CN114378309A - 一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法，包括柔性生产管理***，与客户端通信连接；成型光洁处理装备，与柔性生产管理***通信连接，成型光洁处理装备包括光子束添料制造单元、光洁度在线测量单元、光子束光洁处理单元；用于可视化控制成型光洁处理装备生产过程的制程可视化操控单元，与柔性生产管理***通信连接。通过设置制程可视化操控单元通过柔性生产管理***与客户端通信连通，实现了客户对生产过程可视化控制、管理和追溯的效果；通过融合光洁度在线测量单元与光子束光洁处理单元解决复杂构件内腔壁光洁度的处理问题，实现对内腔壁有要求的异形复杂构件高质量、高效率、可视化控制的成型制造。

Description

一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，特别是涉及一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法。

背景技术

在传统模式下，制造对内腔壁成形质量有要求的异形复杂金属构件较为困难，且生产成本较高，客户难以对复杂金属构件的生产过程进行可视化控制、管理和追溯。而当前的金属光子束添料制造设备主要集中在光子束添料制造功能的执行，难以对内腔壁进行直接处理，最终影响成型金属件的应用效果。也有在载物件安置光洁处理光子束头，实现添料制造和光洁处理双光子束头融合的装置。但是该装置难以实现添料制造过程中在线光洁度的测量，并根据实际的在线光洁度实现待处理部内全域的高质量光洁处理。且在复杂构件的内腔壁中，待处理部整体一次性光洁处理的质量要高于分阶段光洁处理，复杂构件的结构可能会对载物件运动后的光洁处理角度进行遮挡，难以实现待处理部整体一次性光洁处理。

尤其对多品种、小批量，且对内腔壁有不同要求，复杂曲面形状不同的金属构件进行制造时，传统模式更加难以进行快速、低成本、高质量的制造。而一般的柔性制造方案由于受到传统光子束添料制造设备的限制，也难以很好的解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法。

根据本发明第一方面实施例的复杂构件柔性制造***，包括：

柔性生产管理***，与客户端通信连接；

成型光洁处理装备，与所述柔性生产管理***通信连接，所述成型光洁处理装备包括用于成型复杂构件的光子束添料制造单元、用于测量所述复杂构件内腔壁光洁度的光洁度在线测量单元、用于光洁处理所述复杂构件内腔壁的光子束光洁处理单元；

用于可视化控制所述成型光洁处理装备生产过程的制程可视化操控单元，与所述柔性生产管理***通信连接。

上述复杂构件柔性制造***至少具有以下有益效果：通过设置制程可视化操控单元通过柔性生产管理***与客户端通信连通，实现了客户对生产过程可视化控制、管理和追溯的效果；通过融合光洁度在线测量单元与光子束光洁处理单元解决复杂构件内腔壁光洁度的处理问题，实现对内腔壁有要求的异形复杂构件高质量、高效率、可视化控制的成型制造。

根据本发明第二方面实施例的复杂构件柔性制造方法，采用本发明第一方面实施例的复杂构件柔性制造***，所述复杂构件柔性制造方法包括如下步骤：

1)客户端将复杂构件的设计图纸远程传送至制造工厂的柔性生产管理***；

2)制造工厂通过柔性生产管理***根据设计图纸进行工艺评估和排产，柔性生产管理***对内腔壁有高要求的复杂构件进行智能三维切片，根据复杂构件的要求和形状，规划光子束增材制造和光子束光洁处理的工艺配置，设定光子束能量、光子束角度和扫描路径；

3)根据智能三维切片和工艺规划，启动光子束添料制造单元成型复杂构件，在复杂构件内腔壁的待处理部的结构成型完成后，暂停光子束添料制造单元；

4)启动光洁度在线测量单元测量复杂构件内腔壁的整体待处理部的光洁度，并将测量数据反馈至柔性生产管理***处理，启动光子束光洁处理单元，根据测量数据对复杂构件内腔壁的整体待处理部进行整体光洁处理和修补，同时甄别整体待处理部内的局部待处理部以及差异化处理；

5)光洁处理完成后，停止光子束光洁处理单元，继续启动光子束添料制造单元完成复杂构件的成型，制程可视化操控单元实时可视化控制整个生产过程，将可视化控制内容通过柔性生产管理***实时传送至客户端。

