[发明专利]一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统

权利要求书

1.一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统，下可与丝杠配合进行直线传动，带动光栅相对中心轴或远离中心轴运动。

该系统也含有带无线信号接收装置的激光器2，该激光器2位于修复系统上方的支撑平台，激光器2包覆部分与修复系统之间采用M10紧固螺栓连接，可接收来自智能控制主机的命令改变焦点位置与功率，作为不同修复环节的多用光源。

另外，送丝机构5位于激光通道两侧，送丝嘴与支撑平台之间采用M10紧固螺栓连接，送丝机构5采用双侧同步送丝方式，确保激光修复过程可以高效进行；

智能控制主机中设置有接收模块与多个存储模块与存储器，还包括路径规划子系统，用于根据损伤缺陷区域特征点位置坐标信息，规划修复路径，并将规划结果发送给下一道工序的数据链节点；

另外，在智能控制主机中设置了与各个子系统连接的知识库管理与数据处理子系统，用于对各个子系统进行监测与管理，并对数据链网络系统的交互信息进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)激光三维扫描阶段：

在结构件到达指定位置后，向智能控制主机发送检测请求，当那位坐标扫描工序数据链节点接收到该检测请求时，数据链节点首先定位出当前处于扫描区域内的初始点(夹具定位点)平面坐标信息。根据该初始点位置坐标，智能控制主机9控制激光器2将焦点设置于距离结构件上方10mm位置，且此时激光功率设置为较低水平(1％)。同时智能控制主机9向伺服直线步进电机8-1发送启动命令，伺服直线步进电机8-1接收到智能控制主机的命令后开始旋转并带动光栅组件8-3向中心相对移动，直至光栅组件8-3相互组合，控制激光分解为细小激光束。激光器2在机器人的控制下对结构件进行三维扫描，将结构件损伤区的位置及形貌信息传输至智能控制主机9，智能控制主机中的激光扫描数据链节点接收扫描程序发送至的结构件修复请求，该修复请求携带结构件表面损伤缺陷区特征点的三维坐标信息，该三维坐标信息位于该数据链节点对应的切割与修复区域内，同时智能控制主机9将三维坐标信息转换为数据块存储进损伤扫描数据库中。智能控制主机9调用焊接模拟仿真程序对损伤区域进行三维重构，启动分层切片软件对损伤缺陷区域进行三维切片分层，获得损伤缺陷区域的宽度、长度、深度等各个特征点位置坐标，将特征坐标点信息与焊接方法判据进行比较，同时调用ANN智能神经网络算法进行多次迭代，最终获得适合该缺陷的修复方法；

(2)激光预清洗阶段

三维扫描阶段结束后，三维扫描工序数据链节点将损伤缺陷区域的特征点位置坐标信息发送至激光预清洗工序节点。智能控制主机9根据结构件与其表面损伤缺陷的三维坐标信息控制激光器移动至损伤缺陷的起点坐标上方，保持焦点位置不变，同时在扫描阶段激光功率的基础上稍做提高(2％左右)。智能控制主机9根据损伤缺陷所在平面或曲面位置重构后各点的位置坐标智能计算所需激光焦点位置，控制激光器2沿结构件表面进行扫描，去除损伤缺陷周围区域的油污、氧化皮等杂质，提高修复过程的焊缝质量，同时将更新后的特征点位置坐标信息、激光功率、离焦量等信息转化为数据块存储进激光预清洗工序数据链节点中；

(3)激光切割阶段

在预清洗阶段过后，预清洗工序数据链节点调用节点中存储的损伤缺陷区域三维坐标信息。智能控制主机9将启动修复命令，控制伺服直线步进电机8-1反向旋转，带动光栅组件8-3向相反方向运动，光栅组件8-3分开并移动至两边。智能控制主机9控制激光器2下移激光焦点至工件表面。同时，激光器2提高激光功率至较高水平，沿损伤缺陷区域周围进行扫描，同时根据特征点位置信息不断调整焦点位置，坡口类型选择V形，设置损伤缺陷区域周围的1％余量为坡口宽度，在缺陷处切割出修复所需坡口，切割所用工艺参数作为数据块存储进修复工艺数据库中；

(4)激光修复阶段

在激光切割阶段过后，切割工序数据链节点将损伤缺陷区域的特征点位置坐标信息作为数据块广播至激光修复工序节点。智能控制主机9根据控制激光器2上移激光焦点至工件损伤缺陷区域上方2mm处，将激光功率提高至较高水平(90％左右)，根据损伤缺陷各特征点位置信息沿损伤缺陷区域进行修复。同时送丝机构5接收到智能控制主机的启动命令，以一定的送料速度向下进给送丝，在修复的过程中，调用ANN人工神经网络智能算法对坡口特征点位置坐标进行迭代计算，根据坡口特征点距离中心轴的远近来增大或减小送丝速率，从而确保焊缝熔宽与熔深符合要求，同时智能控制主机9对该位置坐标进行修复进度的迭代计算，直至修复过程完成；

(5)激光全息无损检测阶段

在激光修复阶段结束后，修复工序节点中的三维坐标信息作为数据块广播至激光全息无损检测工序节点，智能控制主机9在修复阶段完成后自动发送启动命令至于光栅组件8-3连接的伺服直线步进电机8-1，带动光栅组件8-3相对中心轴运动，组合后智能控制主机9控制激光器2上移激光焦点，对修复后的焊缝进行激光无损检测，确保焊缝缺陷率小于2％，检测出的残余缺陷率、缺陷特征点位置坐标作为数据块储存入焊接质量数据库中；

进一步地，在权利要求所述的激光一体化修复方法中，激光功率可根据坡口特征点位置信息借助ANN智能人工神经网络算法实时动态变化，确保损伤缺陷处修复区的熔深与熔宽符合修复标准。

进一步地，在权利要求所述的激光一体化修复方法中，光栅组件8-3可作为模块组合与拆分，配合两边的伺服直线步进电机8-1对激光进行分束，使得同样的激光光源可实现不同功能的使用；

进一步地，上述修复方法中所用的数据链节点，其特征在于，包括一个或多个或多个固态存储器及处理器，所述固态存储器存储有结构件三维坐标、工艺参数、损伤缺陷，所述可执行程序被一个或多个所述的固态存储器加载，为执行以下步骤：

接收来自结构件的三维坐标数据、焊缝缺陷率数据，根据结构件损伤区域特征点的位置坐标，智能控制主机自动调用分层切片算法对损伤缺陷区域进行三维重构，根据路径规划算法计算切割与修复路径，然后接收并存储来自焊机的工艺参数信息数据。