本發(fā)明涉及增材修補技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于激光和MAG/MIG電弧復(fù)合焊的3D增材修補裝置及其修補方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的增材修補方法主要有激光融覆、電弧堆焊、電涂鍍、熱噴涂技術(shù)等。激光融覆技術(shù)是利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。電弧堆焊是利用焊條或電極熔敷在基材表面進行堆焊。電涂鍍技術(shù)是利用直流電通過電解液時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),實現(xiàn)金屬在鍍件表面上沉積。熱噴涂是利用某種熱源將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)。

以上修補方法都有一定的局限性，其中激光融覆技術(shù)會導(dǎo)致過渡區(qū)應(yīng)力集中；電涂鍍技術(shù)存在涂層結(jié)合強度和本身強度不足的問題；電弧堆焊技術(shù)和熱噴涂技術(shù)的熱影響區(qū)大，易造成工件變形。另外，上述修補技術(shù)在修補前未能精確地得到缺陷輪廓參數(shù)，導(dǎo)致修補后的工件仍然存在一定缺陷，修補效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便、可靠性高、適應(yīng)性強的激光電弧復(fù)合焊3D增材修補裝置。

本發(fā)明的另一目的在于，提供一種基于上述修補裝置的修補方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種激光電弧復(fù)合焊3D增材修補裝置，其主要包括控制器、位于修復(fù)工位上方的四軸聯(lián)動平臺、以及設(shè)置在聯(lián)動平臺上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器、用于獲取熔池狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器、夾具、激光焊炬、電弧焊炬、填充焊絲、焊絲盤和導(dǎo)氣管。所述控制器與四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器、激光焊炬和電弧焊炬連接，用于控制各部件協(xié)調(diào)工作。所述夾具的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與激光焊炬固定。所述電弧焊炬安裝在激光焊炬上，且與激光焊炬之間角度可調(diào)，以適應(yīng)各種焊接場合。所述填充焊絲纏繞在焊絲盤上，所述焊絲盤設(shè)置在電弧焊炬上，填充焊絲穿過電弧焊炬并向外凸出。所述導(dǎo)氣管安裝在激光焊炬上，導(dǎo)氣管的一端與保護氣體發(fā)生器連接，另一端指向焊接工位，并且導(dǎo)氣管的出氣方向可調(diào)，這樣可以使保護氣體更好地覆蓋填充焊絲和熔池。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述導(dǎo)氣管采用可以萬向調(diào)節(jié)的萬向管(或竹節(jié)管)用于引導(dǎo)保護氣體，使保護氣體準確地覆蓋焊接保護區(qū)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述電弧焊炬與激光焊炬之間通過角度調(diào)節(jié)單元連接，該角度調(diào)節(jié)單元包括一夾持把柄和調(diào)節(jié)螺栓，所述夾持把柄的一端卡設(shè)在電弧焊炬上，另一端通過調(diào)節(jié)螺栓與激光焊炬上的第一凸起鉸接，電弧焊炬和第一凸起上均設(shè)有通孔，調(diào)節(jié)螺栓穿過通孔將電弧焊炬固定在激光焊接上。當需要調(diào)節(jié)角度時，只需擰松調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)整好角度后擰緊調(diào)節(jié)螺栓即可。該角度調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用于電弧焊接角度調(diào)節(jié)和送絲角度調(diào)節(jié)，可以獲得更好的焊接效果。

具體的，所述控制器與四軸聯(lián)動平臺連接，控制激光焊炬和電弧焊炬在三個方向上的移動及水平方向的轉(zhuǎn)動，使激光焊炬和電弧焊炬在焊接平臺上以最合適的位置和角度對缺陷進行修補。所述控制器與激光視覺傳感器連接，用于驅(qū)動激光視覺傳感器并獲取缺陷的三維輪廓，控制器根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)對缺陷的三維輪廓進行重建，生成最優(yōu)控制代碼。所述控制器與紅外視覺傳感器連接，用于驅(qū)動紅外視覺傳感器并獲取熔池的實時圖像時頻參數(shù)，在修補過程中，根據(jù)熔池狀態(tài)實時調(diào)整修補參數(shù)，獲得更好的修補效果。所述控制器與激光焊炬和電弧焊炬電連接，用于控制激光焊炬和電弧焊炬的電流大小及保護氣體的流量。所述夾具的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與激光焊炬固定，四軸聯(lián)動平臺通過夾具帶動激光焊炬移動和轉(zhuǎn)動，調(diào)整到合適的焊接位置。