上述复杂构件柔性制造方法至少具有以下有益效果：采用上述复杂构件柔性制造***，通过设置制程可视化操控单元通过柔性生产管理***与客户端通信连通，实现了客户对生产过程可视化控制、管理和追溯的效果；通过融合光洁度在线测量单元与光子束光洁处理单元解决复杂构件内腔壁光洁度的处理问题，实现对内腔壁有要求的异形复杂构件高质量、高效率、可视化控制的成型制造；在制造过程中，通过根据测量数据对复杂构件内腔壁的整体待处理部进行整体光洁处理和修补，同时甄别整体待处理部内的局部待处理部以及差异化处理，实现待处理部内全域的高质量光洁处理。

在本发明的一些实施例中，所述成型光洁处理装备还包括运动机构，所述光洁度在线测量单元和所述光子束光洁处理单元安装在所述运动机构上，所述运动机构用于带动所述光洁度在线测量单元和光子束光洁处理单元对所述复杂构件内腔壁的待处理部测量和光洁处理，所述运动机构与所述柔性生产管理***通信连接。

在本发明的一些实施例中，所述光洁度在线测量单元包括光洁度测量端以及控制器，所述控制器通过导线与所述光洁度测量端连接，所述控制器与所述柔性生产管理***通信连接。

在本发明的一些实施例中，所述光洁度测量端为金刚石探头。

在本发明的一些实施例中，所述光洁度测量端包括光子束测量器以及光电探测器，所述光电探测器用于接收并反馈所述光子束测量器反射的光子束。

在本发明的一些实施例中，所述光子束光洁处理单元包括第一光子束发射器以及光子束光洁处理件。

在本发明的一些实施例中，所述成型光洁处理装备还包括箱体，所述运动机构、所述光子束添料制造单元以及所述制程可视化操控单元设于所述箱体内，所述运动机构滑动连接于所述箱体的顶部。

在本发明的一些实施例中，所述运动机构为机械臂。

在本发明的一些实施例中，所述光子束添料制造单元包括第二光子束发射器以及添料机构。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明成型光洁处理装备的示意图；

图2是本发明其中一个实施例的示意图；

图3是本发明另一个实施例的示意图；

图4是本发明复杂构件内腔壁流道的示意图；

图5是本发明复杂构件柔性制造方法的流程原理示意图。

附图标号：

10-箱体；21-第二光子束发射器；22-添料机构23-振镜；24-第二光路；25-添料制造光线；30-制程可视化操控单元；41-复杂构件；42-载物件；51-轨道；52-控制器；53-金刚石探头；54-光子束测量器；55-光电探测器；56-第一光子束发射器；57-第一光路；58-机械臂；59-光子束光洁处理件；60-光洁处理光线；61-导线；62-第一保护罩；63-第二保护罩；71-流道；72-整体待处理部；73-局部待处理部；74-流道内腔壁；80-成型光洁处理装备。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

需要理解的是，本文中，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本文中，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本文中，如果有描述到“若干”、“多个”，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

参照图1至图5，本发明提出一种复杂构件41柔性制造***及复杂构件41柔性制造方法。

根据本发明第一方面实施例的复杂构件41柔性制造***，包括柔性生产管理***，与客户端通信连接；成型光洁处理装备80，与柔性生产管理***通信连接，成型光洁处理装备80包括用于成型复杂构件41的光子束添料制造单元、用于测量复杂构件41内腔壁光洁度的光洁度在线测量单元、用于光洁处理复杂构件41内腔壁的光子束光洁处理单元；用于可视化控制成型光洁处理装备80生产过程的制程可视化操控单元30，与柔性生产管理***通信连接。

可以理解的是，成型光洁处理装备80还包括运动机构，光洁度在线测量单元和光子束光洁处理单元安装在运动机构上，运动机构用于带动光洁度在线测量单元和光子束光洁处理单元对复杂构件41内腔壁的待处理部测量和光洁处理，运动机构与柔性生产管理***通信连接。

具体地，光洁度在线测量单元包括光洁度测量端以及控制器52，控制器52通过导线61与光洁度测量端连接，控制器52与柔性生产管理***通信连接。

继续参照图2和图3，在一些实施例中，光洁度在线测量单元包括第一保护罩62，第一保护罩62设在光洁度测量端处，光洁度测量端设在第一保护罩62内，用于不工作时关闭第一保护罩62，保护光洁度测量端，防止损坏以及防止粉尘污染。

