增材制造中工件变形的激光检测
发布时间：2022-11-06 16:47
增材制造作为一种新型的制造技术在国内外发展迅速,在航天、军工、生产制造业等领域都得到了广泛的运用。目前,国内外对于增材制造加工过程中的各项研究发现,由于加工工艺中的各种原因导致快速成形零件时出现缺陷、裂纹、翘曲变形等,进而导致成形质量差,一次成型率较低。因此,为了提高零件加工效率以及一次成形合格率,迫切需要建立有效的检测系统来进行零件形貌变形检测。本文针对金属增材制造加工过程中可能会出现的各种缺陷做了详细调研,通过理论和实验的方式分析产生各缺陷的原因,并基于激光三角测量法逆向还原加工零件表面形貌开展相关的技术研究。本文系统地开展了相关的技术研究,第一,介绍并分析了目前增材制造中加工现状,重点对加工技术、加工失效类别、失效检测方法进行调研及研究并提出了工件变形的激光检测方法,通过对比分析选择较为稳定的激光三角位移测量方法;第二,详细剖析了激光三角位移测量技术,并对点云数据做滤波、配准,根据不同的表面形貌特征做点云插值和稀疏;第三,采用三角剖分重建算法进行曲面重构,并对重建算法进行优化处理,将预处理后的点云数据重建还原以及拼接处理;其次,完成基于激光熔覆沉积技术和选择性激光熔覆技术的变形激...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 增材制造的主要技术
1.1.2 增材制造加工失效类型及检测方法
1.1.3 三维形貌检测技术
1.2 本文主要内容和技术路线
第二章 理论基础
2.1 激光三角位移测量原理
2.1.1 直射式三角检测法
2.1.2 斜射式激光三角法
2.1.3 直射式与斜射式的比较
2.2 数据点云处理及图像还原方法
2.2.1 激光扫描数据点云预处理
2.2.2 三角剖分重建算法
2.3 图像拼接方法
2.3.1 测量点云数据处理
2.3.2 点云拼接方法
2.4 本章小结
第三章 检测系统的设计与开发
3.1 检测系统设计
3.1.1 实验系统硬件设计
3.1.2 实验系统方案设计
3.2 系统搭建
3.2.1 关键部件
3.2.2 实验系统搭建
3.3 增材制造变形检测控制与处理系统
3.4 本章小结
第四章 实验与结果分析
4.1 检测对象分析
4.2 激光线标定
4.3 数据预处理
4.3.1 前期预处理方案设计
4.3.2 离群点信息剔除
4.3.3 点云滤波
4.4 点云逆向重建还原
4.4.1 重建还原算法
4.4.2 工件检测实例
4.5 点云还原拼接结果
4.6 精度分析结果
4.7 误差分析
4.8 本章小结
第五章 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属增材制造变形与残余应力的研究现状[J]. 赵剑峰,谢德巧,梁绘昕,肖猛,沈理达,田宗军. 南京航空航天大学学报. 2019(01)
[2]同轴送粉金属激光3D打印熔池流动、成分分布以及组织生长数值模拟的研究进展[J]. 安晓龙,吕云卓,覃作祥,陆兴. 材料导报. 2018(21)
[3]基于刀口法的激光横向变形检测与标定方法[J]. 刘旭,黄承义. 工具技术. 2018(07)
[4]一种三维激光扫描系统的设计及参数标定[J]. 蔡军,赵原,李宇豪,解杨敏. 北京航空航天大学学报. 2018(10)
[5]一种自适应数学形态学激光点云滤波方法[J]. 陈斐然,李浩,易航,孙辉. 勘察科学技术. 2018(02)
[6]增材制造大型钛合金横梁缺陷分析[J]. 高翔宇,高祥熙,姜涛,何玉怀. 失效分析与预防. 2018(01)
[7]增材制造技术的研究与应用[J]. 张文毓. 装备机械. 2017(04)
[8]刀口法测量激光光斑尺寸大小的实验[J]. 刘彻. 通讯世界. 2017(10)
[9]适用于金属增材制造的球形粉体制备技术[J]. 乐国敏,李强,董鲜峰,徐庆东,胡勇,李平. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[10]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
博士论文
[1]多激光扫描仪三维重建技术研究及其在木材检测中的应用[D]. 倪海明.东北林业大学 2018
[2]散乱点云特征提取方法与部位缺损文物碎片拼接技术研究[D]. 张雨禾.西北大学 2017
[3]三维离散点云数据的预处理和配准技术研究[D]. 胡峰俊.浙江工业大学 2015
硕士论文
[1]焊件表面缺陷激光位移三维重构测量方法研究[D]. 杨鹏程.广东工业大学 2018
