CN111644728B - 刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其监测模块用于监测热作模具的修复过程，并将监测结果传输给决策模块，所述决策模块用于接收监测结果，根据监测结果作出执行决策，并将决策方案传输给运动路径控制及执行模块和冲击及清渣控制模块，所述运动路径控制及执行模块用于运载冲击模块和清渣模块，并控制运载设备按照决策的运动路径执行相关运动，所述冲击及清渣控制模块用于控制冲击模块按照决策方案确定的冲击参数进行刚性冲击。本发明方法在电弧增材模具修复的过程中对堆焊的焊道或焊层进行多道多方位的定量精确地刚性冲击和清渣，最终实现热作模具电弧增材修复直接高精成形，获得较高表面质量的模具修复件。

Description

刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，尤其涉及一种刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法。

背景技术

热作模具作为工业模具的重要组成之一，因其常常在高温高压、急冷急热和载荷冲击等复杂环境下工作，极易发生热疲劳、热磨损和断裂失效，损耗率极高。生产制造新的模具来进行更换存在着经济性差、效率低、环境污染大等诸多问题，因此工业上常常采用修复与再制造的方式来解决这一难题。

电弧增材堆焊技术是一种快速成形技术，它以经济性的电弧为热源，具有成形尺寸大、成形效率高、制造周期短、原料利用率高、成本低等诸多优点，被认为是可直接服务于装备再制造业的成形技术，现阶段被广泛应用于热作模具修复与再制造领域。但是，工程中使用电弧增材堆焊技术对热作模具进行修复和再制造时，由于电弧熔积本身精度的限制会导致修复后的工件表面质量较低，不能直接投入使用，需要通过后续的机加工来提升修复件表面质量，以保障修模具修复件的成形精度和服役性能。整个模具修复的过程加工工序较多，耗时较长，修复效率较低，且材料浪费率较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，该方法通过引入刚性冲击作为电弧增材模具修复成形过程中的辅助工序，并通过智能传感、智能决策与控制技术对热作模具的电弧增材修复的全过程进行精细化控制，可显著提高热作模具修复件表面质量，实现电弧增材模具修复的直接高精成形。

为达到本发明的发明目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其采用的***包括用于监测热作模具的修复过程的监测模块，监测模块将监测结果传输给决策模块，所述决策模块用于接收监测结果，并根据监测结果作出执行决策，后将决策方案传输给运动路径控制及执行模块和冲击及清渣控制模块，所述运动路径控制及执行模块用于运载冲击模块和清渣模块，并控制运载设备按照决策的运动路径执行相关运动，所述冲击及清渣控制模块用于控制冲击模块与清渣模块按照决策方案确定的冲击和清渣的工艺参数进行刚性冲击与清渣；

刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法包括以下步骤：

（1）通过工作台对待修复的热作模具进行加热保温，且保温的温度为300℃—500℃；

（2）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣进行清除。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：只对检测到的焊道表层的焊渣及焊渣附近特定范围内区域进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以能够将焊道表层焊渣击碎，不将焊渣碎片锤入焊道内部，且刚性冲击后焊渣所在区域附近特定范围内表面轮廓度（以该层数字分层模型轮廓为基准）误差小于1mm为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短；

（3）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔进行清除。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：只对检测到的焊道内部及表层的气孔及附近特定范围内区域进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以能够将检测到的气孔消除且气孔所在区域附近特定范围内表面轮廓度，以该层数字分层模型轮廓为基准，误差小于1mm为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短；

（4）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层进行整体刚性冲击和清渣。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：对焊道几何轮廓上各点均进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以刚性冲击后塑性材料刚性冲击点及附近等效应力为压应力，各点平均等效应力值方差值最小，脆性材料刚性冲击点及附近等效应力倾向为压应力且等效应力值趋近于零为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短；

（5）对所述热作模具修复时的后三层收尾层焊层的整体刚性冲击及淸渣。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的对应焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：对收尾层焊层几何轮廓上各点均进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以刚性冲击后塑性材料刚性冲击点及附近等效应力为压应力，各点平均等效应力值方差值最小，脆性材料刚性冲击点及附近等效应力倾向为压应力且等效应力值趋近于零；能够获得焊层表面粗糙度Ra在0.2—0.8um之内为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短。

