一种自适应调参的电弧增材制造方法及系统与流程

1.本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种自适应调参的电弧增材制造方法及系统。


背景技术：

2.目前，在电弧增材制造领域，应用于机器人且基于焊机的增材制造技术较少，并且所生成的机器人运动路径无法直接用于实际制造中，也无法进行仿真。同时，在实际的生产中往往需要工程师利用示教器进行编程，对于复杂的环境，示教器编程比较麻烦，此时又需要离线编程技术对路径进行规划。因此，现有基于焊机的增材制造技术常有以下缺点：人工设计路径对工程师要求较高，设计方案制定时间长；无法线上仿真，容易造成材料浪费，同时制造周期长；三维模型路径较多，起收弧以及工艺的改变较为困难；机器人内存有限，可执行文件过于占用存储空间等。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种自适应调参的电弧增材制造方法及系统，以便提高增材制造的效率，减少制造周期，简单快速实现电弧增材制造。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种自适应调参的电弧增材制造方法，包括如下步骤：
5.s1、获取用于增材制造的三维模型；
6.s2、对所述三维模型进行分层切片处理得到分层路径，构成初步路径点集；根据所述初步路径点集的数据量，判断是否执行分层路径调整，是则基于所述初步路径点集进行路径点的简化或细分，否则继续执行；
7.s3、基于所述初步路径点集进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果；
8.s4、根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺；
9.s5、对焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果，是则返回步骤s3，否则继续执行；
10.s6、根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，发送至焊机与机器人；
11.s7、所述焊机与机器人响应接收到的所述执行指令集，实现增材制造。
12.优选地，所述步骤s2中，执行分层路径调整时，若所述初步路径点集的数据量超过机器人存储阈值，则通过som方法对所述初步路径点集进行逐层简化，所述som方法包括如下步骤：
13.s2
‑
101、将初步路径点集中，每层的路径点按照路径点顺序以三个为一个向量，作为样本输入som网络；
14.s2
‑
102、对输入样本中的路径点进行som聚类，得到聚类中心；
15.s2
‑
103、分别计算三个路径点到聚类中心的距离；
16.s2
‑
104、选取到聚类中心距离最小的路径点；
17.s2
‑
105、执行判断，若该路径点与相邻路径点所构成的边的长度在长度阈值限定范围内，边所形成的夹角在角度阈值限定范围内，则删除该路径点，否则返回步骤s2
‑
101，直至完成对初步路径点集的简化。
18.优选地，所述步骤s2
‑
105中，长度阈值根据路径点所属层自适应更新，更新公式包括：
19.d
min
＝min(d)
20.d
max
＝max(d)
21.d
mid
＝(d
min
d
max
)/2
22.d
min
＜d＜d
mid
23.其中，d表示一层中相邻两个路径点之间的距离的集合，d
min
表示集合d中最小距离，d
max
表示集合d中最大距离，d
mid
表示中位距离，d
min
＜d＜d
mid
表示更新后的长度阈值限定范围。
24.优选地，所述步骤s2中，执行分层路径调整时，若所述初步路径点集的数据量小于设定阈值，则通过细分方法对所述初步路径点集进行逐层细分，所述细分方法包括如下步骤：
25.s2
‑
201、初始化长度阈值与角度阈值；
26.s2
‑
202、计算任意两个相邻路径点之间所构成的边的长度；
27.s2
‑
203、判断该边的长度是否大于长度阈值，是则继续执行，否则返回步骤s2
‑
202；
28.s2
‑
204、计算该边与相邻线段之间的所形成的夹角；
29.s2
‑
205、判断夹角是否大于角度阈值，是则继续执行，否则返回步骤s2
‑
202；
30.s2
‑
206、删除该边与相邻线段的公共顶点，保存该边的中点和相邻线段的中点。
31.优选地，所述步骤s3中，基于所述初步路径点集进行焊接路径规划时，采用人机交互技术规划基本路径，通过贝塞尔曲线方法对基本路径中的曲线轮廓进行平滑，得到调整后的路径结果。
32.优选地，所述步骤s3中，基于所述初步路径点集进行焊接路径规划时，设置焊道数、焊道长度限制和搭接率，并实现填充；
33.填充时，对于小于焊道长度限制的区域，采用轮廓偏置方法进行填充，对于大于等于焊道长度限制的区域，采用扫描线方法或轮廓偏置方法进行填充。
34.优选地，所述步骤s4中，根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺时，为各层分别指定焊接工艺。
