本發(fā)明涉及焊接與增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

增材制造是一種“自下而上”的制造方法，采用材料的逐層累加方式制造實體零件。金屬類增材制造技術(shù)主要以激光、電子束為熱源，通過不斷熔化或燒結(jié)金屬粉來連續(xù)逐層制備復(fù)雜零部件。近年來，由于激光熱源成型速度慢、電子束可加工構(gòu)件體積小等局限性，低成本、高效率的電弧類增材制造技術(shù)得到了高度重視。反極性等離子弧增材制造以聯(lián)合型或轉(zhuǎn)移型等離子弧為熱源，采用合金粉末或絲材作為填充金屬，有效地將堆焊金屬和基體金屬熔化結(jié)合，形成高密度、高結(jié)合度、低稀釋率的堆焊組織結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)增材制造。等離子弧增材制造不僅可以修復(fù)損壞的部件，還可以制造組織細(xì)小、均勻、致密的復(fù)雜金屬零件。

近年來，絲材類的反極性等離子弧增材制造已成為研究重點。反極性等離子弧增材制造是一種高度集成智能化、自動化的系統(tǒng)。在等離子弧增材制造系統(tǒng)中，等離子體電源為增材制造過程提供能量，它的性能至關(guān)重要。國內(nèi)的等離子電源設(shè)備的工業(yè)化水平同發(fā)達(dá)國家之間還存在較大的差距，普遍采用通用焊接電源來制造工件，很少有專用的反極性、數(shù)字化、高性能的專用等離子增材制造電源。另一方面，采用絲材熔積增材制造時，送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性、均勻性以及協(xié)同能力也非常重要，直接影響到增材過程的穩(wěn)定性、增材形貌以及加工流程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，全數(shù)字化控制，可以根據(jù)材料與工件的特性采用所需的任意電流波形進(jìn)行增材制造，工藝適應(yīng)性好，可提升增材制造的工藝質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人、增材制造電源、送絲機(jī)、機(jī)器視覺系統(tǒng)、工業(yè)計算機(jī)、等離子焊槍、制冷裝置、氣體裝置以及輔助工裝夾具；所述工業(yè)機(jī)器人、增材制造電源、送絲機(jī)、制冷裝置、氣體裝置、輔助工裝夾具均通過canbus總線與工業(yè)計算機(jī)相連；所述機(jī)器視覺系統(tǒng)通過tcp/ip協(xié)議與工業(yè)計算機(jī)相連；所述等離子焊槍連接所述制冷裝置、增材制造電源、送絲機(jī)、氣體裝置以及輔助工裝夾具；所述制冷裝置還與增材制造電源相連；其中

所述機(jī)器視覺系統(tǒng)用于對擬增材制造的工件信息及其位置信息進(jìn)行檢測，并將信息饋入所述工業(yè)計算機(jī)；在增材制造過程中，機(jī)器視覺系統(tǒng)用于識別路徑、監(jiān)控狀態(tài)以及跟蹤工件；

所述工業(yè)計算機(jī)用于選擇增材制造模式及其配套的基本工藝參數(shù)、進(jìn)行增材路徑規(guī)劃；在增材制造過程中，所述工業(yè)計算機(jī)對所述工業(yè)機(jī)器人、增材制造電源、送絲機(jī)、氣體裝置以及輔助工裝夾具進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程監(jiān)控；

所述工業(yè)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于控制所述等離子焊槍和輔助工裝夾具完成相應(yīng)的動作操作；

所述增材制造電源用于提供增材制造過程所需的能量；

所述送絲機(jī)用于輸送絲材并調(diào)節(jié)送給速度；

所述等離子焊槍用于完成能量的轉(zhuǎn)換，為絲材熔積以及熔化金屬的過渡提供能源與動力；

所述制冷裝置用于為所述增材制造電源以及所述等離子焊槍提供冷卻作用；

所述氣體裝置用于給所述等離子焊槍提供離子氣和保護(hù)氣；

所述輔助的工裝夾具用于完成工件的夾持以及變位操作。

進(jìn)一步地，所述增材制造電源包括主弧電源和維弧電源，所述主弧電源與維弧電源均與等離子焊槍相連；所述主弧電源包括主弧電源主電路和主弧電源控制電路，所述維弧電源包括維弧電源主電路、維弧電源控制電路以及高頻高壓引弧電路；其中