继续参照图1和图2，在一些实施例中，光洁度测量端为金刚石探头53。进行光洁度测量时，金刚石探头53与复杂构件41内腔壁接触，在复杂构件41内腔壁表面运动，以测得实际光洁度数据，即金刚石探头53为接触式测量。

继续参照图3，在另一些实施例中，光洁度测量端包括光子束测量器54以及光电探测器55，光电探测器55用于接收并反馈光子束测量器54反射的光子束。具体地，光子束测量器54和光电探测器55并排且间隔地布设。进行光洁度测量时，光子束测量器54与复杂构件41内腔壁之间具有间距，光子束测量器54向复杂构件41内腔壁发射光子束，复杂构件41内腔壁反射的光子束由光电探测器55接收并反馈至柔性生产管理***，通过处理测得实际光洁度数据，即光子束测量器54以及光电探测器55为非接触式测量。

光子束光洁处理单元包括第一光子束发射器56以及光子束光洁处理件59，第一光子束发射器56与光子束光洁处理件59之间设有反射镜，通过反射镜形成第一光路57，光子束经过第一光路57进入光子束光洁处理件59，由光子束光洁处理件59发射出光洁处理光线60。

继续参照图2和图3，在一些实施例中，光子束光洁处理单元包括第二保护罩63，第二保护罩63设在光子束光洁处理件59处，光子束光洁处理件59设在第一保护罩62内，用于不工作时关闭第二保护罩63，保护光子束光洁处理件59，防止损坏以及防止粉尘污染。

继续参照图1至3，可以理解的是，运动机构为机械臂58。具体地，运动机构为多自由度机械臂58。更为具体地，运动机构为六自由度机械臂58。可以理解的是，运动机构为连杆机构或连杆机构与齿轮传动的结合等其他任意形式。

可以理解的是，成型光洁处理装备80还包括箱体10，运动机构、光子束添料制造单元以及制程可视化操控单元30设于箱体10内，运动机构滑动连接于箱体10的顶部。具体地，箱体10内的顶部安装有轨道51，运动机构与轨道51滑动连接。可以实现运动机构在箱体10内移动，从而适应更大不同形状的复杂构件41。可以理解的是，箱体10内的底部设有用于供复杂构件41成型的载物件42。

可以理解的是，光子束添料制造单元包括第二光子束发射器21、振镜23以及添料机构22。第二光子束发射器21通过振镜23形成第二光路24，通过振镜23的反射形成添料制造光线25。添料制造工作时，添料机构22开始动作，将金属粉料均匀铺在载物件42上，通过开启光子束添料制造单元，红外光子束通过振镜23控制扫描路径和入射角度，开始复杂构件41的成型。

本发明复杂构件41柔性制造***通过设置制程可视化操控单元30通过柔性生产管理***与客户端通信连通，实现了客户对生产过程可视化控制、管理和追溯的效果；通过融合光洁度在线测量单元与光子束光洁处理单元解决复杂构件41内腔壁光洁度的处理问题，实现对内腔壁有要求的异形复杂构件41高质量、高效率、可视化控制的成型制造。

上述杂构件柔性制造方法至少具有以下有益效果：采用上述复杂构件41柔性制造***，通过设置制程可视化操控单元30通过柔性生产管理***与客户端通信连通，实现了客户对生产过程可视化控制、管理和追溯的效果；通过融合光洁度在线测量单元与光子束光洁处理单元解决复杂构件41内腔壁光洁度的处理问题，实现对内腔壁有要求的异形复杂构件41高质量、高效率、可视化控制的成型制造；在制造过程中，通过根据测量数据对复杂构件41内腔壁的整体待处理部72进行整体光洁处理和修补，同时甄别整体待处理部72内的局部待处理部73以及差异化处理，实现待处理部内全域的高质量光洁处理。

继续参照图1至图5，根据本发明第二方面实施例的复杂构件41柔性制造方法，采用本发明第一方面实施例的复杂构件41柔性制造***，复杂构件41柔性制造方法包括如下步骤：

1)客户端将复杂构件41的设计图纸远程传送至制造工厂的柔性生产管理***。具体地，客户端通过无线网络将设计图纸传送至制造工厂。

2)制造工厂通过柔性生产管理***根据设计图纸进行工艺评估和排产，柔性生产管理***对内腔壁有高要求的复杂构件41进行智能三维切片，根据复杂构件41的要求和形状，规划光子束增材制造和光子束光洁处理的工艺配置，设定光子束能量、光子束角度和扫描路径。