35.优选地，所述步骤s4中，根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺时，若各层的焊接工艺均采用分层起收弧，则设置每层起弧点间隔数，为各层设置不同的起弧点。
36.本发明还提供了一种自适应调参的电弧增材制造系统，包括：指令装置和执行装置；其中，
37.所述指令装置包括：模型显示模块、分层切片模块、路径规划模块、参数设置模块、仿真验证模块和指令生成模块；
38.所述模型显示模块用于获取三维模型并显示；
39.所述分层切片模块用于对所述三维模型进行分层切片处理得到分层路径，构成初步路径点集；根据所述初步路径点集的数据量，判断是否执行分层路径调整，是则基于所述初步路径点集进行路径点的简化或细分，否则调用所述路径规划模块；
40.所述路径规划模块用于基于所述初步路径点集进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果；
41.所述参数设置模块用于根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺；
42.所述仿真验证模块用于对焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果，是则调用所述路径规划模块，否则调用所述指令生成模块；
43.所述指令生成模块用于根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，发送至焊机与机器人；
44.所述执行装置包括焊机与机器人；所述执行装置用于响应接收到的所述执行指令集，实现增材制造。
45.优选地，所述执行装置中，所述机器人为工业六轴机器人。
46.本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种自适应调参的电弧增材制造方法及系统，本发明考虑了用于焊接的机器人存储空间小的问题，对复杂度高的三维模型可进行简化，从而减少机器人可执行文件的存储大小；通过分层切片处理与焊接路径规划，可编辑所需的焊接路径，通过选择焊接参数与焊接工艺，可设计不同的焊接方案；通过仿真验证具体焊接过程，能够直观地看到执行时机器人运动的路径与焊接效果，从而发现方案中存在的问题，及时修正路径；最终生成机器人可执行文件并放入机器人中运行，实现增材制造。本发明能够提高增材制造的效率，减少产品制造周期，为相关生产与研究提供更为便捷的技术支持。
附图说明
47.图1是本发明实施例中一种自适应调参的电弧增材制造方法步骤示意图；
48.图2是本发明实施例中采用som方法进行简化的流程图；
49.图3是本发明实施例中一个三维模型的初步路径点集进行简化后的切片示意图；
50.图4是本发明实施例中采用细分方法进行细分的流程图；
51.图5是本发明实施例中一个三维模型的一层初步路径点进行细分后的路径点示意图；
52.图6是本发明实施例中一种自适应调参的电弧增材制造系统的指令装置结构示意图；
53.图7是本发明中变位机工作台中心旋转示意图；
54.图8是本发明中三维模型路径点与变位机中心不在同一水平面的示意图。
55.图中：100：模型显示模块；200：分层切片模块；300：路径规划模块；400：参数设置模块；500：仿真验证模块；600：指令生成模块。
具体实施方式
56.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.如图1所示，本发明实施例提供的一种自适应调参的电弧增材制造方法，包括如下步骤：
58.s1、获取用于增材制造的三维模型。
59.步骤s1中，获取用于增材制造的三维模型时，导入现有的三维模型，或者根据需要搭建对应的三维模型。
60.s2、对三维模型进行分层切片处理，得到分层路径，构成初步路径点集；根据初步路径点集的数据量，判断是否执行分层路径调整，是，则基于初步路径点集进行路径点的简化或细分，否，则继续执行下一步骤。
61.通过分层切片处理，能够得出需要焊接的基本路径，可作为工程人员进一步进行焊接路径规划的基础。若三维模型的复杂度过高，初步路径点集的数据量过大，为适应用于焊接的机器人的存储空间大小，需对初步路径点集进行路径点的简化，缩减数据量；若三维模型的复杂度过低，初步路径点集的数据量过小，构成的分层路径可能不够平滑，需对初步路径点集进行路径点的细分，增加用于过渡的路径点，避免失真；若三维模型的复杂度适中，初步路径点集的数据量适中，则可以不对分层切片处理得到分层路径进行调整，直接执行步骤s3。
62.s3、基于初步路径点集进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果。
63.在分层切片处理得到分层路径的基础上，可根据需要进一步精细调整，优化具体的焊接路径。此步骤s3可采用算法自动规划，也可利用人机交互技术对某一层或者某几层进行单独规划。使用时，根据实际需要，可以调整每层路径点的顺序，也可以对不同层采用不同的焊接顺序。