所述主弧電源主電路用于實現(xiàn)主弧能量的轉(zhuǎn)換與傳輸；

所述主弧電源控制電路用于控制主弧電源各個任務(wù)的正常工作；

所述維弧電源主電路用于實現(xiàn)維弧能量的轉(zhuǎn)換與傳輸；

所述維弧電源控制電路用于控制維弧電源各個任務(wù)的正常工作；

所述高頻高壓引弧電路用于擊穿等離子焊槍的鎢極和噴嘴間的氣隙，以建立維持電弧。

進(jìn)一步地，所述主弧電源主電路采用雙逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括輸入整流濾波模塊、igbt高頻逆變電路、中頻變壓器、快速整流濾波模塊、igbt低頻調(diào)制電路以及高壓穩(wěn)弧電路；所述輸入整流濾波模塊用于將380v三相交流電轉(zhuǎn)化為平滑的直流電；所述igbt高頻逆變電路用于將整流后的直流電逆變成高頻交流電；所述中頻變壓器用于進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，為增材制造過程提供所需的高電流、低電壓的交流電；所述快速整流濾波模塊用于將經(jīng)過中頻變壓器的交流電轉(zhuǎn)變成大電流、低電壓的直流電；所述igbt低頻調(diào)制電路用于將經(jīng)過快速整流濾波模塊的直流電進(jìn)行換相調(diào)節(jié)、頻率調(diào)制及電感濾波后，輸出所需的電流電壓波形；所述高壓穩(wěn)弧電路用于保證在igbt低頻調(diào)制電路輸出電流的極性轉(zhuǎn)換時刻施加較高的電壓，從而確保在電流過零時電弧的可靠再引燃。

進(jìn)一步地，所述主弧電源控制電路包括dsc控制器、高頻逆變驅(qū)動電路、過流檢測電路、電流反饋電路、低頻調(diào)制驅(qū)動電路、穩(wěn)弧電路驅(qū)動電路、人機(jī)交互系統(tǒng)、過熱檢測電路、過壓檢測電路、欠壓檢測電路以及can通信接口電路；

所述dsc控制器產(chǎn)生三組全數(shù)字pwm控制信號，并分別控制低頻調(diào)制驅(qū)動電路、高頻逆變驅(qū)動電路以及穩(wěn)弧電路驅(qū)動電路；

所述高頻逆變驅(qū)動電路用于將dsc控制器產(chǎn)生的pwm控制信號轉(zhuǎn)換成igbt高頻逆變電路中功率開關(guān)管igbt所需的驅(qū)動信號；

所述過流檢測電路用于防止通過功率開關(guān)管igbt的電流過大；

所述電流反饋電路用于實現(xiàn)電源輸出電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)；

所述低頻調(diào)制驅(qū)動電路用于將dsc控制器產(chǎn)生的pwm控制信號轉(zhuǎn)換成igbt低頻調(diào)制電路中功率開關(guān)管igbt所需的驅(qū)動信號；

所述穩(wěn)弧電路驅(qū)動電路用于將dsc控制器產(chǎn)生的pwm控制信號轉(zhuǎn)換成高壓穩(wěn)弧電路中功率開關(guān)管igbt所需的驅(qū)動信號；

所述人機(jī)交互系統(tǒng)用于實現(xiàn)人與電源之間的對話；

所述過熱檢測電路用于防止功率開關(guān)管igbt溫度過高；

所述過壓檢測電路用于檢測電源輸入的380v三相交流電電壓是否過高；

所述欠壓檢測電路用于檢測電源輸入的380v三相交流電電壓是否過低；

所述can通信接口電路用于與其它系統(tǒng)通信，實現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同。

進(jìn)一步地，所述dsc控制器包括dsc微控制器、電源供電模塊、外部時鐘電路、復(fù)位電路以及jtag調(diào)試下載電路。

進(jìn)一步地，所述維弧電源主電路包括輸入整流濾波模塊、mosfet逆變電路、中頻變壓器以及快速整流濾波模塊；所述輸入整流濾波模塊用于將380v三相交流電轉(zhuǎn)化為平滑的直流電；所述mosfet逆變電路用于將整流后的直流電逆變成高頻交流電；所述中頻變壓器用于進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，得到高電流、低電壓的交流電；所述快速整流濾波模塊用于將經(jīng)過中頻變壓器的交流電轉(zhuǎn)化成大電流、低電壓的直流電。

