[发明专利]一种在线逐层检测的增减材复合制造方法

权利要求书

1.一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对所述STL模型进行切片以获得多个层，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；

(2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形以形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据，动态调整增减材规划轨迹；

所述在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据动态调整增减材规划轨迹具体为：将实时采集的熔覆道的截面形貌信息进行处理和转换以获得熔覆道实际截面图像，提取熔覆道实际截面图像的轮廓尺寸信息，并与熔覆道截面图像的理论轮廓尺寸信息进行比较，当出现不平滑的锯齿状或凹陷的连续截面数量大于预设阈值时，记录并标记这些截面作为表面缺陷，并在后续增减材过程中去除；根据熔覆道实际截面图像的轮廓尺寸信息结合当前层的增材加工路径，获得当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，根据当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，并结合当前层的理论高度尺寸及理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造；

根据当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，并结合当前层的理论高度尺寸及理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造具体为：首先根据当前熔覆层的实际高度尺寸结合当前层的理论高度尺寸对当前层进行增减材制造，然后根据当前熔覆层的实际轮廓尺寸结合当前层的理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造；

所述根据当前熔覆层的实际高度尺寸结合当前层的理论高度尺寸对当前层进行增减材制造具体为：首先，将记录并标记的表面缺陷去除，然后重新对去除部位进行熔覆成形，再计算当前层的实际高度尺寸与理论高度之间的偏差，判断该偏差是否在正负阈值范围内，若偏差大于正阈值，则对当前层的上表面进行减材制造以去除多余部分，若偏差小于负阈值，则按该层的增材加工路径对当前层的上表面进行增材制造以熔覆缺少的高度；

所述根据当前熔覆层的实际轮廓尺寸结合当前层的理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造具体为：将当前层的实际轮廓尺寸与当前层的理论轮廓尺寸进行比较，若当前层的实际轮廓尺寸小于当前层的理论轮廓尺寸，进行增材制造以补上空缺，然后根据预设的当前层的减材加工路径进行减材制造；若当前层的实际轮廓尺寸大于当前层的理论轮廓尺寸，则进行减材制造以去除多余部分，然后根据预设的当前层的减材加工路径进行减材制造；若当前层的实际轮廓尺寸等于当前层的理论轮廓尺寸，则直接根据预设的当前层的减材加工路径进行减材制造；

将实时采集的熔覆道的截面形貌信息进行处理和转换以获得熔覆道实际截面图像具体为：

(a)将标定物至于增减材复合制造系统的机床坐标系中，得到标定物的n个特征点在机床坐标系中的坐标(X_i,Y_i,Z_i)，i＝1、2、...、n，同时通过传感器采集得到这些特征点在传感器坐标系中对应的坐标(u_i,v_i)，i＝1、2、...、n；

(b)建立机床坐标系与传感器坐标系两者之间的转换模型：

其中：

α、β和γ分别为机床坐标系中X、Y、Z轴转换至传感器坐标系中需旋转的角度；T＝[T_x,T_y,T_z]^T，T_x、T_y、T_z分别为机床坐标系中X、Y、Z轴转换至传感器坐标系中需平移的距离；S为缩放系数；

(c)将采集的n个特征点在两个坐标系中的对应坐标(X_i,Y_i,Z_i)、(u_i,v_i)带入转换模型中，解得标定结果S、R和T；

(d)获取传感器实时采集到的熔覆道截面图像中所有点的坐标，根据已知标定结果S、R和T及转换模型即可转换获得所有点在机床坐标系中对应的坐标，进而转换获得熔覆道实际截面图像；

(3)重复步骤(2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。