64.s4、根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺。
65.通过对每层设置焊接参数，选择焊接工艺，可实现层间变工艺功能，即可以实现每层使用不同的工艺进行增材制造。
66.s5、对整体的焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果，是，则返回步骤s3，否，则继续执行下一步骤。
67.通过仿真，工程人员能够直观、动态地看到整体的焊接过程，若其中有出现碰撞、错漏等问题，可及时进行调整。
68.s6、根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，将执行指令集发送至焊机。
69.经仿真验证无误后的焊接过程，可直接生成机器人可执行文件，以便转入机器人中运行。在焊接正式开始前预热焊接平台，则有助于提高电弧增材制造的成功率。
70.s7、焊机与机器人响应接收到的执行指令集，实现增材制造。
71.焊机与机器人可采用现有技术，例如焊机可采用林肯焊机，机器人可采用工业六轴机器人，如kuka机器人或abb机器人等。
72.本发明提供的增材制造方法能够实现自适应层高，当打印(焊接)到一定层高时，发现机器人伸长过长，此时可以暂停打印，同时将该层高以上的三维模型进行重新按照新的层高进行切片分层，并重新打印；该层以下的路径将会被保存到系统中。当打印完成之后，将存储的路径全部合成一个新的机器人执行指令集，从而完成自适应层高的操作。
73.由于机器人的存储空间较小，对于数据点较多的三维模型将无法存储。优选地，如图2所示，步骤s2中，执行分层路径调整时，若初步路径点集的数据量超过机器人存储阈值，则通过som方法对初步路径点集进行逐层简化，som方法具体包括如下步骤：
74.s2
‑
101、将初步路径点集中，每层的路径点按照路径点顺序以三个为一个向量，作为样本输入som网络；
75.s2
‑
102、对输入样本中的路径点进行som聚类，得到聚类中心。
76.s2
‑
103、分别计算三个路径点到聚类中心的距离；
77.s2
‑
104、选取到聚类中心距离最小的路径点；
78.s2
‑
105、执行判断，若该路径点与相邻路径点所构成的边的长度在长度阈值限定范围内，边所形成的夹角在角度阈值限定范围内，则删除该路径点，否则返回步骤s2
‑
101继续输入本层下一个样本或下一层的样本，直至完成对初步路径点集的简化。
79.分层切片处理得到的初步路径点集包括多层路径点(即对应有多层切片)，对各层路径点分别进行简化，一个简化后的三维模型切片示意图如图3所示。对于一层路径点，以三个为一个向量，逐个作为样本输入som网络(自组织映射神经网络)进行聚类，然后计算这三个点到聚类中心的距离，结合长度阈值和角度阈值判断，距离最小的点对模型的影响较小，因此选择距离最小的点进行删除。通过长度阈值和角度阈值进行限定，使得三维模型被简化的同时，能够保持模型不失真。优选地，进行简化时，长度阈值限定范围可设置为0～5mm，角度阈值可设置为165～180
°
。
80.进一步地，som方法中长度阈值优选采用自适应更新，使其随着层数的变化而改变。步骤s2
‑
105中，长度阈值根据路径点所属层自适应更新，更新公式包括：
81.d
min
＝min(d)
82.d
max
＝max(d)
83.d
mid
＝(d
min
d
max
)/2
84.d
min
＜d＜d
mid
85.其中，d表示一层中相邻两个路径点之间的距离的集合，d
min
表示集合d中最小距离，d
max
表示集合d中最大距离，d
mid
表示中位距离，d
min
＜d＜d
mid
表示更新后的长度阈值限定范围。
86.对于一些简单的三维模型，若路径点较少则会导致模型失真，从而成型较差或无法成型。优选地，步骤s2中，如图4所示，执行分层路径调整时，若初步路径点集的数据量小于设定阈值，则通过细分方法对初步路径点集进行逐层细分，细分方法包括如下步骤：
87.s2
‑
201、初始化长度阈值与角度阈值；
88.s2
‑
202、计算任意两个相邻路径点之间所构成的边的长度；
89.s2
‑
203、判断该边的长度是否大于长度阈值，是则继续执行，否则返回步骤s2
‑
202；
90.s2
‑
204、计算该边与相邻线段之间的所形成的夹角；
91.s2
‑
205、判断夹角是否大于角度阈值，是则继续执行，否则返回步骤s2
‑
202；
92.s2
‑
206、删除该边与相邻线段的公共顶点，保存该边的中点和相邻线段的中点。
93.分层切片处理得到的初步路径点集包括多层路径点，对各层路径点分别进行细分，增加路径点，修复三维模型中失真部分。利用圆柱三维模型对其进行细分，取一层切片(即一层初步路径点)查看，结果如图5所示。