作为上述方案的优选，所述步骤（2）包括：

a）通过所述焊渣图像识别器识别所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面形成的焊渣，并获取其尺寸、面积及位置数据，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述焊渣图像识别器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，具体的工艺参数包含实施刚性冲击与淸渣位置点、各点实施冲击和淸渣的时机、实施冲击的高度、实施冲击和淸渣持续的时间、实施冲击的频率、实施冲击的力的大小、实施冲击的冲击速度以及实施刚性冲击与淸渣的路径等，最后将决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

作为上述方案的优选，所述步骤（3）包括：

a）通过所述气孔检测器对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔进行检测，并获取其气孔的类型、形状、位置以及尺寸等信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述气孔检测器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，最后决策确定的刚性冲击与淸渣的工艺参数以及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

作为上述方案的优选，所述步骤（4）包括：

a）通过所述轮廓检测器检测所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述轮廓检测器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，最后决策确定的刚性冲击与淸渣的工艺参数以及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

作为上述方案的优选，所述步骤（5）包括：

a）通过所述轮廓检测器检测所述热作模具修复时的最后三层收尾层焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述轮廓检测器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，最后决策确定的刚性冲击与淸渣的工艺参数以及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的最后三层收尾层焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

作为上述方案的优选，所述监测模块包括第一控制柜、以及与所述第一控制柜相连接的第一机器人手臂，所述第一机器人手臂上设置有数据采集单元，所述数据采集单元用于采集所述热作模具的修复过程的数据、并将采集的数据传输至所述决策模块。

作为上述方案的优选，所述第一机器人手臂为A型六自由度机器人手臂。

作为上述方案的优选，所述第一机器人手臂上设置有多位转盘，所述数据采集单元安装在所述多为转盘上。

作为上述方案的优选，所述数据采集单元包括焊渣图像识别器、气孔检测器、轮廓检测器和温度检测器，所述焊渣图像识别器用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣信息、并将焊渣信息传输至所述决策模块；所述气孔检测器用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的气孔信息、并将气孔信息传输至所述决策模块；所述轮廓检测器用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表层形成的轮廓信息、并将轮廓信息传输至所述决策模块；所述温度检测器用于采集所述热作模具修复时堆焊焊道或焊层轮廓上各点的温度信息、并将温度信息传输至所述决策模块。

作为上述方案的优选，所述焊渣信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面焊渣的尺寸信息、面积信息和位置信息；所述气孔信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔的类型信息、形状信息、尺寸信息和位置信息；所述轮廓信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息；所述温度信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层轮廓上各点的温度信息。

作为上述方案的优选，所述运动路径控制及执行模块包括路径控制单元第二控制柜、以及与所述第二控制柜相连接的运动执行单元第二机器人手臂，所述冲击模块和所述清渣模块安装在所述第二机器人手臂上。

作为上述方案的优选，所述冲击模块包括电磁高精度冲击装置和用于夹持所述电磁高精度冲击装置的第一夹具，所述第一夹具设置在所述第二机器人手臂上。

作为上述方案的优选，所述淸渣模块，包括高温颗粒大功率吸纳装置、耐高温柔性金属软管和耐高温金属吸管三部分组成。

作为上述方案的优选，所述第二机器人手臂为B型六自由度机器人手臂。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明监测模块用于监测热作模具的修复过程，并将监测结果传输给决策模块，，决策模块用于接收监测结果，并根据监测结果作出执行决策，后将决策方案传输给运动路径控制及执行模块和冲击及清渣控制模块，运动路径控制及执行模块用于运载冲击模块和清渣模块，并控制运载设备按照决策的运动路径执行相关运动，冲击及清渣控制模块用于控制冲击模块与清渣模块按照决策方案确定的冲击和清渣的工艺参数进行刚性冲击与清渣。该方法通过引入刚性冲击作为电弧增材模具修复成形过程中的辅助工序，并通过智能传感、智能决策与控制技术对热作模具的电弧增材修复的全过程进行精细化控制，可显著提高热作模具修复件表面质量，实现电弧增材模具修复的直接高精成形。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法的结构示意图；

