用于跟踪增材制造结构中增强构件放置的系统和方法与流程

本公开大体而言涉及增材制造结构和方法，并且更特别地涉及用于跟踪增材制造结构(诸如风力涡轮的一部分)中增强构件放置的系统和方法。关于联邦资助研发的声明本发明是利用美国政府的支持在由美国能源部(doe)授予的第de-ee0009059号合同下完成的。美国政府在本发明中拥有某些权利。

背景技术：

1、风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。转子叶片以旋转能量的形式传递动能，从而转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可被部署到公用电网。

2、塔结构(并且特别是风力涡轮塔)通常由钢管、预制混凝土部段或它们的组合构造成。此外，管和/或混凝土部段典型地在场外形成，运输到现场，并且然后布置在一起以竖立塔。例如，某种常规制造方法包括形成预浇注的混凝土环、将环运输到现场、将环布置成一个在另一个的顶部上、以及然后将环固连在一起。然而，随着塔高度增加，常规的制造方法受到运输法规的限制，这些运输法规禁止运输具有大于约4米至5米的直径的塔部段。因此，某些塔制造方法包括形成多个弧形区段并在现场例如经由螺栓连接和/或焊接将这些区段固连在一起以形成塔的直径。然而，这样的方法需要大量的劳动，并且可为耗时的。

3、鉴于上述情况，本领域正在不断寻求用于制造风力涡轮塔的改进方法。例如，最近，在至少部分地使用增材制造技术建造风力涡轮塔方面取得进展。这样的方法允许在现场竖立塔结构，并且还允许将结构建造到更高的高度。

4、增材印刷混凝土结构中增强构件的准确放置是保证结构完整性的重要因素。此外，钢筋放置的记录对于符合规范是必要的。在印刷混凝土结构中，增强构件放置与印刷过程结合完成，增强构件放置与混凝土层的印刷交替(这不同于浇注混凝土结构，在浇注混凝土结构中，整个钢筋笼相对于模板就位)。因此，在增材制造过程期间以快速、可靠和高效的方式放置增强构件已被证明是一项困难的任务。因此，钢筋放置的精确跟踪在本领域中不容易或不可行。此外，因为增强构件(例如，钢筋、受拉缆线等)通常由于钢筋笼的几何形状和结构而被放置在相反的取向和位置，增强构件放置难以自动化和跟踪。

5、因此，本公开针对的是一种用于跟踪在增材制造结构中增强构件放置的方法，该方法解决了上述问题，并且更特别地，针对的是一种用于在增材制造风力涡轮的塔基部或塔时跟踪增强构件放置的方法。

技术实现思路

1、本公开的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本公开的实践获知。

2、在一个方面中，本公开针对的是一种制造塔结构的方法。该方法包括经由增材印刷系统的印刷头组件沉积塔结构的壁的一个或多个第一印刷层。该方法还包括相对于壁的一个或多个第一印刷层定位第一增强构件。该方法还包括经由增材印刷系统的光学传感器基于第一增强构件相对于一个或多个第一印刷层的位置来确定用于放置第二增强构件的位置。

3、在另一个方面中，本公开针对的是一种制造塔结构的方法。该方法包括经由增材印刷系统利用印刷头组件沉积壁的第一印刷层，该壁至少部分地包围塔结构的竖直轴线。该方法还包括将第一增强构件定位在第一印刷层上。该方法包括经由增材印刷系统利用印刷头组件将壁的第二印刷层沉积在第一增强构件上。该方法还包括将第二增强构件放置在第二印刷层上。该方法还包括经由增材印刷系统的控制器基于第一增强构件定位来确定用于放置第二增强构件的位置。此外，该方法包括将第二增强构件在第二印刷层上定位在确定的位置中。此外，该方法包括经由增材印刷系统利用印刷头组件将壁的第三印刷层沉积在第二增强构件上。

4、在又一个方面中，本公开针对的是一种用于制造塔结构的增材印刷系统。该增材印刷系统包括支撑结构、光学传感器、可操作地联接到支撑结构的印刷头组件、以及通信地联接到印刷头组件和光学传感器的控制器。控制器包括配置成执行或指导多个操作的至少一个处理器。所述多个操作包括但不限于利用印刷头组件沉积壁的第一印刷层。此外，所述多个操作还包括在由印刷头组件沉积第一印刷层期间经由光学传感器光学地扫描第一印刷层。所述多个操作还包括利用印刷头组件在第一印刷层的顶部上沉积壁的第二印刷层，第一印刷层包括定位在水平取向上的第一水平增强组件，第二印刷层构造成将第二水平增强组件保持在其上。所述多个操作还包括基于光学扫描生成第一印刷层的三维图。此外，所述多个操作包括基于第一印刷层的三维图来确定用于放置第二水平增强组件的位置。

技术特征：

1.一种制造塔结构的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由所述增材印刷系统的控制器，至少部分地基于所述第一增强构件相对于所述一个或多个第一印刷层的确定的位置来形成所述塔结构的视觉表示或数字图。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括至少部分地基于所述塔结构的所述视觉表示或所述数字图来形成第二增强构件。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：

8.一种制造塔结构的方法，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第三印刷层构造成将第三增强件保持在其上，并且其中，所述方法还包括：

10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定用于放置所述第二增强构件的所述位置包括：经由所述增材印刷系统的控制器，至少部分地基于所述第一增强构件定位、所确定的位置和所述第二增强构件定位中的一个或多个来形成所述塔结构的视觉表示或数字图。

技术总结
本申请提出了用于在增材制造结构中跟踪增强构件放置的新颖系统和方法，该系统和方法为简单、准确、非劳动密集型和成本有效的。本申请还提出了一种制造塔结构的新颖方法，该方法包括：经由增材印刷系统利用印刷头组件沉积壁的第一印刷层，该壁至少部分地包围塔结构的竖直轴线；将第一增强构件定位在第一印刷层上；经由增材印刷系统利用印刷头组件将壁的第二印刷层沉积在第一增强构件上，该第二印刷层构造成将第二增强构件保持在其上；以及经由增材印刷系统的光学传感器基于第一增强构件定位来确定用于放置第二增强构件的位置。

技术研发人员：C·J·肯尼,C·M·谢泼德,李晓鹏,N·A·特恩奎斯特
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1