94.优选地，步骤s3中，基于初步路径点集进行焊接路径规划时，采用人机交互技术规划基本路径，通过贝塞尔曲线方法对基本路径中的曲线轮廓进行平滑，得到调整后的路径结果。通过人机交互技术，如利用鼠标、键盘等外部设备进行交互，对于多连通区域，或三维模型轮廓路径无法满足实际要求，或需要改变每个区域打印(即增材制造)的顺序时，可以由工程人员操作鼠标对特定的路径进行选择。鼠标的选择方式可采用矩形框选择或鼠标点击选择。在选择完毕后，将调整好的路径保存，形成所需要的路径结果，同时对于圆弧的路径，可利用改进的贝塞尔曲线方法对曲线轮廓进行平滑，提高打印准确率。改进的贝塞尔曲线方法中设置角度范围，角度范围为150～180
°
，通过角度范围可以避免三阶贝塞尔曲线将原有的直线曲线化，同时也能够将鼠标选取的点进行曲线平滑。
95.进一步地，步骤s3中，基于初步路径点集进行焊接路径规划时，设置焊道数、焊道长度限制和搭接率，并实现填充；填充时，对于小于焊道长度限制的区域，采用轮廓偏置方法进行填充，对于大于等于焊道长度限制的区域，采用扫描线方法或轮廓偏置方法进行填充。填充采用的是扫描线与轮廓偏置混合方法，通过增加焊道长度限制，在小于一定焊道长度的情况下只采用轮廓偏置方法，避免焊道短而多的情况出现，从而避免频繁起收弧。填充功能可根据实际需求选择填充的层数，也可以整个模型进行填充。
96.优选地，步骤s4中，根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺时，为各层分别指定焊接工艺，可实现变工艺功能。焊接参数与焊接工艺可根据工程人员的实际需求进行选择，各层焊接工艺可相同或不同。当各层焊接工艺相同，可实现连续打印。当每一层焊接使用不同的工艺进行电弧增材制造，能够带来不一样的成型效果。
97.进一步地，步骤s4中，根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺时，若各层的焊接工艺均采用分层起收弧，则设置每层起弧点间隔数，为各层设置不同的起弧点。分层起收弧指堆积完一层后可以停弧，然后运动至下一层起始点开始起弧，循环往复，直到完成打印。若每层的起收弧点均在相同的位置，则会导致无法成型，故可设置每层起弧点间隔数，按间隔点数为每层设置不同的起弧点，可以顺利完成增材制造。该功能可以获得一定的冷却时间，对模型的成型效果影响较大。通过设置焊接参数，选择焊接工艺，可以实现分层起收弧和层间变工艺功能，最终直接生成机器人可执行文件并放入机器人中运行。
98.优选地，步骤s6中，焊接平台预热指令包括在三维模型的第一层(即底层)路径的内部增加圆形路径，增加的圆形路径圈数可选择，利用多圈圆形路径对三维模型的第一层进行填充，从而实现焊接时在内部先打印圆形路径，达到预热焊接平台的效果。进一步地，采用人机界面，可随时对填充的圆形路径半径和相邻焊道的间距进行修改，保证填充后的圆形路径不会超出三维模型的第一层路径轨迹范围，同时能够达到预热效果。
99.本发明提供的增材制造方法能够将三维模型转为机器人指令，在焊机的作用下实现电弧增材制造，无需工程人员利用示教器进行编程；通过对三维模型分层切片，可自动得
到初步的焊机路径；利用人机交互对路径进行手动调整，可规划更合适的路径；通过线上仿真，可以直观地看到机器人运动的路径，从而快速发现路径中存在的问题。本发明有效地提高了效率和精度，大大降低了电弧增材制造的难度，通用性强，适合多种机器人，操作简便，且能够实现三维模型的简化和细分，路径顺序的选择和分层起收弧以及变工艺等功能。
100.在本发明的另一些实施方式中，还提供了一种自适应调参的电弧增材制造系统，包括指令装置和执行装置。
101.如图6所示，指令装置包括模型显示模块100、分层切片模块200、路径规划模块300、参数设置模块400、仿真验证模块500和指令生成模块600，其中：
102.模型显示模块100用于获取三维模型并显示；
103.分层切片模块200用于对三维模型进行分层切片处理得到分层路径，构成初步路径点集；根据初步路径点集的数据量，判断是否执行分层路径调整，是则基于初步路径点集进行路径点的简化或细分，否则调用路径规划模块300；
104.路径规划模块300用于基于初步路径点集进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果；
105.参数设置模块400用于根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺；
106.仿真验证模块500用于对焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果，是则调用路径规划模块300，否则调用指令生成模块600；
107.指令生成模块600用于根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，发送至焊机与机器人；
108.执行装置包括焊机与机器人；执行装置用于响应接收到的执行指令集，实现增材制造。
109.优选地，执行装置中，机器人为工业六轴机器人，例如可采用kuka机器人和abb机器人。
110.上述指令装置和执行装置的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