其中，图1中的附图标记为：

1、第一控制柜；2、第一机器人手臂；3、多位转盘；4、焊渣图像识别器；5、气孔检测器；6、轮廓检测器；7、温度检测器；8、第二控制柜；9、第二机器人手臂；10、电磁高精度冲击装置；11、第一夹具；12、吸纳装置；13、金属软管；14、金属吸管；15、冲击模块；16、清渣模块；17、决策模块；18、冲击及清渣控制模块；19、监测模块；20、运动路径控制及执行模块。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

本发明公开了一种刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，采用的***包括监测模块用于监测热作模具的修复过程，并将监测结果传输给决策模块，所述决策模块用于接收监测结果，并根据监测结果作出执行决策，后将决策方案传输给运动路径控制及执行模块20和冲击及清渣控制模块18，所述运动路径控制及执行模块20用于运载冲击模块15和清渣模块16，并控制运载设备按照决策的运动路径执行相关运动，所述冲击及清渣控制模块18用于控制冲击模块15与清渣模块16按照决策方案确定的冲击和清渣的工艺参数进行刚性冲击与清渣。其通过所述监测模块、决策模块、运动路径控制及执行模块20、冲击及清渣模块、冲击模块15和清渣模块16的协调控制，能够实现对热作模具的电弧增材修复全过程的精细化控制，提高热作模具修复件表面质量，实现电弧增材模具修复的直接高精成形。

所述决策模块包括数据处理单元和决策单元，所述数据处理单元对所述监测模块传输的数据进行处理和加工、并将数据处理结果传输至所述决策单元；然后，所述决策单元根据所述数据处理单元传输的数据作出关于实施刚性冲击与淸渣的工艺参数的决策方案，并将决策方案传输至所述运动路径控制及执行模块20和所述冲击及清渣控制模块18，所述运动路径控制及执行模块20的路径控制单元与冲击及清渣控制模块18基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块20的运动执行单元与所述冲击模块15和所述清渣模块16，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

如图1所示，所述监测模块包括第一控制柜1、以及与所述第一控制柜1相连接的第一机器人手臂2，所述第一机器人手臂2上设置有数据采集单元，所述数据采集单元用于采集所述热作模具的修复过程的数据、并将采集的数据传输至所述决策模块。

作为进一步优选的方案，所述第一机器人手臂2为A型六自由度机器人手臂，从而可以确保所述第一机器人手臂2可以实现空间六自由度的运动，进而带动所述数据采集单元可以采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层任意位置进行检测及数据采集。

为了便于安装不同的数据采集装置，所述第一机器人手臂2上设置有多位转盘3，所述数据采集单元安装在所述多为转盘3上。

作为进一步优选的方案，所述数据采集单元包括焊渣图像识别器4、气孔检测器5、轮廓检测器6和温度检测器7，所述焊渣图像识别器4用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣信息、并将焊渣信息传输至所述决策模块；所述气孔检测器5用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的气孔信息、并将气孔信息传输至所述决策模块；所述轮廓检测器6用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表层形成的轮廓信息、并将轮廓信息传输至所述决策模块；所述温度检测器7用于采集所述热作模具修复时堆焊焊道或焊层轮廓上各点的温度信息、并将温度信息传输至所述决策模块。

而且，在本发明中，所述第一机器人手臂2的承载范围必须高于所述焊渣图像识别器4、所述气孔检测器5、所述轮廓检测器6和所述温度检测器7的总重量，且不易过高，以保证所述第一机器人手臂2的机动性。另外，所述第一机器人手臂2的工作空间不小于工作台的最大尺寸，所述第一机器人手臂2的重读定位精度不低于0.1mm，导轨有效行程不小于工作台的最大几何尺寸。

所述焊渣信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面焊渣的尺寸信息、面积信息和位置信息；所述气孔信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔的类型信息、形状信息、尺寸信息和位置信息；所述轮廓信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息；所述温度信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层轮廓上各点的温度信息。

具体地，所述焊渣图像识别器4为工业相机和工控机，其首先获得所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的表层图像，并基于焊渣图像识别算法对图像中堆焊焊道或焊层表层形成的焊渣进行识别，获取其尺寸、面积及位置数据等信息，并将上述信息传输至所述决策模块，而且，焊渣图像识别算法是基于焊接工程实践经验建立焊渣识别特征和特征阀值，并且，焊渣识别特征包含焊渣的面积、颜色及灰度等。

