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熔化极气体保护电弧增材制造(Gas Metal Arc-Additive Manufacturing,GMA-AM)是一种金属材料增材制造工艺,具有生产成本低、熔敷效率高、灵活性强等优点,然而,其熔敷过程易受干扰,熔敷道尺寸容易偏离规划值,随着尺寸偏差不断累积,后续熔敷过程有可能无法按照规划进行,得到的成形件尺寸也会与规划结果相差甚远。因此提高GMA-AM成形精度是一个亟待解决的问题,本文建立了一套智能GMA-AM系统,对多层多道结构GMA-AM成形信息检测与闭环控制展开了研究。首先结合智能GMA-AM的需求,本文基于弧焊机器人技术以及主动视觉传感技术,设计并建立了一套智能GMA-AM系统,该系统能够在逐道熔敷过程中实时检测熔敷道尺寸信息,在人机交互界面显示并存储,同时具有操作者在线调控熔敷规范参数的接口,支持人机协作,操作者和机器都可以对熔敷过程进行决策,为实现熔敷道尺寸闭环控制打下了良好基础。在熔敷过程中采用META线结构光传感器提取熔敷道截面轮廓信息,开发了一套基于点云数据的多层多道GMA-AM熔敷道尺寸实时检测算法,根据结构光条纹形态学特征,从点云数据中提取熔敷道顶点以及焊趾特征来计算熔敷道高度、熔敷道宽度以及熔敷道中心距,并结合熔敷道截面积信息对其加以修正,使检测结果更接近实际值。通过阶跃试验辨识了熔敷道尺寸与熔敷规范参数之间的传递函数,制定了以“控制熔敷道宽度为主要目标,控制熔敷道高度与熔敷层表面平整度为次要目标”的控制策略,结合人机协作控制思想,设计了由熔敷速度控制熔敷道宽度的单神经元PI控制器以及由熔敷电压调整熔敷道高度的经验规则控制器,同时由操作者调整熔敷道中心距,保证各个熔敷道平整搭接。最后,进行了多层两道结构的闭环控制熔敷试验,成形件熔敷道宽度偏差小于0.5mm,高度偏差无明显积累,同时熔敷层上表面平整,表明采用本文所设计的多层多道GMA-AM熔敷道尺寸控制器能够保证成形件尺寸与规划结果相吻合,达到了提高GMA-AM成形精度的目标。