111.以上各实施例中，硬件模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件模块可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，fpga或asic)来完成相应操作。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
112.特别地，本发明提供的增材制造系统还可以实现机器人与变位机之间的协同运动，采用变位机主动机器人从动的方式，利用变位机的旋转和翻转角度计算机器人末端的位置坐标。该方法计算简便易懂，避免了矩阵变换的计算，示意图如图7和图8所示。
113.对于绕z轴水平旋转方式，由于变位机不需要倾斜翻转，因此，只需计算每一层变位机需要旋转的角度即可；对于变位机的绕x轴翻转则需要根据变位机旋转的角度计算机器人末端位置。如图7所示，设r为变位机支座中心到变位机工作台中心距离，即变位机绕水平方向x轴旋转半径，θ为三维模型计算出的倾斜角度，即变位机旋转的角度，o'(x,y,z)为
旋转后变位机工作台中心的坐标。根据图7，可以得到旋转后的坐标中y、z，计算公式如下：
[0114][0115]
在实际操作过程中，三维模型往往与变位机工作台中心不在同一水平面，与工作台之间有一定的高度，因此需要对上述公式进行修改，打印位置与变位机中心不在同一水平面时，变位机旋转后的图如图8所示，计算公式为：
[0116][0117]
其中，p(x,y,z)表示三维模型路径中任意一点，p'(x,y,z)表示p点旋转后的位置，θ为变位机旋转的角度，r为变位机中心旋转半径，l为p点到旋转中心的距离，l'为p'点到旋转中心的距离。
[0118]
综上所述，本发明提供了一种自适应调参的电弧增材制造方法及系统，本发明能够简单方便地完成三维模型的切片，路径规划，焊接参数设置以及机器人程序文件的生成，同时可以实现线上仿真；可选择利用som方法或细分方法对三维模型的分层切片结果进行修改，som方法可简化三维模型，减少三维模型路径点数据，降低对存储的需求，细分方法可通过增加路径点来降低三维模型的失真；通过人机交互能够调整路径规划，利用鼠标和键盘等设备，工程人员可以很方便地完成实现单层或多层路径规划；可以实现连续打印，分层起收弧和层间变工艺功能。连续打印只需开始起弧结束收弧，中间不需要停弧；分层起收弧则带来另一种打印的效果，可以实现一定时间的冷却，降低温度的影响；层间变工艺可以实现某一层或某几层以相同的工艺进行堆积，其余层可替换成另外的工艺进行。
[0119]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种自适应调参的电弧增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、获取用于增材制造的三维模型；s2、对所述三维模型进行分层切片处理得到分层路径，构成初步路径点集；根据所述初步路径点集的数据量，判断是否执行分层路径调整，是则基于所述初步路径点集进行路径点的简化或细分，否则继续执行；s3、基于所述初步路径点集进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果；s4、根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺；s5、对焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果，是则返回步骤s3，否则继续执行；s6、根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，发送至焊机与机器人；s7、所述焊机与机器人响应接收到的所述执行指令集，实现增材制造。2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s2中，执行分层路径调整时，若所述初步路径点集的数据量超过机器人存储阈值，则通过som方法对所述初步路径点集进行逐层简化，所述som方法包括如下步骤：s2
‑
101、将初步路径点集中，每层的路径点按照路径点顺序以三个为一个向量，作为样本输入som网络；s2
‑
102、对输入样本中的路径点进行som聚类，得到聚类中心；s2
‑
103、分别计算三个路径点到聚类中心的距离；s2
‑
104、选取到聚类中心距离最小的路径点；s2
‑
105、执行判断，若该路径点与相邻路径点所构成的边的长度在长度阈值限定范围内，边所形成的夹角在角度阈值限定范围内，则删除该路径点，否则返回步骤s2
‑
101，直至完成对初步路径点集的简化。3.根据权利要求2所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s2
‑
105中，长度阈值根据路径点所属层自适应更新，更新公式包括：d
min
＝min(d)d
max
＝max(d)d
mid
＝(d
min