具體的，所述四軸聯(lián)動平臺用于控制激光焊炬的位置并調(diào)整激光電弧復(fù)合焊炬的焊接角度，其組成主要包括沿X軸方向運動的X軸移動單元、沿Y軸方向運動的Y軸移動單元、沿Z軸方向運動的Z軸移動單元和繞垂直于工件的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的A軸轉(zhuǎn)動單元。所述X軸移動單元固定在修補平臺上，位于修補工位的上方，Y軸移動單元安裝在X軸移動單元上，Z軸移動單元安裝在Y軸移動單元上，A軸轉(zhuǎn)動單元安裝在Z軸移動單元上，可相對Z軸移動單元水平轉(zhuǎn)動。所述A軸轉(zhuǎn)動單元與夾具固定連接，帶著激光焊炬水平轉(zhuǎn)動，用于調(diào)整激光焊炬和電弧焊炬的焊接角度。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述紅外視覺傳感器采用波長較短的近紅外線作為視覺傳感器的光源。與遠紅外線相比，近紅外線探測的深度較深，獲取的信息量較多。由于電弧焊在焊接過程中會產(chǎn)生電弧的輻射光干擾，選用近紅外視覺傳感器可以濾去電弧的弧光干擾，提高熔池圖像的成像質(zhì)量。優(yōu)選的，本發(fā)明優(yōu)先采用波長約為950納米的近紅外光源。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述控制器采用抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、連續(xù)工作時間長的工業(yè)控制計算機。

本發(fā)明的另一目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種激光電弧復(fù)合焊3D增材修補裝置的修補方法，該修補方法主要包括如下步驟：

步驟S1:將缺陷工件安裝在修補工作臺上；

將激光視覺傳感器、近紅外視覺傳感器安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)聯(lián)動控制平臺的Z軸移動單元上，將激光焊炬和電弧焊炬安裝在A軸旋轉(zhuǎn)單元上。

步驟S2:驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓；

安裝完畢后，首先配合四軸聯(lián)動平臺將激光焊炬移動到相應(yīng)位置，在控制器的控制下，驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號。

步驟S3:控制器接受激光視覺傳感器的反饋信號，重建缺陷的三維輪廓；

根據(jù)激光視覺傳感器的工作原理，傳感器內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光。該激光束射在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機檢測到，利用三角測量原理，在控制器中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號?？刂破鳙@取激光視覺傳感器反饋的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號，利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。

步驟S4:根據(jù)缺陷的三維輪廓數(shù)據(jù)生成控制代碼，確定激光焊炬的具體融覆參數(shù)；

控制器將重建的缺陷三維模型與原始的零件模型參數(shù)作對比，確定要修補的具體參數(shù)并生成相應(yīng)的控制代碼。控制器根據(jù)生成的控制代碼驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺控制激光焊炬移動到指定的位置，然后通過控制代碼確定激光焊炬和電弧焊炬的焊接參數(shù)。該融覆參數(shù)主要包括焊接的位置、激光功率、焊接速度和送絲速度等等。

步驟S5:修補過程中，控制器驅(qū)動近紅外視覺傳感器對熔池進行掃描，獲取熔池圖像的時頻參數(shù)(包括時域、頻域信息)，并根據(jù)熔池圖像時頻參數(shù)生成補償控制代碼，實時修正設(shè)定的焊接參數(shù)。

焊接時，控制器根據(jù)重建的缺陷三維輪廓確定修補方案，驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺定位到焊接的位置，并通過A軸轉(zhuǎn)動單元調(diào)整焊炬的焊接角度來完成特殊、復(fù)雜缺陷的修補工作。