進(jìn)一步地，所述送絲機(jī)包括送絲控制系統(tǒng)、高頻ac/dc逆變器、送絲驅(qū)動電路、送絲電機(jī)、壓緊輪以及固定支架，所述送絲控制系統(tǒng)包括dsc控制器、光耦隔離模塊、電壓采樣模塊、變壓濾波模塊、供電模塊、故障檢測模塊以及can驅(qū)動器。

進(jìn)一步地，所述送絲驅(qū)動電路包括高頻半橋斬波電路、兩個二極管、繼電開關(guān)、光耦以及電機(jī)負(fù)載。

本發(fā)明另一目的是提供一種反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

s1、工業(yè)計算機(jī)根據(jù)工件及其絲材的特性，選擇相應(yīng)的增材制造模式及其配套的基本工藝參數(shù)；機(jī)器視覺系統(tǒng)對擬增材制造的工件及其位置信息進(jìn)行檢測，并饋入工業(yè)計算機(jī)并進(jìn)行增材路徑規(guī)劃，協(xié)調(diào)工業(yè)機(jī)器人以及輔助工裝夾具運動到相應(yīng)的工位；

s2、啟動制冷裝置和氣體裝置，為等離子焊槍和增材制造電源的工作做好準(zhǔn)備；

s3、開啟三相電源給增材制造電源和送絲機(jī)供電，進(jìn)行增材制造工作；

s4、送絲機(jī)根據(jù)工業(yè)計算機(jī)預(yù)設(shè)的工藝要求進(jìn)行穩(wěn)定送絲，等離子焊槍產(chǎn)生的等離子弧射流將絲材熔化并按照相應(yīng)的路徑進(jìn)行堆積成形。

進(jìn)一步地，所述步驟s3中，三相電源給增材制造電源供電后，增材制造電源的維弧電源首先工作，利用高頻高壓引弧電路產(chǎn)生高頻高壓信號，擊穿等離子焊槍的鎢極和噴嘴的氣隙，采用很小的電流建立維持電弧；在引弧成功之后，維弧電源的dsc控制器給主弧電源的dsc控制器發(fā)送維弧成功信號，啟動主弧電源，在工件和鎢極之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)移?。晦D(zhuǎn)移弧成功之后，增材制造系統(tǒng)根據(jù)材料和工藝的要求，可以關(guān)閉維持電弧，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)移弧情況下的增材制造工藝；也可以使維持電弧繼續(xù)工作，從而形成維弧+轉(zhuǎn)移弧的混合弧進(jìn)行增材制造；

其中，為精細(xì)控制熱輸入量和熔化金屬的量，所述主弧電源的輸出波形包括反極性、變極性、脈沖；送絲的速度為勻速或者變速或者脈動變化。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

1、本發(fā)明的增材制造電源不僅實現(xiàn)了高頻高效逆變化，而且實現(xiàn)了維弧電源和主弧電源的一體化和數(shù)字化集成；主弧電源和維護(hù)電源兩者之間通過can網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字協(xié)同，體積緊湊，兼容性更好，現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性更好，擴(kuò)展能力更強；

2、本發(fā)明的反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)通過基于dsc的高速高精度全數(shù)字控制技術(shù)和canbus總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)實現(xiàn)了所有關(guān)鍵部件的模塊化和數(shù)字化集成，柔性更好，精度更高，控制更精確，質(zhì)量更能得到保證；

3、本發(fā)明的增材制造電源能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)移弧、轉(zhuǎn)移+非轉(zhuǎn)移弧混合等多種工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)多種極性、任意形狀波形的精確輸出，配合數(shù)字化的送絲機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)對增材制造過程傳熱傳質(zhì)傳量的優(yōu)質(zhì)調(diào)控，改善增材質(zhì)量；

4、本發(fā)明采用了基于dsc精密控制的高頻半橋斬波驅(qū)動方式，可以實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、脈動等多種送絲模式，送絲過程更為平穩(wěn)，抗擾動能力更強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中增材制造電源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中主弧電源主電路的電路示意圖；

圖4是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中主弧電源控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中dsc控制器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中高頻逆變驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中低頻調(diào)制驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中維弧電源主電路原理圖；

圖9是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中送絲機(jī)控制系統(tǒng)的電路原理圖；