所述气孔检测器5基于超声波缺陷检测原理，能够检测出所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔类型（如氢气孔、氮气孔和CO气孔等），并且获取其控股的形状、位置以及尺寸等信息，并将上述信息传输至所述决策模块。

所述轮廓检测器6基于激光扫描检测原理，检测所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块。

所述温度检测器7基于红外线测温原理，检测所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的每个点的温度信息、并将上述信息传输至所述决策模块。

如图1所示，所述运动路径控制及执行模块20包括路径控制单元第二控制柜8、以及与所述第二控制柜8相连接的运动执行单元第二机器人手臂9，所述冲击模块15和所述清渣模块16安装在所述第二机器人手臂9上。

作为上述方案的优选，所述冲击模块15包括电磁高精度冲击装置10和用于夹持所述电磁高精度冲击装置10的第一夹具11，所述第一夹具11设置在所述第二机器人手臂9上，其中，所述电磁高精度冲击装置10可以按照所述控制模块输出的刚性冲击频率、刚性冲击力、刚性冲击速度对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层进行刚性冲击，并且热作模具经过刚性冲击后其表面精度可达抛光精度（Ra为0.012—0.1um）以上；所述第一夹具11可以确保所述电磁高精度冲击装置10能够随着所述第二机器人手臂9对空间任意自由位置的点实施刚性冲击。

如图1所述，所述清渣模块16包括吸纳装置12、金属软管13和金属吸管14。其中：所述吸纳装置12可以及时将所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣或其他颗粒物迅速吸走；所述金属软管13为柔性软管可以确保所述清渣模块16可以随所述第二机器人手臂9自由移动而不产生干扰；所述金属吸管14能够消除产生的高温焊渣或其他高温颗粒对自身和附近所述冲击模块15、所述第二机器人手臂9的高温影响，确保设备的正常运转。

作为进一步优选的方案，所述第二机器人手臂9为B型六自由度机器人手臂，从而可以确保所述第二机器人手臂9可以实现空间六自由度的运动，进而带动所述冲击模块15和所述清渣模块16可以对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层任意位置进行刚性冲击。

所述刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法的工作流程为：

（1）通过工作台对待修复的热作模具进行加热保温，且保温的温度为300℃—500℃。

（2）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣进行清除。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：只对检测到的焊道表层的焊渣及焊渣附近特定范围内区域进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以能够将焊道表层焊渣击碎（易于与焊道脱离）不将焊渣碎片锤入焊道内部，且刚性冲击后焊渣所在区域附近特定范围内表面轮廓度（以该层数字分层模型轮廓为基准）误差小于1mm为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短。

具体包括：

a）通过所述焊渣图像识别器4识别所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面形成的焊渣，并获取其尺寸、面积及位置数据，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器7获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述焊渣图像识别器4和所述温度检测器7的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，具体的工艺参数包含实施刚性冲击与淸渣位置点、各点实施冲击和淸渣的时机、实施冲击的高度、实施冲击和淸渣持续的时间、实施冲击的频率、实施冲击的力的大小、实施冲击冲击速度以及实施刚性冲击与淸渣的路径等，最后将决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块20和所述冲击及清渣控制模块18；

d）所述运动路径控制及执行模块20的路径控制单元与冲击及清渣控制模块18基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块20的运动执行单元与所述冲击模块15和所述清渣模块16，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

（3）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔进行清除。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：只对检测到的焊道内部及表层的气孔及附近特定范围内区域进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以能够将检测到的气孔消除且气孔所在区域附近特定范围内表面轮廓度（以该层数字分层模型轮廓为基准）误差小于1mm为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短。

具体包括：

a）通过所述气孔检测器5对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔进行检测，并获取其气孔的类型（如氢气孔、氮气孔和CO气孔等）、形状、位置以及尺寸等信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器7获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述气孔检测器5和所述温度检测器7的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，具体的工艺参数包含实施刚性冲击与淸渣位置点、各点实施冲击和淸渣的时机、实施冲击的高度、实施冲击和淸渣持续的时间、实施冲击的频率、实施冲击的力的大小、实施冲击冲击速度以及实施刚性冲击与淸渣的路径等，最后将决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块20和冲击及清渣控制模块18；

d）所述运动路径控制及执行模块20的路径控制单元与冲击及清渣控制模块18基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块20的运动执行单元与所述冲击模块15和所述清渣模块16，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