步驟S6:針對焊接后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補后，再次驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓，確定修補后的工件是否達標，若不達標，則對缺陷進行再次修補，直到缺陷修補達標為止。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在焊接時，當缺陷的位置和形狀較為復(fù)雜，可以通過驅(qū)動A軸轉(zhuǎn)動單元調(diào)整激光焊炬的焊接夾角來完成缺陷修補，采用該方法可以進一步提高修補效率，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明所提供的修補裝置可以安裝在機器人末端或龍門架的機架上，配合機器人或龍門架的運動定位到相應(yīng)位置，用于修復(fù)不同場合下的缺陷試件或者需要修補維護的設(shè)備。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明利用激光視覺傳感器掃描工件上的缺陷，將獲得的三維輪廓光信號傳送給控制器；控制器根據(jù)結(jié)構(gòu)光信號重建缺陷的三維輪廓，并生成相應(yīng)的控制代碼，確定焊接的技術(shù)參數(shù)；在焊接過程中，控制器驅(qū)動近紅外視覺傳感器對熔池進行掃描，獲取熔池圖像的時頻參數(shù)，生成對應(yīng)的補償控制代碼，并實時修正之前設(shè)置的焊接參數(shù)，使最終的焊接效果更好；初次焊接完畢后，激光視覺傳感器會對缺陷位置進行再次掃描，確定修補情況和評定修補效果，若修補效果達不到設(shè)定的標準，則控制器驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器和紅外視覺傳感器對修補后的缺陷進行再次修補，直到修補效果達標為止。本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可靠性高、適應(yīng)性強。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明提出了利用激光視覺傳感器結(jié)合四軸聯(lián)動平臺測量零件缺陷三維輪廓，獲得缺陷輪廓的動態(tài)結(jié)構(gòu)光信號，并通過計算機控制器重新建立缺陷三維模型的方法，通過該方法可以獲得精準的缺陷模型，有效減少缺焊、漏焊、焊錯的情況出現(xiàn)，明顯提高焊接效率和焊接效果。

(2)本發(fā)明提出了將激光電弧復(fù)合焊與3D增材修補方法結(jié)合的再制造的新方法，將本發(fā)明提供的增材修補裝置結(jié)合到機器人或龍門架上，可以用于修補工件或設(shè)備的缺陷，有效提高設(shè)備的使用周期，通過修復(fù)報廢設(shè)備使其得到重復(fù)利用，發(fā)揮最大價值，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的理念。

(3)本發(fā)明提供的修補方法不但在焊接時引入近紅外視覺傳感器獲取熔池形態(tài)和在線實時調(diào)整激光功率和送絲速度，還在焊后用激光視覺傳感器對缺陷進行再次掃描，以確保缺陷得到最大程度的修復(fù)補并且修補效果達到最好。通過對比完好零件表面的參數(shù)，生成修補缺陷的控制代碼，應(yīng)用該代碼來確定四軸運動平臺上激光焊炬的運動參數(shù)及激光焊炬和電弧焊炬的融覆的參數(shù)，可以使焊接更精準到位，獲得更好的焊接效果。

(4)本發(fā)明提出利用近紅外視覺傳感器對熔池狀態(tài)進行掃描，實時調(diào)整焊接參數(shù)，可以最大程度減少工件缺陷修復(fù)后的應(yīng)力集中和造成的熱變形。

(5)本發(fā)明在每次修補后都對缺陷位置進行激光掃描，用于評價本次修補的效果，并對修補效果進行評定，確定是否需要再次修補，該過程可以明顯提高修補的可靠程度，獲得理想的修補效果。

(6)本發(fā)明所提供的增材修補裝置可以運用到機器人末端或龍門架上對缺陷零件或設(shè)備進行修補操作，實用性和適用性強。

(7)與單一的電弧堆焊技術(shù)相比，本發(fā)明不會導(dǎo)致熱影響區(qū)大及工件變形；與電涂鍍技術(shù)相比，本發(fā)明修復(fù)后的零件可靠性高，操作方便；與熱噴涂技術(shù)相比，本發(fā)明綠色環(huán)保，適用性強；與傳統(tǒng)的激光融覆技術(shù)相比，本發(fā)明提出了激光電弧復(fù)合的方法修補缺陷，本發(fā)明還結(jié)合了激光傳感器的視覺系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)技術(shù)造成的熱變形和應(yīng)力集中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的修補裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動平臺的立體圖。

圖3是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動平臺的主視圖。

圖4是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動平臺的右視圖。

圖5是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動平臺的俯視圖。

圖6是本發(fā)明所提供的激光視覺傳感器的工作原理圖。

圖7是本發(fā)明所提供的激光電弧復(fù)合焊炬在焊接時的狀態(tài)示意圖。

圖8是本發(fā)明所提供的工件缺陷俯視圖。

圖9是本發(fā)明所提供的工件缺陷剖視圖。

圖10是本發(fā)明所提供的修補方法流程圖。

上述附圖中的標號說明：100-控制器，210-X軸移動單元，220-Y軸移動單元，230-Z軸移動單元，240-A軸轉(zhuǎn)動單元，300-激光視覺傳感器，400-紅外視覺傳感器，510-激光焊炬，520-夾具，530-填充焊絲，540-角度調(diào)節(jié)單元，550-電弧焊炬，560-導(dǎo)氣管，570-焊絲盤。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：

