基于三維反求的熔積層形貌檢測技術(shù)研究.pdf

1、金屬零件熔積直接成形技術(shù)變革了金屬零件傳統(tǒng)的體積成形和減材加工方式,在高形狀復雜度、高性能零件制造方面具有巨大優(yōu)勢,代表著先進材料短流程制造技術(shù)的發(fā)展方向。由于機器人具有工作范圍大、自由度多、響應迅速等優(yōu)點,因此基于機器人的金屬零件熔積成形技術(shù)受到關(guān)注。
　　金屬零件機器人熔積成形是超常態(tài)成形過程,蘊含著多參數(shù)的復雜非線性影響作用。若不對該過程進行實時的監(jiān)測和控制,則難以獲得滿足成形質(zhì)量和成形精度的金屬零件。因此,有必要開發(fā)金屬熔

2、積成形過程熔積層三維形貌監(jiān)測系統(tǒng),以保證制件質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。
　　本文首先研究了熔積層三維形貌監(jiān)測方法對機器視覺系統(tǒng)的要求,并根據(jù)其工作原理與要求選擇了合適的三維形貌監(jiān)測系統(tǒng)硬件配置。采用針孔模型和多幅標定圖像對所使用的工業(yè)攝像機進行了標定,得到了形狀反求所需的攝像機參數(shù)。
　　其次,通過直方圖變換和圖像平滑等圖像預處理方式對熔積層圖像進行處理消除熔積層圖像的噪聲,使熔積層圖像能夠通過三維形貌反求得到接近真實的熔積形狀

3、。利用局部球面分析的方法,詳細論述了求解實際光源的偏角和傾角的方法,并進一步進行了熔積層表面法矢和高度的求解,得到了熔積層表面形貌。利用制作的半圓柱形標定塊對高度方向Z進行了標定,據(jù)此可由熔積層CCD圖像反求出熔積層三維形貌。
　　最后,本文利用前述的基于灰度值的三維反求方法對金屬熔積層進行三維形貌反求,進行了前述反求模型與方法的實驗驗證。以反求的熔積層三維形貌為基礎對其寬度、高度、截面形狀、中心線位置形狀、熔積層缺陷特征與位置進

4、行檢測與判別。對熔積層三維形貌反求的誤差來源進行了分析,并提出了改進措施。
　　實驗表明,本基于灰度值的三維反求系統(tǒng)的反求高度方向誤差小于0.2mm,寬度方向誤差小于1mm,寬度方向誤差小于,圖像處理周期小于156ms,所以,在精度和響應頻率上能夠滿足金屬零件熔積直接成形過程成形質(zhì)量可視化實時監(jiān)測的要求。同時由于本方法只需要單幅熔積層數(shù)字圖像即可重構(gòu)熔積層的三維表面形貌,具有數(shù)據(jù)處理速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點,具有工程應用價值