[发明专利]一种金属增材制造质量在线检测系统

摘要

本发明属于增材制造相关技术领域，并公开了一种金属增材制造质量在线检测系统，其包括电弧增材制造模块、光谱采集头模块、采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接同步触发模块等，其中电弧增材制造模块用于按照预定的工艺参数执行电弧增材制造；光谱采集头模块经由采集光路调节对准模块执行XYZ三轴方向上的移动调节，然后对焊接电弧等离子体的弧光执行采集，并传递给光谱仪进行元素烧损量等方面的分析；光谱采集与焊接同步触发模块用于确保光谱分析与电弧增材制造之间的同步触发。通过本发明，不仅可以更高精度地实现金属增材制造过程中的成分在线检测，而且还能够以结构紧凑、便于操控地方式达到电弧增材制造控形和控性的高效同步在线检测。

主权项

一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，该系统包括电弧增材制造模块、光谱采集头模块、采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接同步触发模块以及中央处理器，其中：所述电弧增材制造模块包括焊接机器人(5)、焊枪(7)和焊接基板(9)，其中该焊枪(7)可拆卸地安装于所述焊接机器人(5)的末端，并随其运动来自由调整相对于所述焊接基板(9)的位置及姿态；此外，所述中央处理器(4)按照预定的工艺参数来控制处于所述焊枪前端的焊丝(8)，由此执行相应的电弧增材制造操作；所述光谱采集头模块整体布置在所述焊接基板(9)的水平一侧，并用于对所述焊丝通电所激发的焊接电弧等离子体的弧光予以传递及采集，然后传递至光谱仪(6)；该光谱仪(6)则用于对弧光执行光谱在线分析，并获得包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的一系列数据，同时传输给所述中央处理器(4)；所述采集光路调节对准模块包括固定板(10)、Z向位移平台(11)、可收缩桁架(12)、XY向位移平台(14)，其中该固定板(10)将所述焊接机器人(5)的末端轴与所述Z向位移平台(11)相连，由此通过此焊接机器人带动Z向位移平台一同执行竖直Z轴方向的运动；该可收缩桁架(12)设置在所述Z向位移平台的下表面与所述XY向位移平台的上表面之间，并通过自身的扩缩操作使得XY向位移平台执行水平X轴及水平Y轴方向的运动；所述光谱采集头模块整体设置在该XY向位移平台的下表面，并随之一同发生上述XYZ三轴方向的运动，直至其光轴中心与所述电弧增材制造模块的焊接电弧中心位置相对准；所述光谱采集与焊接同步触发模块包括霍尔电流传感器(2)和数据采集卡(3)，其中该霍尔电流传感器(2)用于对所述电弧增材制造模块所实际输出的焊接电流值执行实时采集，并将其等比例转化成对应的模拟电压值传输给所述数据采集卡(3)；该数据采集卡(3)接收来自所述霍尔电流传感器(2)的信号，其用于对焊接电流的峰值执行实时判断并在峰值电流时刻输出一个高电平信号给所述光谱仪(6)，由此触发该光谱仪同步启动对弧光的光谱在线分析操作。