本發(fā)明公開一種修補裝置及其修補方法用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。

其中，如圖1所示，該修補裝置為一種激光電弧復(fù)合焊3D增材修補裝置，主要包括控制器100、位于修復(fù)工位上方的四軸聯(lián)動平臺、以及設(shè)置在聯(lián)動平臺上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器300、用于獲取熔池狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器400、夾具520、激光焊炬510、電弧焊炬550、填充焊絲530、焊絲盤570和導(dǎo)氣管560。所述控制器100與四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器300、紅外視覺傳感器400、激光焊炬510和電弧焊炬550連接，用于控制各部件協(xié)調(diào)工作。所述夾具520的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與激光焊炬510固定。所述電弧焊炬550安裝在激光焊炬510上，且與激光焊炬510之間角度可調(diào)，以適應(yīng)各種焊接場合。所述填充焊絲530纏繞在焊絲盤570上，所述焊絲盤570設(shè)置在電弧焊炬550上，填充焊絲530穿過電弧焊炬550并向外凸出。所述導(dǎo)氣管560安裝在激光焊炬510上，導(dǎo)氣管560的一端與保護氣體發(fā)生器連接，另一端指向焊接工位，并且導(dǎo)氣管560的出氣方向可調(diào)，這樣可以使保護氣體更好地覆蓋填充焊絲530和熔池。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述導(dǎo)氣管560采用可以萬向調(diào)節(jié)的萬向管(或竹節(jié)管)用于引導(dǎo)保護氣體，使保護氣體準確地覆蓋焊接保護區(qū)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述電弧焊炬550與激光焊炬510之間通過角度調(diào)節(jié)單元540連接，該角度調(diào)節(jié)單元540包括一夾持把柄和調(diào)節(jié)螺栓，所述夾持把柄的一端卡設(shè)在電弧焊炬上，另一端通過調(diào)節(jié)螺栓與激光焊炬510上的第一凸起鉸接，電弧焊炬550和第一凸起上均設(shè)有通孔，調(diào)節(jié)螺栓穿過通孔將電弧焊炬550固定在激光焊炬510上。當需要調(diào)節(jié)角度時，只需擰松調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)整好角度后擰緊調(diào)節(jié)螺栓即可。該角度調(diào)節(jié)單元540的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用于電弧焊接角度調(diào)節(jié)和送絲角度調(diào)節(jié)，可以獲得更好的焊接效果。

具體的，所述控制器100與四軸聯(lián)動平臺連接，控制激光焊炬510和電弧焊炬550在三個方向上的移動及水平方向的轉(zhuǎn)動，使激光焊炬510和電弧焊炬550在焊接平臺上以最合適的位置和角度對缺陷進行修補。所述控制器100與激光視覺傳感器300連接，用于驅(qū)動激光視覺傳感器300并獲取缺陷的三維輪廓，控制器100根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)對缺陷的三維輪廓進行重建，生成最優(yōu)控制代碼。所述控制器100與紅外視覺傳感器400連接，用于驅(qū)動紅外視覺傳感器400并獲取熔池的實時圖像時頻參數(shù)，在修補過程中，根據(jù)熔池狀態(tài)實時調(diào)整修補參數(shù)，獲得更好的修補效果。所述控制器100與激光焊炬510和電弧焊炬550電連接，用于控制激光焊炬510和電弧焊炬550的電流大小及保護氣體的流量。所述夾具520的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與激光焊炬510固定，四軸聯(lián)動平臺通過夾具520帶動激光焊炬510移動和轉(zhuǎn)動，調(diào)整到合適的焊接位置。