（4）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层进行整体刚性冲击和清渣。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：对焊道几何轮廓上各点均进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以刚性冲击后塑性材料刚性冲击点及附近等效应力为压应力，各点平均等效应力值方差值最小，脆性材料刚性冲击点及附近等效应力倾向为压应力且等效应力值趋近于零为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短。

具体包括：

a）通过所述轮廓检测器6检测所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器7获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述轮廓检测器6和所述温度检测器7的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，具体的工艺参数包含实施刚性冲击与淸渣位置点、各点实施冲击和淸渣的时机、实施冲击的高度、实施冲击和淸渣持续的时间、实施冲击的频率、实施冲击的力的大小、实施冲击冲击速度以及实施刚性冲击与淸渣的路径等，最后将决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块20和冲击及清渣控制模块18；

d）所述运动路径控制及执行模块20的路径控制单元与冲击及清渣控制模块18基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块20的运动执行单元与所述冲击模块15和所述清渣模块16，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

（5）对所述热作模具修复时的后三层收尾层焊层的整体刚性冲击及淸渣。此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的对应焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：对收尾层焊层几何轮廓上各点均进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以刚性冲击后塑性材料刚性冲击点及附近等效应力为压应力，各点平均等效应力值方差值最小，脆性材料刚性冲击点及附近等效应力倾向为压应力且等效应力值趋近于零；能够获得焊层表面粗糙度Ra在0.2—0.8um之内为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短。

具体包括：

a）通过所述轮廓检测器6检测所述热作模具修复时的最后三层收尾层焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器7获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述轮廓检测器6和所述温度检测器7的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，具体的工艺参数包含实施刚性冲击与淸渣位置点、各点实施冲击和淸渣的时机、实施冲击的高度、实施冲击和淸渣持续的时间、实施冲击的频率、实施冲击的力的大小、实施冲击冲击速度以及实施刚性冲击与淸渣的路径等，最后将决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块20和冲击及清渣控制模块18；

d）所述运动路径控制及执行模块20的路径控制单元与冲击及清渣控制模块18基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块20的运动执行单元与所述冲击模块15和所述清渣模块16，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的最后三层收尾层焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于，其采用的***包括用于监测热作模具的修复过程的监测模块，监测模块将监测结果传输给决策模块，所述决策模块用于接收监测结果，并根据监测结果作出执行决策，后将决策方案传输给运动路径控制及执行模块、冲击及清渣控制模块，所述运动路径控制及执行模块用于运载冲击模块和清渣模块，并控制运载设备按照决策的运动路径执行相关运动，所述冲击及清渣控制模块用于控制冲击模块与清渣模块按照决策方案确定的冲击和清渣的工艺参数进行刚性冲击与清渣；

刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法包括以下步骤：

（1）通过工作台对待修复的热作模具进行加热保温，且保温的温度为300℃—500℃；

（2）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣进行清除；此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：只对检测到的焊道表层的焊渣及焊渣附近特定范围内区域进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以能够将焊道表层焊渣击碎，不将焊渣碎片锤入焊道内部，且刚性冲击后焊渣所在区域附近特定范围内表面轮廓度以该层数字分层模型轮廓为基准误差小于1mm为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短；

（3）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔进行清除；此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：只对检测到的焊道内部及表层的气孔及附近特定范围内区域进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以能够将检测到的气孔消除且气孔所在区域附近特定范围内表面轮廓度，以该层数字分层模型轮廓为基准，误差小于1mm为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短；

（4）对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层进行整体刚性冲击和清渣；此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：对焊道几何轮廓上各点均进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以刚性冲击后塑性材料刚性冲击点及附近等效应力为压应力，各点平均等效应力值方差值最小，脆性材料刚性冲击点及附近等效应力倾向为压应力且等效应力值趋近于零为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短；

