材制造的等离子焊枪上；控制系统，所述的控制系统控制连接红外温度传感器及等离子焊枪；其中，控制系统包括：对红外温度传感器中温度传感信号进行滤波和标度转换的温度采集控制仪；将温度以动态曲线的形式显示且通过温度采集控制仪输出控制信号的计算机；还包括用于控制夹持在机器人机械臂上的等离子焊枪动作的机器人控制柜。

为了实现上述发明的目的，本发明还提供了一种利用上述丝材等离子弧增材制造红外温度传感装置检测温度的方法，具体步骤如下：

步骤1，完成一道堆敷层后，将红外温度传感器移动到层间温度测量位置，焊枪、温度传感器与堆敷层位于同一垂直平面，机器人执行等待命令，开始温度测量；

步骤2，下一道堆敷前，红外温度传感器发射激光定位点定位于当前堆敷层的起点，采集当前堆敷层起点处的层间温度信息；

步骤3，将红外温度传感器获取的温度信号经过温度采集控制仪进行滤波、标度转换，然后传递到计算机，显示温度数值和温度的动态变化曲线；

步骤4，对检测温度与预设温度的进行比较，当检测温度低于预设温度时，发出控制信号通过温度采集控制仪的转换调制后传递给机器人控制柜的输入端口，机器人获取信号后结束等待命令，执行下一道的堆敷；当检测温度高于预设值则继续比较；

步骤5，重复执行步骤1至4，直至完成堆敷。

作为优选方式，层间温度预设值为60-500℃，且层间温度测量位置为焊枪位于堆敷层起点的正上方，与起点距离L₁为50mm-100mm，红外温度传感器与水平方向的夹角为45°-80°，温度传感器与堆敷层起点之间的距离L₂为90mm-250mm。

优选的，等离子弧增材制造的丝材为H08Mn2Si碳钢丝材、CrNi不锈钢丝材和TiAl钛合金丝材。