具體的，結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，所述四軸聯(lián)動平臺用于控制激光焊炬510的位置并調(diào)整激光焊炬510和電弧焊炬550的焊接角度，其組成主要包括沿X軸方向運動的X軸移動單元210、沿Y軸方向運動的Y軸移動單元220、沿Z軸方向運動的Z軸移動單元230和繞垂直于工件的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的A軸轉(zhuǎn)動單元240。所述X軸移動單元210固定在修補平臺上，位于修補工位的上方，Y軸移動單元220安裝在X軸移動單元210上，Z軸移動單元230安裝在Y軸移動單元220上，A軸轉(zhuǎn)動單元240安裝在Z軸移動單元230上，可相對Z軸移動單元230水平轉(zhuǎn)動。所述A軸轉(zhuǎn)動單元240與夾具520固定連接，帶著激光焊炬510水平轉(zhuǎn)動，用于調(diào)整激光焊炬510和電弧焊炬550的焊接角度。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述紅外視覺傳感器400采用波長較短的近紅外線作為視覺傳感器的光源。與遠紅外線相比，近紅外線探測的深度較深，獲取的信息量較多。由于電弧焊在焊接過程中會產(chǎn)生電弧的輻射光干擾，選用近紅外視覺傳感器可以濾去電弧的弧光干擾，提高熔池圖像的成像質(zhì)量。優(yōu)選的，本發(fā)明優(yōu)先采用波長約為950納米的近紅外光源。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述控制器100采用抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、連續(xù)工作時間長的工業(yè)控制計算機。

其中，該修補方法為一種激光電弧復(fù)合焊3D增材修補裝置的修補方法，該修補方法可以針對不同待修復(fù)工件材料使用相應(yīng)的填充焊絲530作為填補缺陷的填充劑，結(jié)合圖1和圖10所示，該修補方法主要包括如下步驟：

步驟S1:將缺陷工件安裝在修補工作臺上；

將激光視覺傳感器300、近紅外視覺傳感器400安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)聯(lián)動控制平臺的Z軸移動單元230上，將激光焊炬510和電弧焊炬550安裝在A軸旋轉(zhuǎn)單元上。

步驟S2:驅(qū)動激光視覺傳感器300掃描缺陷的三維輪廓；

安裝完畢后，首先配合四軸聯(lián)動平臺將激光焊炬510移動到相應(yīng)位置，在控制器100的控制下，驅(qū)動激光視覺傳感器300掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號。

步驟S3:控制器100接受激光視覺傳感器300的反饋信號，重建缺陷的三維輪廓；

如圖6所示，根據(jù)激光視覺傳感器300的工作原理，傳感器內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光。該激光束射在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機檢測到，利用三角測量原理，在控制器100中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號?？刂破?00獲取激光視覺傳感器300反饋的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號，利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。

步驟S4:根據(jù)缺陷的三維輪廓數(shù)據(jù)生成控制代碼，確定具體的焊接參數(shù)；

控制器100將重建的缺陷三維模型與原始的零件模型參數(shù)作對比，確定要修補的具體參數(shù)并生成相應(yīng)的控制代碼。控制器100根據(jù)生成的控制代碼驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺控制激光焊炬510移動到指定的位置，然后通過控制代碼確定激光焊炬510和電弧焊炬550的焊接參數(shù)。該焊接參數(shù)主要包括焊接的位置、激光功率、焊接速度和送絲速度等等。

步驟S5:修補過程中，控制器100驅(qū)動近紅外視覺傳感器400對熔池進行掃描，獲取熔池圖像的時頻參數(shù)(包括時域、頻域信息)，并根據(jù)熔池圖像時頻參數(shù)生成補償控制代碼，實時修正設(shè)定的焊接參數(shù)。如圖7所示為針對幾何形狀較為復(fù)雜的工件缺陷，在激光電弧復(fù)合焊3D增材修補裝置修復(fù)缺陷時的熔滴過渡。

當工件的缺陷有一部分在試件表面下時，結(jié)合圖1、圖8和圖9所示，由于A軸與激光焊炬510之間有一定夾角，控制器100可以驅(qū)動A軸旋轉(zhuǎn)軸來調(diào)整激光焊炬510在工件上的焊接位置，從而完成試件表面下的缺陷修補。

