技术特征：
1.一种基于机器视觉控制的超声振动辅助电弧增材制造装置，其特征在于，包括：增材制造系统、超声振动系统以及机器视觉系统；该增材制造系统包括：增材制造电源、焊枪、基板、工作台和六轴机械臂；焊枪和焊接工作台分别于电弧增材制造电源两极相连，基板固定于焊接工作台上表面，焊枪位于基板上方，六轴机械臂与焊枪连接，机械臂控制系焊枪的移动；超声振动系统包括：超声冲击设备、三维行走平台、超声冲击控制装置、计算机控制装置；其中，三维行走平台为四个丝杆滑台，超声冲击设备固定于三维行走平台能够在三维方向上移动；超声冲击控制装置控制超声冲击设备的频率、功率和振幅参数，计算机控制装置控制行走平台的运动；机器视觉系统包括：ccd相机、视觉系统控制器以及计算机控制器；其中，ccd相机放置于增材制造构件的侧边，能够实时获取沉积道的高度变化并转化为数字信号传递至视觉系统控制器，视觉系统控制器将信号处理后传递至计算机控制系统，计算器控制系统识别并根据沉积道的高度变化实时控制超声振动系统中的行走平台的运动以此控制超声冲击设备的高度。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，增材制造系统与超声振动系统通过两种运动装置控制，其中，增材制造系统由六轴机械臂控制运动，超声振动系统通过三维运动平台控制运动。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在增材制造过程中，超声振动系统通过对沉积道进行超声冲击将超声振动传递至熔池之中。4.一种基于机器视觉控制的超声振动辅助电弧增材制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：根据零件形状构建三维实体模型，将三维实体模型进行切片处理，并导入计算机控制系统，计算机控制系统根据模型生成加工程序文件；步骤二：将基板打磨清理干净后，固定于焊接工作台上表面；将焊枪移动至起弧点上方，并使焊枪位于基板上方并垂直于基板；步骤三：启动超声冲击控制装置，调节超声振动的频率和功率，并通过三维运动平台的运动将超声冲击设备移动至焊枪后方；步骤四：启动机器视觉系统，使其能对之后成形的沉积道高度进行实时监测；步骤五：引燃电弧，焊枪沿预设路径运动，同时超声冲击设备在与焊枪同向运动的情况下对已成形的沉积道进行超声冲击，并通过此将超声振动传递至熔池之中；步骤六：在步骤五的过程中，ccd相机将实时对沉积件进行拍摄，并将图像传输至计算机控制系统中；步骤七：计算机系统对图像进行预处理，其中包括图像复原、图像去噪以及图像增强；步骤八：对预处理得到的图像进行二值化处理并进行形态学处理；确定沉积层的高度；步骤九：计算机系统对沉积道高度进行判断，当沉积道高度的变化大于预设的误差范围，计算机控制系统将调整三维运动平台的运动，将超声冲击设备调整至能稳定对沉积道施加超声冲击的高度；步骤十：完成一道沉积道的成形后，焊枪熄弧；六轴机械臂根据加工的程序文件自动将焊枪移动至下一道沉积道起弧的位置；运动平台同样根据程序文件将超声冲击设备移动至
焊枪后方；步骤十一：重复步骤五至步骤十，直至增材制造构件成形完成，关闭声冲击控制装置和机器视觉系统。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉控制的超声振动辅助电弧增材制造方法，其特征在于，超声振动的频率应在20khz以上，功率应在1kw以上。6.根据权利要求4所述的基于机器视觉控制的超声振动辅助电弧增材制造方法，其特征在于，设定的高度变化误差应小于2mm。7.根据权利要求4所述的基于机器视觉控制的超声振动辅助电弧增材制造方法，其特征在于，超声冲击设备在与焊枪同向运动时，二者速度应当相同并且二者之间间距不应大于50mm。
技术总结
本发明公开了一种基于机器视觉控制的超声振动辅助电弧增材制造装置及方法，属于增材制造技术领域。通过控制超声冲击设备在电弧增材制造过程中与焊枪共同运动，对新成形的沉积道进行超声冲击的同时将超声振动传递至熔池之中，减少增材制造构件的残余应力、细化增材制造构件的晶粒。本发明能大幅减少超声冲击对焊枪运动的影响并且能适应复杂形状的沉积道的成形；在此基础上，使用机器视觉系统对沉积道高度进行实时监测并根据监测结果实时调整超声冲击设备高度，使得在面对存在高度变化的沉积道时超声振动依然能持续稳定得施加。沉积道时超声振动依然能持续稳定得施加。
技术研发人员：杨东青 李攀 彭勇 冯曰海 李涛 范霁康 黄勇 王克鸿
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/15