买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：随着人工智能和工业化的推进，智能制造已经成为重要的发展方向。目前，在产品生产制造方面，智能制造发展迅速，成果颇丰。但是，在设备的运行监测和维修方面，自动化程度仍然较低。因此，本发明提出一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统，属于智能制造技术领域，包括多个损伤监测和维修子系统，可以对生产机械、大型矿用设备、特种运输设备、海上平台、航空航天等设备中的金属部件进行损伤识别和3D打印修复，特别适合于有毒有害危险环境等不适宜人类作业的情况下使用，具有适用范围广、柔性化、智能化程度高、效率高等优点，而且可以大大降低后勤补给和存储的压力，助力智能制造产业的发展，具有非常广阔的工程应用前景。

主权项：1.一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统，其特征在于，包括金属结构损伤识别及定位和评估子系统、金属结构损伤区域扫描成像子系统、金属结构损伤区域预处理子系统、金属结构损伤区域维修子系统、金属结构损伤区域维修后处理子系统、含损伤金属部件、损伤区域、机械手、待修的金属结构、预处理的金属结构、修中的金属结构、修后的金属结构、维修完成的金属部件；其中，金属结构损伤识别及定位和评估子系统包括声发射传感器、前置放大器、信号采集分析装置、损伤识别和评估系统、损伤定位系统；金属结构损伤区域扫描成像子系统包括三维激光扫描仪、计算机、需修补区域的模型；金属结构损伤区域预处理子系统包括损伤区域预处理控制系统、风管、钢丝刷；金属结构损伤区域维修子系统包括激光烧结3D打印控制系统、激光器、激光扫描系统、激光束、金属粉箱、铺粉管、工作台、夹具；金属结构损伤区域维修后处理子系统包括维修后表面处理系统、维修后残余应力消除系统；所述金属结构损伤识别及定位和评估子系统，由声发射传感器、前置放大器、信号采集分析装置、损伤识别和评估系统和损伤定位系统组成；声发射传感器的具体型号根据使用环境而定，声发射传感器采用圆柱形阵列布置，即在含损伤金属部件的表面或近表面成上圆周阵列和下圆周阵列布置，从而形成一个圆柱形，相比于目前的方形和菱形布置形式，圆柱形布置的监测范围更大，更为立体，跟圆柱坐标系配合使用，实现损伤的精确定位；声发射传感器通过低噪声信号线或无线通讯方式与前置放大器连接，信号经过放大后传至信号采集分析装置，信号采集分析装置对信号进行滤波，对滤波后的波形信号进行分析得到不同传感器通道的波达时刻和振幅；损伤识别和评估系统将振幅与预先设定的损伤阈值进行比较，超过阈值即表示损伤已经产生，当振幅是阈值的2倍时，就需要对损伤区域进行维修；损伤定位系统根据不同传感器通道的波达时刻的差值、声发射传感器的空间坐标和声速来计算判断损伤的位置；所述金属结构损伤区域扫描成像子系统，由三维激光扫描仪、计算机和需修补区域的模型组成，主要功能是对损伤区域进行扫描成像和建模；三维激光扫描仪得到损伤定位系统传来的损伤位置信息后，对待修的金属结构上的损伤区域进行激光扫描，在计算机中创建出损伤区域几何表面的点云，使用这些点云数据插值建成损伤区域的三维模型，与计算机中存储的金属结构完整模型做布尔运算，得到需修补区域的模型，将需修补区域的模型转化为3D打印机可识别的STL格式文件，得到需修补区域的模型；所述金属结构损伤区域预处理子系统，由损伤区域预处理控制系统、风管和钢丝刷组成，主要功能是对需修补的损伤区域进行清理和表面粗糙化处理；首先，损伤区域预处理控制系统控制风管对机械手抓取的预处理的金属结构上的损伤区域吹出压缩空气，压缩空气的气压在0.2-0.5MPa之间，清理损伤区域表面的灰尘和杂质；然后，损伤区域预处理控制系统控制钢丝刷对损伤区域进行刷擦，使损伤区域的金属表面粗糙化，方便3D打印维修时金属粉末的附着和金属烧结；所述金属结构损伤区域维修子系统，由激光烧结3D打印控制系统、激光器、激光扫描系统、激光束、金属粉箱、铺粉管、工作台和夹具组成；激光烧结3D打印控制系统对需修补区域的模型进行切片处理，根据各层切片的平面几何信息生成激光扫描系统和铺粉管的数控运动指令；金属粉箱中存储有多种可供激光烧结使用的金属粉末，包括不锈钢粉、钛合金粉、工具钢粉、模具钢粉、铝合金粉、铜粉，每种粉末置于一个盒内，这些盒子呈圆周阵列排布，需要使用某一种粉末时，其粉末盒旋转到出粉口，为铺粉管供粉；修中的金属结构通过夹具固定于工作台上；3D打印维修过程为：S1步骤、铺粉管将第一层粉末铺于损伤区域；S2步骤、工作台在X方向和Y方向在电机驱动下进行平面运动后归位，以使损伤区域内的金属粉末均匀铺设；S3步骤、高能的激光器中的激光经过激光扫描系统的偏转和动态聚焦成激光束，激光束在金属粉末层上移动扫描并烧结，实现烧结金属粉层与损伤区域的结合，重复上述步骤，直至在损伤区域完成需修补区域的模型的3D打印成型；在金属粉末激光烧结的过程中，为了避免金属粉末氧化，将工作台上的修中的金属结构置于充有氮气或氩气保护气体的容器中。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京航空航天大学 一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统