[2]三维激光扫描点云数据分类去噪及空洞修复算法研究[D]. 陈雪荣.长安大学 2017
[3]三维点云数据的精简与拼接[D]. 吴霄.苏州大学 2017
[4]激光选区熔化成型零件表面粗糙度研究及在免组装机构中的应用[D]. 刘睿诚.华南理工大学 2014
[5]基于小功率激光烧结的金属零件/模具快速制造工艺研究[D]. 王成.华中科技大学 2005
[6]Ni-Cu基合金混合粉末选择性激光烧结成形技术研究[D]. 胥橙庭.南京航空航天大学 2005
本文编号：3703860
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 增材制造的主要技术
1.1.2 增材制造加工失效类型及检测方法
1.1.3 三维形貌检测技术
1.2 本文主要内容和技术路线
第二章 理论基础
2.1 激光三角位移测量原理
2.1.1 直射式三角检测法
2.1.2 斜射式激光三角法
2.1.3 直射式与斜射式的比较
2.2 数据点云处理及图像还原方法
2.2.1 激光扫描数据点云预处理
2.2.2 三角剖分重建算法
2.3 图像拼接方法
2.3.1 测量点云数据处理
2.3.2 点云拼接方法
2.4 本章小结
第三章 检测系统的设计与开发
3.1 检测系统设计
3.1.1 实验系统硬件设计
3.1.2 实验系统方案设计
3.2 系统搭建
3.2.1 关键部件
3.2.2 实验系统搭建
3.3 增材制造变形检测控制与处理系统
3.4 本章小结
第四章 实验与结果分析
4.1 检测对象分析
4.2 激光线标定
4.3 数据预处理
4.3.1 前期预处理方案设计
4.3.2 离群点信息剔除
4.3.3 点云滤波
4.4 点云逆向重建还原
4.4.1 重建还原算法
4.4.2 工件检测实例
4.5 点云还原拼接结果
4.6 精度分析结果
4.7 误差分析
4.8 本章小结
第五章 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属增材制造变形与残余应力的研究现状[J]. 赵剑峰,谢德巧,梁绘昕,肖猛,沈理达,田宗军. 南京航空航天大学学报. 2019(01)
[2]同轴送粉金属激光3D打印熔池流动、成分分布以及组织生长数值模拟的研究进展[J]. 安晓龙,吕云卓,覃作祥,陆兴. 材料导报. 2018(21)
[3]基于刀口法的激光横向变形检测与标定方法[J]. 刘旭,黄承义. 工具技术. 2018(07)
[4]一种三维激光扫描系统的设计及参数标定[J]. 蔡军,赵原,李宇豪,解杨敏. 北京航空航天大学学报. 2018(10)
[5]一种自适应数学形态学激光点云滤波方法[J]. 陈斐然,李浩,易航,孙辉. 勘察科学技术. 2018(02)
[6]增材制造大型钛合金横梁缺陷分析[J]. 高翔宇,高祥熙,姜涛,何玉怀. 失效分析与预防. 2018(01)
[7]增材制造技术的研究与应用[J]. 张文毓. 装备机械. 2017(04)
[8]刀口法测量激光光斑尺寸大小的实验[J]. 刘彻. 通讯世界. 2017(10)
[9]适用于金属增材制造的球形粉体制备技术[J]. 乐国敏,李强,董鲜峰,徐庆东,胡勇,李平. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[10]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
博士论文
[1]多激光扫描仪三维重建技术研究及其在木材检测中的应用[D]. 倪海明.东北林业大学 2018
[2]散乱点云特征提取方法与部位缺损文物碎片拼接技术研究[D]. 张雨禾.西北大学 2017
[3]三维离散点云数据的预处理和配准技术研究[D]. 胡峰俊.浙江工业大学 2015
硕士论文
[1]焊件表面缺陷激光位移三维重构测量方法研究[D]. 杨鹏程.广东工业大学 2018
[2]三维激光扫描点云数据分类去噪及空洞修复算法研究[D]. 陈雪荣.长安大学 2017
[3]三维点云数据的精简与拼接[D]. 吴霄.苏州大学 2017
[4]激光选区熔化成型零件表面粗糙度研究及在免组装机构中的应用[D]. 刘睿诚.华南理工大学 2014
[5]基于小功率激光烧结的金属零件/模具快速制造工艺研究[D]. 王成.华中科技大学 2005
[6]Ni-Cu基合金混合粉末选择性激光烧结成形技术研究[D]. 胥橙庭.南京航空航天大学 2005
本文编号：3703860
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