圖10是本發(fā)明反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)中送絲機(jī)送絲驅(qū)動電路的電路原理圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種反極性等離子弧機(jī)器人增材制造系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人、增材制造電源、送絲機(jī)、機(jī)器視覺系統(tǒng)、工業(yè)計算機(jī)、等離子焊槍、制冷裝置、氣體裝置、以及輔助的工裝夾具等；所述工業(yè)機(jī)器人、增材制造電源、送絲機(jī)、制冷裝置、氣體裝置、輔助工裝夾具均通過canbus與工業(yè)計算機(jī)相連；所述機(jī)器視覺系統(tǒng)通過tcp/ip與工業(yè)計算機(jī)相連；所述制冷裝置還分別與增材制造電源和等離子焊槍相連；所述送絲機(jī)還與等離子焊槍相連；所述氣體裝置與等離子焊槍相連；所述輔助工裝夾具與等離子焊槍相連。

所述工業(yè)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要完成焊槍位姿調(diào)整以及夾持焊槍進(jìn)行相應(yīng)的運動。

所述增材制造電源主電路和dsc控制電路，焊接電源的主電路部分實現(xiàn)焊接過程能量的轉(zhuǎn)換與傳輸，是整個焊接系統(tǒng)的核心部分；而其dsc控制電路主要實現(xiàn)功率開關(guān)管pwm驅(qū)動信號的發(fā)生、采樣信號的pid調(diào)節(jié)、人機(jī)交互系統(tǒng)及送絲系統(tǒng)的通信處理、主電路的相關(guān)保護(hù)等功能，負(fù)責(zé)整個增材制造過程的流程控制，是整個焊接電源的“大腦”。

所述送絲機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)絲材的送給速度，送絲速度的大小必須與增材制造的電流大小及熔積增材速度等參數(shù)良好配合才能減少焊接缺陷的發(fā)生，所以送絲速度必須有一個寬的調(diào)節(jié)范圍，保證送絲系統(tǒng)的抗干擾性及送絲的穩(wěn)定性。

所述機(jī)器視覺系統(tǒng)主要用于增材制造過程路徑的識別、狀態(tài)監(jiān)控以及跟蹤等功能；所述工業(yè)計算機(jī)主要完成系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)控制、分層規(guī)劃、專家系統(tǒng)等功能。

所述等離子焊槍主要完成能量的轉(zhuǎn)換，為絲材熔積以及熔化金屬的過渡提供能源與動力；所述制冷裝置主要為增材制造電源以及等離子焊槍提供冷卻作用；所述氣體裝置主要提供離子氣和保護(hù)氣；輔助的工裝夾具主要完成工件的夾持以及變位等功能。

如圖2所示，所述增材制造電源包括主弧電源和維弧電源；所述主弧電源包括主電路和控制電路；所述維護(hù)電源包括主電路、控制電路和高頻高壓引弧電路。所述主弧電源與維弧電源通過canbus總線相連接；所述主弧電源與維弧電源均直接與等離子焊槍相連。所述主弧電源和維弧電源的控制電路采用硬件結(jié)構(gòu)相同的dsc控制器，僅在運行的軟件系統(tǒng)上有所差異，從而降低開發(fā)成本和周期，提高兼容性和可擴(kuò)展性。在正常工作時，維弧電源的dsc控制器2首先控制高頻高壓引弧電路工作，在等離子焊槍的鎢極與噴嘴之間產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移弧，這為維弧電??；起弧成功之后關(guān)閉高頻高壓引弧電路；然后dsc控制器2通過canbus總線給主弧電源的dsc控制器1發(fā)送一個維弧成功的信號，然后主弧電源工作，使等離子焊槍在鎢極和工件之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)移弧，成為主弧；然后按照預(yù)定的參數(shù)進(jìn)行等離子弧增材制造。維弧電弧和主弧可以并存，也可以單獨存在。