d
max
)/2d
min
＜d＜d
mid
其中，d表示一层中相邻两个路径点之间的距离的集合，d
min
表示集合d中最小距离，d
max
表示集合d中最大距离，d
mid
表示中位距离，d
min
＜d＜d
mid
表示更新后的长度阈值限定范围。4.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s2中，执行分层路径调整时，若所述初步路径点集的数据量小于设定阈值，则通过细分方法对所述初步路径点集进行逐层细分，所述细分方法包括如下步骤：s2
‑
201、初始化长度阈值与角度阈值；s2
‑
202、计算任意两个相邻路径点之间所构成的边的长度；s2
‑
203、判断该边的长度是否大于长度阈值，是则继续执行，否则返回步骤s2
‑
202；s2
‑
204、计算该边与相邻线段之间的所形成的夹角；s2
‑
205、判断夹角是否大于角度阈值，是则继续执行，否则返回步骤s2
‑
202；
s2
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206、删除该边与相邻线段的公共顶点，保存该边的中点和相邻线段的中点。5.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s3中，基于所述初步路径点集进行焊接路径规划时，采用人机交互技术规划基本路径，通过贝塞尔曲线方法对基本路径中的曲线轮廓进行平滑，得到调整后的路径结果。6.根据权利要求5所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s3中，基于所述初步路径点集进行焊接路径规划时，设置焊道数、焊道长度限制和搭接率，并实现填充；填充时，对于小于焊道长度限制的区域，采用轮廓偏置方法进行填充，对于大于等于焊道长度限制的区域，采用扫描线方法或轮廓偏置方法进行填充。7.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s4中，根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺时，为各层分别指定焊接工艺。8.根据权利要求7所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤s4中，根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺时，若各层的焊接工艺均采用分层起收弧，则设置每层起弧点间隔数，为各层设置不同的起弧点。9.一种自适应调参的电弧增材制造系统，其特征在于，包括：指令装置和执行装置；其中，所述指令装置包括：模型显示模块、分层切片模块、路径规划模块、参数设置模块、仿真验证模块和指令生成模块；所述模型显示模块用于获取三维模型并显示；所述分层切片模块用于对所述三维模型进行分层切片处理得到分层路径，构成初步路径点集；根据所述初步路径点集的数据量，判断是否执行分层路径调整，是则基于所述初步路径点集进行路径点的简化或细分，否则调用所述路径规划模块；所述路径规划模块用于基于所述初步路径点集进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果；所述参数设置模块用于根据焊接路径规划的路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺；所述仿真验证模块用于对焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果，是则调用所述路径规划模块，否则调用所述指令生成模块；所述指令生成模块用于根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，发送至焊机与机器人；所述执行装置包括焊机与机器人；所述执行装置用于响应接收到的所述执行指令集，实现增材制造。10.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，所述执行装置中，所述机器人为工业六轴机器人。
技术总结
本发明涉及一种自适应调参的电弧增材制造方法及系统，该方法包括：获取三维模型；进行分层切片处理得到分层路径，构成初步路径点集，判断是否执行分层路径调整，是则基于初步路径点集进行路径点的简化或细分；进行焊接路径规划，得到调整后的路径结果；根据路径结果设置焊接参数，选择焊接工艺；对焊接过程进行仿真验证，判断是否继续调整路径结果；根据验证后的路径结果生成相应的焊接指令，并在焊接指令前增加焊接平台预热指令，得到执行指令集，发送至焊机与机器人；响应接收到的执行指令集，实现增材制造。本发明能够有效提高效率和精度，大大降低电弧增材制造的难度。大大降低电弧增材制造的难度。大大降低电弧增材制造的难度。


技术研发人员：王学武 方朋朋 徐锴
受保护的技术使用者：哈尔滨焊接研究院有限公司
技术研发日：2021.04.02
技术公布日：2021/6/29