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原文传递电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法

专利名称：	电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法
摘要：	本发明涉及一种电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，包括以下步骤：几何扫描和结果验证、敏感分析和基本参数、局部缺陷和评估方法。本发明的有益效果是：采用三维扫描仪进行管状金属短柱的几何轮廓激光扫描，并通过质量密度法进行体积测量结果的验证；通过非接触式三维激光扫描仪对结构件进行几何测量，获得完整几何信息；通过质量密度法进行验证，避免激光扫描时结构件内、外壁拼接整合误差；通过敏感性分析确定合适截面轮廓取样间距，保证足够精度且较低计算成本；通过局部几何缺陷拟合和最大偏差处理，实现结构件局部几何缺陷的定量评估。
专利类型：	发明专利
申请人：	浙大城市学院;浙江大学
发明人：	王震;叶俊;赵阳;陈寅;全冠;汤慧萍;杨学林;瞿浩川
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202310871713.4
公开号：	CN117030716A
代理机构：	杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：	张羽振
分类号：	G01N21/88;G06T17/00;G06T19/20;G06F30/20;G01B11/24;G01B11/00;G01N9/02;G;G01;G06;G01N;G06T;G06F;G01B;G01N21;G06T17;G06T19;G06F30;G01B11;G01N9;G01N21/88;G06T17/00;G06T19/20;G06F30/20;G01B11/24;G01B11/00;G01N9/02
申请人地址：	310015 浙江省杭州市拱墅区湖州街51号;
主权项：	1.一种电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、几何扫描和结果验证：通过三维扫描仪捕捉管状金属短柱的表面几何特征，并将管状金属短柱的内壁和外壁拼接整合，生成几何模型，测量几何模型的体积Vm后，再根据相同材质的拉伸试件的平均密度，利用质量密度法验证扫描结果； S2、敏感分析和基本参数；分析截面几何参数对轮廓取样间距dx的敏感性，决定轮廓取样间距dx；再进行各个截面轮廓上的几何参数测量，判断管状金属短柱截面积的变异性情况； S3、局部缺陷和评估方法：测量纵向线与每个轮廓截面上外表面和内表面的交点的中点坐标，计算每个轮廓截面上的中点坐标的平均值，确定局部几何缺陷测点分布；拟合每条纵向线上的测点，计算各个测点和拟合直线的偏差，对局部几何缺陷幅度进行评估。 2.根据权利要求1所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S1中：管状金属短柱为等截面管或变截面管，表面存在起伏形貌，首先，直接三维扫描管状金属短柱的外壁和内壁表面轮廓来获得完整的几何模型；接着，利用3D扫描数据处理软件对几何模型文件进行后处理，修复模型缺陷，并利用软件测量工具获得几何模型体积；然后，沿纵向提取管状金属短柱的截面轮廓，进一步测量各个横截面的尺寸。 3.根据权利要求1所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S1中：利用电弧增材制造与管状金属短柱材质相同的数组拉伸试件，先测量一组拉伸试件，利用电子秤测量拉伸试件的质量M0，利用排水法测量拉伸试件的体积V0；将每个拉伸试件的质量除以体积得到对应拉伸试件的密度，进而取平均值获得拉伸试件的平均密度ρ；利用电子秤测量每个管状金属短柱的质量M，除以通过拉伸试件测量获得的平均密度ρ，计算得到每个管状金属短柱的体积Vref，并与几何模型的体积Vm进行对比分析，检查直接三维扫描得到的几何模型的体积结果的准确性。 4.根据权利要求1所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S2中：对金属短柱几何模型的截面轮廓进行等间距取样；当WAAM沉积层厚度为T时，将轮廓取样间距的上限设置为{T}，即T的上取整，{T}的单位为mm，然后分别按照轮廓取样间距dx为{T}/20、{T}/10、{T}/4、{T}/2和{T}时进行等间距取样，得到不同轮廓取样间距dx下的截面几何参数，截面几何参数包括截面轮廓的平均截面积A、最大截面积Amax和最小截面积Amin，然后采用dx为{T}/20时的平均截面积Ac、最大截面积Amax,c和最小截面积Amin,c作为相对基准值，进行截面几何参数的归一化处理；根据归一化后的截面几何参数随着轮廓取样间距dx的变化曲线，分析截面几何参数对轮廓取样间距dx的敏感性，确定轮廓取样间距dx。 5.根据权利要求1所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S2中：利用三维激光扫描数据计算管状金属短柱的基本几何参数，短柱高度H根据几何模型直接确定，在每个截面轮廓上沿环向周圈等间隔分布n1个测点，测量第j截面中n1个测点壁厚并取平均值为截面轮廓j的平均壁厚tj，根据管状金属短柱的截面形状，通过同样的方法测量截面轮廓j的外径Dj或边长Bj；计算所有取样截面的截面平均外径D或平均边长B、平均壁厚t、壁厚标准差tsd、截面积A、最大截面积Amax和最小截面积Amin；再根据所有截面轮廓上最大截面积比Amax/A和最小截面积比Amin/A的变化情况，判断截面积的变异性情况。 6.根据权利要求1所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S3中：在每个轮廓截面上沿环向周圈等间距取n2个点，记为P1～Pn2，各个轮廓截面上相同标号的测点连接形成纵向线，测量纵向线与每个轮廓截面上外表面和内表面的交点的中点坐标，计算每个轮廓截面上的中点坐标的平均值，进行局部几何缺陷测点分布分析。 7.根据权利要求1所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S3中：通过线性最小二乘回归分别拟合每条纵向线上的测点，得到拟合直线，计算各个测点与拟合直线的偏差，得到关于对应纵向线位置的局部几何缺陷变化曲线，对局部几何缺陷幅度进行评估；测量每条局部几何缺陷变化曲线与对应拟合直线的最大偏差，用于表征局部几何缺陷的幅度，记为ω1～ωn2；并计算每条纵向线上n2个测点最大偏差ω1～ωn2的平均值和ω1～ωn2中的最大值ωmax。 8.根据权利要求7所述的电弧增材管状金属短柱几何测量及局部缺陷评估方法，其特征在于，步骤S3中：对局部几何缺陷变化曲线进行相邻平滑处理后，再对局部几何缺陷幅度进行评估；测量每条平滑处理后的局部几何缺陷变化曲线与对应拟合直线的最大偏差，用于表征局部几何缺陷的幅度；对每个管状金属短柱两端一定范围内的几何缺陷情况不作考虑。
所属类别：	发明专利