如圖3所示，所述主弧電源主電路采用雙逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要包含輸入整流濾波模塊br1、c1-c2、l1，igbt高頻逆變電路q1-q4，c3-c7，r1-r4，中頻變壓器t，快速整流濾波模塊d1-d4，r5-r8，yr1-yr4，c8-c11，l2-l3，igbt低頻調(diào)制電路q5-q8，高壓穩(wěn)弧電路br2，l4，c14-c15，q9-q12，c16-c19，r11-r14。其工作原理為通過輸入整流濾波模塊將380v三相交流電轉(zhuǎn)化為平滑的直流電，然后經(jīng)過igbt高頻逆變電路，實現(xiàn)恒流特性控制和動特性調(diào)節(jié)，經(jīng)過中頻變壓器進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將高頻逆變后的交流電轉(zhuǎn)化成增材制造過程所需的高電流、低電壓的交流電，再經(jīng)過快速整流濾波模塊，轉(zhuǎn)變成大電流、低電壓的直流電，最后經(jīng)過igbt低頻調(diào)制電路進(jìn)行換相調(diào)節(jié)、頻率調(diào)制及輸出端的電感濾波后，輸出所需要的電流電壓波形；igbt高頻逆變電路采用四個igbt構(gòu)成的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過串聯(lián)隔直電容c4濾除變壓器原邊的直流分量，避免磁芯因為伏秒不平衡而進(jìn)入飽和；綜合考慮成本及安全性等因素，igbt低頻調(diào)制電路使用兩路半橋并聯(lián)構(gòu)成雙半橋并聯(lián)拓?fù)?。虛線框部分為高壓穩(wěn)弧電路，其主要作用是保證主弧電源在輸出電流的極性轉(zhuǎn)換時刻施加較高的電壓，從而確保在電流過零時電弧的可靠再引燃。

如圖4所示，所述主弧電源控制電路主要包括dsc控制器、高頻逆變驅(qū)動電路、過流檢測電路、電流反饋電路、低頻調(diào)制驅(qū)動電路、穩(wěn)弧電路驅(qū)動電路、人機(jī)交互系統(tǒng)、過熱檢測電路、過壓檢測電路、欠壓檢測電路以及can通信接口電路等構(gòu)成；所述dsc控制器要直接產(chǎn)生三組全數(shù)字pwm控制信號，分別控制低頻調(diào)制驅(qū)動電路、高頻逆變驅(qū)動電路以及穩(wěn)弧電路驅(qū)動電路。

如圖5所示，所述dsc控制器主要包括dsc微控制器u1、由低壓差線性穩(wěn)壓電源ams1117(u2)、r6、d1、c14-c15構(gòu)成的電源供電模塊、由c2-c3、晶振y1以及r3構(gòu)成的外部時鐘電路、由r7、s4以及c1構(gòu)成的復(fù)位電路以及由r2-r5、r8、jtag模塊等構(gòu)成的jtag調(diào)試及下載電路等構(gòu)成。

如圖6所示，所述主弧電源控制電路的高頻逆變驅(qū)動電路為高頻脈沖變壓器隔離型驅(qū)動電路，主要由接插端口p1、r1-r4、由p溝道功率場效應(yīng)管irf9530m1和m3、n溝道功率場效應(yīng)管irf530m2和m4分別構(gòu)成的兩路推挽輸出電路、高頻脈沖電壓器t1-t2、由電阻r12、r16、二極管d9、電容c7構(gòu)成的igbt“慢開快關(guān)”網(wǎng)絡(luò)1、由電阻r13、r17、二極管d10、電容c8構(gòu)成的igbt“慢開快關(guān)”網(wǎng)絡(luò)2、由電阻r14、r18、二極管d11、電容c9構(gòu)成的igbt“慢開快關(guān)”網(wǎng)絡(luò)3、由電阻r15、r19、二極管d12、電容c10構(gòu)成的igbt“慢開快關(guān)”網(wǎng)絡(luò)4、柵極電阻r23-r-26、接插件p3-p4以及輔助的外圍電路構(gòu)成。由dsc微處理器產(chǎn)生的ttl型的pwm驅(qū)動信號，經(jīng)過高速線性隔離后分別輸入到m1、m2和m3、m4，其輸出信號分別再經(jīng)過高頻脈沖變壓器進(jìn)行放大及隔離后產(chǎn)生四路igbt驅(qū)動信號，對相應(yīng)的igbt進(jìn)行驅(qū)動?！奥_快關(guān)”網(wǎng)絡(luò)能夠有效的降低igbt開關(guān)損耗。穩(wěn)弧電路驅(qū)動電路也采用類似的結(jié)構(gòu)。