（5）对所述热作模具修复时的后三层收尾层焊层的整体刚性冲击及淸渣；此道工序的工艺参数由决策模块基于监测模块采集到的对应焊道或焊层的相关信息所确定，其中决策算法包含以下约束条件：对收尾层焊层几何轮廓上各点均进行刚性冲击和淸渣；刚性冲击力大小、刚性冲击速度、刚性冲击频率以及刚性冲击方位的确定以刚性冲击后塑性材料刚性冲击点及附近等效应力为压应力，各点平均等效应力值方差值最小，脆性材料刚性冲击点及附近等效应力倾向为压应力且等效应力值趋近于零；能够获得焊层表面粗糙度Ra在0.2—0.8um之内为准；完成此道工序刚性冲击的次数最少时间最短。

2.根据权利要求1所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述监测模块包括第一控制柜、以及与所述第一控制柜相连接的第一机器人手臂，所述第一机器人手臂上设置有数据采集单元，所述数据采集单元用于采集所述热作模具的修复过程的数据、并将采集的数据传输至所述决策模块。

3.根据权利要求2所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述第一机器人手臂为A型六自由度机器人手臂，所述第一机器人手臂上设置有多位转盘，所述数据采集单元安装在所述多位转盘上。

4.根据权利要求3所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述数据采集单元包括焊渣图像识别器、气孔检测器、轮廓检测器和温度检测器，所述焊渣图像识别器用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的焊渣信息、并将焊渣信息传输至所述决策模块；所述气孔检测器用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的气孔信息、并将气孔信息传输至所述决策模块；所述轮廓检测器用于采集所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表层形成的轮廓信息、并将轮廓信息传输至所述决策模块；所述温度检测器用于采集所述热作模具修复时堆焊焊道或焊层轮廓上各点的温度信息、并将温度信息传输至所述决策模块。

5.根据权利要求4所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述焊渣信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面焊渣的尺寸信息、面积信息和位置信息；所述气孔信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔的类型信息、形状信息、尺寸信息和位置信息；所述轮廓信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息；所述温度信息包括所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层轮廓上各点的温度信息。

6.根据权利要求4所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述步骤（2）包括：

a）通过所述焊渣图像识别器识别所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面形成的焊渣，并获取其尺寸、面积及位置数据，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述焊渣图像识别器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，具体的工艺参数包含实施刚性冲击与淸渣位置点、各点实施冲击和淸渣的时机、实施冲击的高度、实施冲击和淸渣持续的时间、实施冲击的频率、实施冲击的力的大小、实施冲击的冲击速度以及实施刚性冲击与淸渣的路径，最后将决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

7.根据 权利要求4所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述步骤（3）包括：

a）通过所述气孔检测器对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层内部和表面的气孔进行检测，并获取其气孔的类型、形状、位置以及尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述气孔检测器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，最后决策确定的刚性冲击与淸渣的工艺参数以及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

8.根据权利要求4所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述步骤（4）包括：

a）通过所述轮廓检测器检测所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述轮廓检测器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，最后决策确定的刚性冲击与淸渣的工艺参数以及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

9.根据权利要求4所述的刚性冲击辅助电弧增材热作模具修复直接高精成形方法，其特征在于：所述步骤（5）包括：

a）通过所述轮廓检测器检测所述热作模具修复时的最后三层收尾层焊层的轮廓的奇异点的位置信息、形状信息和尺寸信息，并将上述信息传输至所述决策模块；通过所述温度检测器获取所述热作模具修复时的堆焊焊道或焊层表面的温度数据、并将上述温度数据传输至所述决策模块；

b）所述决策模块的数据处理单元根据所述轮廓检测器和所述温度检测器的传输的数据进行加工处理，并将加工处理结果传输至所述决策模块的决策单元；

c）所述决策单元根据接收的数据信息进行计算分析，以得到实施刚性冲击和淸渣的工艺参数，最后决策确定的刚性冲击与淸渣的工艺参数以及运动执行指令传递给所述运动路径控制及执行模块和所述冲击及清渣控制模块；

d）所述运动路径控制及执行模块的路径控制单元与冲击及清渣控制模块基于接收到的所述决策单元传输的信息，分别控制所述运动路径控制及执行模块的运动执行单元与所述冲击模块和所述清渣模块，使其按照决策确定的实施刚性冲击与淸渣的工艺参数对所述热作模具修复时的最后三层收尾层焊层表面进行刚性冲击与淸渣。

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