高能束快速制造中計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用的研究.pdf

1、金屬零件快速制造技術(shù)采用高能束流作為成形熱源熔化同步供給的金屬材料，按計(jì)算機(jī)設(shè)定的掃描軌跡逐層自由熔積成復(fù)雜形狀的高性能金屬制件。金屬零件高能束快速制造過程是傳熱、傳質(zhì)與幾何邊界呈瞬態(tài)時(shí)空劇烈交變的超常態(tài)成形過程，影響其制件成形質(zhì)量的工藝因素繁多，如高能束流功率、掃描速度、材料供給速度、工作氣體流量、噴槍位置、基體的形狀與表面狀況等。因此，成形過程射流形態(tài)與熔積層形貌的在線可視化監(jiān)測(cè)，對(duì)于保證快速成形件質(zhì)量的穩(wěn)定可靠性成為必不可少的重要

2、手段。
　　 為此，本文首先使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)固/液相等離子熔射快速成形過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提出采用相同標(biāo)準(zhǔn)二階中心矩橢圓長短軸比作為等離子熔射射流形貌特征值，以反映熔射能量相關(guān)工藝參數(shù)的變化。實(shí)驗(yàn)中使用工業(yè)CCD 攝像機(jī)采集不同功率和工作氣體流量下的固/液相等離子射流圖像，利用MATLAB 開發(fā)的圖像處理軟件進(jìn)行射流邊緣檢測(cè)和特征值提取計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該特征值能夠很好地適應(yīng)射流的旋轉(zhuǎn)和變形。隨著熔射功率增大，特征值呈現(xiàn)

3、單調(diào)遞增趨勢(shì)；隨著Ar流量的增大，特征值總體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。在相同工藝參數(shù)下，液相等離子熔射特征值小于固相等離子熔射特征值。本系統(tǒng)的開發(fā)為固/液混相等離子熔射超常態(tài)成形新技術(shù)應(yīng)用于低成本快速制備新型功能元件的工藝優(yōu)化提供了重要的科學(xué)手段。
　　 其次，在基于工業(yè)機(jī)器人的金屬零件三維熔積快速制造中，目前多采用離線示教編程實(shí)現(xiàn)，成形效率與成形精度受到很大的限制。為了保證三維熔積快速制造的零件形狀尺寸精度和成形性能質(zhì)量、提高成形效率，

4、基于熔積高度實(shí)時(shí)跟蹤的自適應(yīng)切片軌跡規(guī)劃和熔積弧長動(dòng)態(tài)調(diào)控成為金屬零件的工業(yè)機(jī)器人三維熔積快速制造核心技術(shù)，而熔積高度和焊道形貌的可視化監(jiān)測(cè)是其關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。該技術(shù)不僅能用于復(fù)雜金屬零件快速制造，而且能用于大型高性能關(guān)鍵零件與模具的機(jī)器人快速修復(fù)，因而具有非常重要而廣闊的工程應(yīng)用價(jià)值。本文采用可變焦工業(yè)攝像機(jī)單目視覺技術(shù)進(jìn)行了熔積層定位和形貌特征識(shí)別技術(shù)的相關(guān)研究，提出利用幾何光學(xué)聚焦及攝像機(jī)線性模型標(biāo)定的技術(shù)來獲取主光軸深度信息的方法

5、。文中首先獲取標(biāo)定目標(biāo)像素尺度隨著物距變化的曲線，然后根據(jù)該曲線和熔積層像素寬度計(jì)算熔積成形件當(dāng)前實(shí)際高度。此外，本文建立了通過目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字圖像像素坐標(biāo)求解空間坐標(biāo)的光學(xué)幾何模型，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了熔積層形貌特征提取和缺陷坐標(biāo)定位的軟件。
　　 在不同的攝像機(jī)俯仰角下采集熔積層數(shù)字圖像，并用本研究開發(fā)的模型和軟件進(jìn)行圖像分析處理，然后將熔積層形貌特征和缺陷坐標(biāo)的計(jì)算值與理論值進(jìn)行了比較。
　　 測(cè)試結(jié)果表明，該方法的定位精度