3)根据智能三维切片和工艺规划，启动光子束添料制造单元成型复杂构件41。第二光子束发射器21发射红外光子束通过振镜23扫描金属粉料，用于整体构件的成型。可以理解的是，第二光子束发射器21发射的红外光子束。

本实施例中，柔性生产管理***数据接入成型光洁处理装备80后，添料机构22开始动作，将金属粉料均匀铺在载物件42上，载物件42设有加热装置，同时载物件42对金属粉料进行预热，预热温度为100～200摄氏度。预热完成后，光子束添料制造单元开始工作，红外光子束通过振镜23控制扫描路径和入射角度，开始金属复杂构件41的成型。

在复杂构件41内腔壁的待处理部的结构成型完成后。具体地，机械臂58搭载光洁度在线测量单元和光子束光洁处理单元，根据智能三维切片和工艺规划，在复杂构件41内腔壁内的待处理部结构整体添料制造完成后，暂停光子束添料制造单元。

4)启动光洁度在线测量单元测量复杂构件41内腔壁的整体待处理部72的光洁度，并将测量数据反馈至柔性生产管理***处理，启动光子束光洁处理单元，根据测量数据对复杂构件41内腔壁的整体待处理部72进行整体光洁处理和修补，同时甄别整体待处理部72内的局部待处理部73以及差异化处理。

继续参照图1至3，本实施例中，机械臂58通过滑动连接的轨道51带动光洁度在线测量单元和光子束光洁处理单元进行大范围的移动，机械臂58由于具有多个自由度，可将光洁度测量端和光子束光洁处理件59伸入至复杂构件41内腔做高精度运动，光洁度测量端通过接触式或非接触式对复杂构件41内腔壁待处理部的整体光洁度进行测量，之后根据在线的表面光洁度数据，确定整体待处理部72内的局部待处理部73，继而对复杂构件41内腔壁待处理部进行整体光子束光洁处理和修补的同时，实现对局部待处理部73的精准甄别和差异化处理。光洁处理和修补完成后，添料机构22继续送粉料，光子束添料制造单元继续工作以完成复杂构件41的整体成型。可以理解的是，光子束添料制造单元、光洁度在线测量单元、光子束光洁处理单元可以根据复杂构件41的实际设计形状交替进行。可以理解的是，第一光子束发射器56发射的光子束为紫外光子束。

继续参照图4，本实施例中，复杂构件41内腔壁具有复杂曲面的流道71，流道71具有流道内腔壁74，尤其在流道内腔壁74弯道的重点区域，其对光洁度的要求更高。柔性生产管理***根据设计图纸展开工艺评估，确认弯道的整体待处理部72以及弯道的整体待处理部72内的局部待处理部73光洁处理的精度要求和区域，针对不同精度的要求和当前产能的现状进行排产。光洁处理时，针对局部待处理部73进行光子束参数调整，以进行更加精准的光洁处理。

5)光洁处理完成后，停止光子束光洁处理单元，继续启动光子束添料制造单元完成复杂构件41的成型，制程可视化操控单元30实时可视化控制整个生产过程，将可视化控制内容通过柔性生产管理***实时传送至客户端。可视化控制内容包括复杂构件41成型过程数据、生产预估时间和实际时间。便于客户实时对成型过程、质量和时间进行可视化控制、管理和追溯。在工作过程中，上述动作根据工艺规划重复进行，载物件42连接有Z轴移动机构，Z轴移动机构带动载物件42沿Z轴运动，添料机构22进而展开添粉料动作，直至金属复杂构件41成型完成。

对内腔壁有要求的复杂曲面金属复杂构件41，传统机加工和一般的添料制造设备难以对内腔壁进行处理，尤其难以进行待处理部光洁处理，且无法对待处理部整体再进行更细致的局部待处理部73甄别和处理，导致其光洁度达不到要求，降低产品的性能，且生产成本较高。若金属复杂构件41为多品种小批量时，则生产成本和生产时间也将极大的增高。

