基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究

发布时间：2020-05-25 08:55

【摘要】：对缺损金属零件实施再制造是将修复材料附着于缺损部位,恢复零件的几何尺寸和表面性能。由于损伤零件具有多样性,个性化的特点,不能通过固定程序来完成修复。当前主要依靠人工示教和手动修复。将先进的测量技术应用于再制造工程,提高修复过程的自动化和智能化水平是再制造工程的发展方向之一。本文重点研究视觉测量技术在再制造工程中的应用问题,并结合机器人与弧焊技术建立基于结构光视觉的快速再制造成形系统。主要研究内容包括： 1.建立基于结构光视觉的测量机器人数学模型,和由测量机器人与弧焊机器人组成的快速再制造成形系统的数学模型。 2.研究快速再制造成形系统的现场标定问题,包括结构光传感器标定,手眼标定,工具坐标系标定,测量坐标系与修复坐标系标定；设计传感器标定和手眼关系标定的方案,提出基于圆形标靶的工具坐标系、测量坐标系与修复坐标系关系同时标定的实用方法。 3.提出针对缺损工件点云数据与CAD模型配准的方法,首先通过主成份分析完成初始配准,然后用最近点迭代算法进行精确配准,最后通过配准误差提取缺损区域点云数据；提出采用线段集描述零件的缺损区域,通过平面切分和计算凸包生成修复路径的方法。 4.研究激光条纹中心提取算法,设计了基于DSP的结构光专用图像处理器进行条纹中心的实时高精度提取,提高系统测量速度。 5.建立基于结构光视觉和弧焊机器人的快速再制造成形系统；对典型的缺损零件进行再制造加工实验,验证系统的可行性。最后,总结全文的工作,对视觉测量技术在再制造工程的应用进行展望。
【图文】：

设备图,三维测量,设备

大尺度测量两个方向，如关节式柔性三维坐标测量系统[s]和激光跟踪干涉测量、激光雷达跟踪测量[0]、经纬仪测量系统[7]、数字摄影测量系统[8，9]等，这些测量方式一般都侧重于对工业现场特定目标点的高精度测量，如图1.1所示。(a)柔性臂 (a)FlexiblemaniPulator(b)经纬仪 (b)Eleetronietheodolites(c)激光雷达(d)数字摄像机 (e)Laserradar(d)Digitaleamera图1.1三维测量设备 Fig.1.13Dmeasuringdeviee结构光测量技术是对实物进行三维数字化的有效手段，相比典型接触式三坐标测量系统而言，它的测量速度快，获得测量数据多，在逆向工程中得到了广泛的应用。结构光测量是主动视觉测量技术，通过对被测物体投射特定模式的光，拾取光条信息实现对物体表面三维数据的测量，它具有高可靠性，，高精度，信息量大以及环境适应能力强等特点[’。，川。这使得结构光测量技术能够在工业现场得以应用，典型的应用是汽车生产线的视觉测量站。如 Perceptron1000在线视觉检

实物图,设备图,路径,数据图

基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究测系统【‘2]，该系统尺寸测量点数可多达100个，如图1.2所示。以及采用机器人作为运动机构的柔性视觉测量站。这些测量方式都是利用结构光视觉非接触测量的优点实现对车身关键尺寸的测量。图1.2白车身视觉检测站 Fig.1.2Anto一 carbodyinsPeetionstation在再制造加工现场，针对损伤零件的三维测量需要满足两个条件:1.速度快，因为它是生产工序间的在线测量，所以测量速度和处理速度都要快，才能够满足批量加工的需要;2.信息量大，因为只有获得足够多的测量数据才能反映零件的缺损状况，满足自动规划修复路径的需要。开发针对再制造加工现场的三维测量设备，将实物表面数字化技术应用于再制造加工过程中，是实现缺损零件的自动化、智能化修复的可行方案。本文是以视觉测量为基础，重点研究结构光视觉在再制造加工现场的应用问题
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH16

【引证文献】