(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210776165.2 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 211106 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 魏艳红　杜心伟　王猛　赵文勇　 刘仁培　 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 16/2455(2019.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 113/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于数据积累的电弧增材制造分层切 片方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于数据积累的电弧增 材制造分层切片方法， 该方法主要针对电弧增材 制造理论切片层厚和实际沉积层层厚不一致导 致的成形高度误差问题。 本发明方法通过工艺数 据库不断积累电弧增材制造工艺数据， 利用数据 库查询和确定工艺参数， 建立BP神经网络层厚预 测模型， 将数据库中积累的工艺数据作为训练样 本进行模型训练， 并采用预测模 型对实际层厚进 行预测， 根据预测结果对待制造的零件进行分层 切片和增材制造。 该方法可以显著减小电弧增材 制造过程中的成形高度误差， 特别是对于中大型 零部件， 该方法可以有效避免高度误差的逐层累 积， 从而提高了制造精度和制造过程稳定性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115169226 A 2022.10.11 CN 115169226 A 1.一种基于数据积累的电弧增材制造分层切片方法， 其特 征在于， 具体包括以下步骤： 步骤1： 建立电弧增材制造工艺数据库， 在试验和生产制造过程中不断录入和积累制造 工艺数据； 步骤2： 利用电弧增材制造工艺数据库， 根据选用的制造设备型号、 焊丝牌号、 焊丝直径 对电弧增材制 造工艺参数进行查询， 若查询 到匹配的结果， 则采用此结果作为制 造工艺参 数， 若未查询到匹配的结果， 则通过工艺试验确定所要采用的工艺参数， 查询的工艺参数包 括焊接电流、 焊接电压、 送丝 速度、 焊接 速度、 焊道间距、 层间温度； 步骤3： 建立BP神经网络层厚预测模型， 将电弧增材制造工艺数据库中已积累的工艺数 据作为训练样本数据进行模型训练； 步骤4： 采用BP神经网络层厚预测模型对零件增材制造过程中第i(i＝1， 2， 3， 4 …n‑1， n)层沉积层的实际厚度zi进行预测， 将zi的预测结果分别作为对应第i层的切片层厚对零 件三维模型进行分层切片； 步骤5： 对分层切片结果进行路径规划以生成机器人增材路径代码， 机器人执行增材路 径代码完成增材制造任务， 并向电弧增材制造 工艺数据库中采集和录入制造 工艺数据。 2.根据权利要求1所述的一种基于数据积累的电弧增材制造分层切片方法， 其特征在 于： 步骤1中所述电弧增材制造工艺数据库中包含制造 设备型号、 焊丝牌号、 焊丝直径、 焊接 电流、 焊接电压、 送丝速度、 焊接速度、 焊道间距、 层间温度、 第i层的层数编号i以及对应沉 积层的实际厚度zi的字段信息； 所述电弧增材制造工艺数据库可对以上数据信息进行添 加、 删除、 修改和查询。 3.根据权利要求1所述的一种基于数据积累的电弧增材制造分层切片方法， 其特征在 于： 步骤3中将制造设备型号、 焊丝牌号、 焊丝直径、 焊接电流、 焊接电压、 送丝速度、 焊接速 度、 焊道间距、 层间温度、 层数编号i作为BP神经网络层厚预测模型的输入层节点， 将第i层 的实际厚度zi作为输出层节 点， 隐含层数为1层， 隐含层节 点数为12， 使用z ‑score标准化公 式完成数据 的归一化处理， z ‑score标准化公式为 式中j为样本序号， j＝1， 2， 3…n， xj为原始数据， yj为归一化处理后的输出数据， 输入 层和隐含层采用修正线性单元函数作为激活函数， 修正线性单元函数为 输出层不加激活函数， 训练方法采用梯度下降算法或Levenberg ‑Marquardt算法， 学习速率 设定为0.01， 最大训练次数设定为1000次， 使用均方误差函数(MSE)作为损失函数， 均方误 差函数为 其中n为模型训练样本数量， ej表示第j条训练样本的期望输 出值， tj表示第j条训练样本的网络输出值， 将工艺数据库中已积累的数据作为训练样本对 模型进行训练。 4.根据权利要求1所述的一种基于数据积累的电弧增材制造分层切片方法， 其特征在 于： 步骤5执行增材制造任务过程中， 采用激光测距仪测量沉积层的实际厚度， 采用红外热 像仪测量和控制层间温度冷却到温度T方可进行下一层沉积， 温度T＝100℃～500℃， 制造权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169226 A 2任务完成后， 向工艺数据库中录入所采用的制造 设备型号、 焊丝牌号、 焊丝直径、 焊接电流、 焊接电压、 送丝速度、 焊接速度、 焊道间距、 层间温度T、 第i层的层数编号i以及对应沉积层 的实际厚度zi。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169226 A 3