本发明复杂构件41柔性制造方法采用上述复杂构件41柔性制造***，通过设置制程可视化操控单元30通过柔性生产管理***与客户端通信连通，实现了客户对生产过程可视化控制、管理和追溯的效果；通过融合光洁度在线测量单元与光子束光洁处理单元解决复杂构件41内腔壁光洁度的处理问题，实现对内腔壁有要求的异形复杂构件41高质量、高效率、可视化控制的成型制造；在制造过程中，通过根据测量数据对复杂构件41内腔壁的整体待处理部72进行整体光洁处理和修补，同时甄别整体待处理部72内的局部待处理部73以及差异化处理，实现待处理部内全域的高质量光洁处理，提升对内腔壁有要求的金属复杂构件41的成型质量，降低生产成本，提升成产效率。

引入的机械臂58搭载光洁处理光子束头和光洁度在线测量单元的方案可以兼容多品种、小批量，且对内腔壁有不同要求，复杂曲面形状不同的金属构件的柔性制造。在整个制造过程中，不需要对不同的金属构件更换产线设备和增加制造工序，更好地提高柔性制造效率，支撑多品种、小批量，且对内腔壁有不同要求，复杂曲面形状不同的金属构件快速、高质量制造。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复杂构件柔性制造***，其特征在于，包括：

柔性生产管理***，与客户端通信连接；

成型光洁处理装备，与所述柔性生产管理***通信连接，所述成型光洁处理装备包括用于成型复杂构件的光子束添料制造单元、用于测量所述复杂构件内腔壁光洁度的光洁度在线测量单元、用于光洁处理所述复杂构件内腔壁的光子束光洁处理单元；

用于可视化控制所述成型光洁处理装备生产过程的制程可视化操控单元，与所述柔性生产管理***通信连接。

2.根据权利要求1所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述成型光洁处理装备还包括运动机构，所述光洁度在线测量单元和所述光子束光洁处理单元安装在所述运动机构上，所述运动机构用于带动所述光洁度在线测量单元和光子束光洁处理单元对所述复杂构件内腔壁的待处理部测量和光洁处理，所述运动机构与所述柔性生产管理***通信连接。

3.根据权利要求1所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述光洁度在线测量单元包括光洁度测量端以及控制器，所述控制器通过导线与所述光洁度测量端连接，所述控制器与所述柔性生产管理***通信连接。

4.根据权利要求3所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述光洁度测量端为金刚石探头。

5.根据权利要求3所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述光洁度测量端包括光子束测量器以及光电探测器，所述光电探测器用于接收并反馈所述光子束测量器反射的光子束。

6.根据权利要求1所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述光子束光洁处理单元包括第一光子束发射器以及光子束光洁处理件。

7.根据权利要求2所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述成型光洁处理装备还包括箱体，所述运动机构、所述光子束添料制造单元以及所述制程可视化操控单元设于所述箱体内，所述运动机构滑动连接于所述箱体的顶部。

8.根据权利要求2或7所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述运动机构为机械臂。

9.根据权利要求1所述的复杂构件柔性制造***，其特征在于：所述光子束添料制造单元包括第二光子束发射器以及添料机构。

10.复杂构件柔性制造方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的复杂构件柔性制造***，所述复杂构件柔性制造方法包括如下步骤：

1)客户端将复杂构件的设计图纸远程传送至制造工厂的柔性生产管理***；

2)制造工厂通过柔性生产管理***根据设计图纸进行工艺评估和排产，柔性生产管理***对内腔壁有高要求的复杂构件进行智能三维切片，根据复杂构件的要求和形状，规划光子束增材制造和光子束光洁处理的工艺配置，设定光子束能量、光子束角度和扫描路径；

3)根据智能三维切片和工艺规划，启动光子束添料制造单元成型复杂构件，在复杂构件内腔壁的待处理部的结构成型完成后，暂停光子束添料制造单元；

4)启动光洁度在线测量单元测量复杂构件内腔壁的整体待处理部的光洁度，并将测量数据反馈至柔性生产管理***处理，启动光子束光洁处理单元，根据测量数据对复杂构件内腔壁的整体待处理部进行整体光洁处理和修补，同时甄别整体待处理部内的局部待处理部以及差异化处理；

5)光洁处理完成后，停止光子束光洁处理单元，继续启动光子束添料制造单元完成复杂构件的成型，制程可视化操控单元实时可视化控制整个生产过程，将可视化控制内容通过柔性生产管理***实时传送至客户端。

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