如圖7所示，所述主弧電源控制電路的低頻調(diào)制驅(qū)動電路以高速光耦tlp250為核心，還包括穩(wěn)壓二極管d1-d2，電阻r2-r6，電容c1-c4；其中，穩(wěn)壓二極管d1、d2在igbt關(guān)斷狀態(tài)時提供負(fù)偏壓，保證igbt的快速、可靠關(guān)斷。電阻r2、r5為柵極電阻，而壓敏電阻r3、r6為干擾的電壓尖峰提供旁路通道，對igbt進(jìn)行可靠保護(hù)。

如圖8所示，所述維弧電源主電路中三相交流輸入電源經(jīng)過電網(wǎng)emi濾波處理之后，接入由l1、c1、c2、c15、c16、r1、r2和br1構(gòu)成的輸入整流濾波模塊，再連接mosfet逆變電路的逆變橋vt1～vt4，c3～c6，r3-r6，d1～d4,逆變頻率為100khz，輸出接中頻變壓器t1初級，變壓器次級經(jīng)過快速整流濾波電路d5～d8、l2、c11～c14、r11、r12后輸出直流電，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成維弧電源的主電路。所述的高頻高壓引弧電路產(chǎn)生的高頻信號通過變壓器t2耦合進(jìn)入維弧電源的輸出回路。

如圖9所示，所述送絲機(jī)主要包括控制系統(tǒng)、高頻ac/dc逆變器、送絲驅(qū)動電路、送絲電機(jī)以及壓緊輪、固定支架等構(gòu)成。所述送絲機(jī)控制系統(tǒng)包含dsc控制器、光耦隔離模塊、電壓采樣模塊、變壓濾波模塊、供電模塊、故障檢測模塊以及can驅(qū)動器等構(gòu)成。

如圖10所示，所述送絲機(jī)送絲驅(qū)動電路主要由mosfet功率管q1-q2構(gòu)成的高頻半橋斬波電路、二極管d1-d2、繼電開關(guān)kr1、光耦pc817以及等效的電機(jī)負(fù)載構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)送絲、反轉(zhuǎn)抽絲及速度可調(diào)的脈動送絲等工作模式，電機(jī)轉(zhuǎn)速可無級調(diào)節(jié)并且能夠補償供電電壓波動及電源內(nèi)阻變化引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速波動。

本發(fā)明的工作原理如下：

首先工業(yè)計算機(jī)根據(jù)工件及其絲材的特性，選擇相應(yīng)的增材制造模式及其配套的基本工藝參數(shù)；然后利用機(jī)器視覺系統(tǒng)對擬增材制造的工件及其位置信息進(jìn)行檢測并饋入工業(yè)計算機(jī)并進(jìn)行增材路徑規(guī)劃，協(xié)調(diào)工業(yè)機(jī)器人以及輔助工裝夾具運動到相應(yīng)的工位；啟動制冷裝置和氣體裝置，為等離子焊槍和增材制造電源的工作做好準(zhǔn)備。三相電源給增材制造電源和送絲機(jī)供電，開始進(jìn)行增材制造工作。增材制造電源的維弧電源首先工作，利用高頻高壓燃弧電路產(chǎn)生高頻高壓信號，擊穿等離子焊槍的鎢極和噴嘴的氣隙，采用很小的電流建立維持電?。辉谌蓟〕晒χ?，維弧電源的dsc控制器給主弧電源控制器發(fā)送維弧成功信號，啟動主弧電源，在工件和鎢極之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)移??；轉(zhuǎn)移弧成功之后，增材制造系統(tǒng)根據(jù)材料和工藝的要求，可以關(guān)閉維持電弧，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)移弧情況下的增材制造工藝；維持電弧也可以繼續(xù)工作，從而形成維弧+轉(zhuǎn)移弧的混合弧進(jìn)行增材制造。送絲機(jī)按照預(yù)定的工藝要求進(jìn)行穩(wěn)定送絲，等離子焊槍產(chǎn)生的等離子弧射流將絲材熔化并按照相應(yīng)的路徑進(jìn)行堆積成形。為精細(xì)控制熱輸入量和熔化金屬的量，主弧電源的輸出波形可以有多種形狀，包括反極性、變極性、脈沖等；送絲速度也可以是勻速、變速或者脈動變化等。工業(yè)機(jī)器人、增材制造電源、送絲機(jī)、氣體裝置、輔助工裝夾具等的狀態(tài)信息均通過canbus網(wǎng)絡(luò)饋入到工業(yè)計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，進(jìn)一步提高增材制造過程的自動化和智能化水平。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。