步驟S6:針對焊接后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補后，再次驅(qū)動激光視覺傳感器300掃描缺陷的三維輪廓，確定修補后的工件是否達標，若不達標，則對缺陷進行再次修補，直到缺陷修補達標為止。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在焊接時，當缺陷的位置和形狀較為復(fù)雜，可以通過驅(qū)動A軸轉(zhuǎn)動單元240調(diào)整激光焊炬510的焊接夾角來完成缺陷修補，采用該方法可以進一步提高修補效率，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明所提供的修補裝置可以安裝在機器人末端或龍門架的機架上，配合機器人或龍門架的運動定位到相應(yīng)位置，用于修復(fù)不同場合下的缺陷試件或者需要修補維護的設(shè)備。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明利用激光視覺傳感器300掃描工件上的缺陷，將獲得的三維輪廓光信號傳送給控制器100；控制器100根據(jù)結(jié)構(gòu)光信號重建缺陷的三維輪廓，并生成相應(yīng)的控制代碼，確定焊接的技術(shù)參數(shù)；在焊接過程中，控制器100驅(qū)動近紅外視覺傳感器400對熔池進行掃描，獲取熔池圖像的時頻參數(shù)，生成對應(yīng)的補償控制代碼，并實時修正之前設(shè)置的焊接參數(shù)，使最終的焊接效果更好；初次焊接完畢后，激光視覺傳感器300會對缺陷位置進行再次掃描，確定修補情況和評定修補效果，若修補效果達不到設(shè)定的標準，則控制器100驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器300和紅外視覺傳感器400對修補后的缺陷進行再次修補，直到修補效果達標為止。本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可靠性高、適應(yīng)性強。

實施例2：

如圖1所示，將激光視覺傳感器300、近紅外視覺傳感器400安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)運動控制平臺的Z軸運動平臺上，將激光焊炬510和電弧焊炬550安裝在A軸旋轉(zhuǎn)平臺上。該裝置可以安裝在機器人末端或龍門架機架上，配合機器人或龍門架的運動到相應(yīng)位置以修復(fù)不同場合下缺陷試件或設(shè)備。

本發(fā)明所提供的3D增材修補裝置的工作過程如下：首先配合四軸運動平臺將激光焊炬510和電弧焊炬550移動到相應(yīng)位置，在計算機控制器100控制下，驅(qū)動激光視覺傳感器300掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號。

然后，激光視覺傳感器300內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光，該激光束打在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機檢測到，利用三角測量原理，在計算機控制器100中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號。(圖6為激光視覺傳感器300的工作原理圖)

接著，根據(jù)激光視覺傳感器300掃描缺陷獲取的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號，計算機控制器100利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。將重建的模型與原始的零件參數(shù)作對比，確定修補的具體參數(shù)并生成控制代碼。

接著，驅(qū)動四軸運動平臺控制激光焊炬510和電弧焊炬550移動到相應(yīng)位置，然后用控制代碼確定激光焊炬510和電弧焊炬550的填充焊絲530速度、引弧電流大小等參數(shù)，對缺陷位置用堆焊的方式進行融覆修補。如圖7所示，是激光電弧復(fù)合焊修復(fù)缺陷時的熔滴過渡，填充焊絲530穿過導(dǎo)電弧焊炬550并向外凸出。保護氣體從導(dǎo)氣管560的管口噴出，用于保護高溫熔化的金屬，防止金屬被氧化。填充焊絲530和工件缺陷附近的金屬在激光焊炬510和電弧焊炬550的作用下熔化，形成熔池，待冷卻后填充焊絲530便成為工件的一部分。當遇到工件缺陷形狀和位置較為復(fù)雜的情況時，針對這種狀況的缺陷修補(如圖8和圖9所示，缺陷有一部分在試件表面下)，由于A軸與激光焊炬510和電弧焊炬550有一定角度，驅(qū)動A軸旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整激光焊炬510的焊接位置，可以完成試件表面下的缺陷修補。

接著，如圖1所示為近紅外視覺傳感器400獲取焊時熔池信息的示意圖，在堆焊修補過程中獲取的缺陷熔池圖像包含了缺陷的實時修補狀況，通過圖像處理等方法獲取熔池圖像時頻參數(shù)，進而補償控制代碼。

最后，針對電弧堆焊后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補后，用激光視覺傳感器300掃描缺陷輪廓。經(jīng)計算機處理后得到再次修補的控制代碼，從而用四軸運動平臺驅(qū)動激光焊炬510和電弧焊炬550并確定相應(yīng)的融覆參數(shù)修補缺陷。激光視覺傳感器300獲得缺陷三維輪廓，近紅外視覺傳感器400實時獲取修補的狀態(tài)。多傳感信息(激光、近紅外視覺傳感器400)的融合生成最優(yōu)控制算法，包括焊接位置、激光功率、焊接速度、送絲速度等參數(shù)的在線調(diào)整。圖10為該發(fā)明的工作流程圖，多次重復(fù)該操作(即視覺檢測、堆焊修補)，直到缺陷輪廓形態(tài)達標。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。