基于激光器的金屬零件直接成形熔積層輪廓識(shí)別研究.pdf

1、電弧熔積直接成形技術(shù)除了具有増材制造成形技術(shù)所固有的優(yōu)點(diǎn)，還有成形件綜合力學(xué)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，從而受到諸多研究者的重視。但是電弧熔積過程是一個(gè)及其復(fù)雜的成形過程，若不能實(shí)時(shí)地獲取熔積過程信息，熔積層過程單道質(zhì)量、多道搭接以及多層堆積質(zhì)量將難以控制，最終會(huì)嚴(yán)重影響金屬零件的成形精度和成形質(zhì)量。為了獲得高質(zhì)量高精度的熔積零件，需要對(duì)熔積成形過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)獲得的有效熔積過程信息來合理的調(diào)整機(jī)器人行走軌跡和熔積電流、電壓、弧長(zhǎng)等參數(shù)，以保

2、證均勻而又高質(zhì)量的金屬零件內(nèi)部組織性能。
　　首先，針對(duì)課題組在熔積成型過程中對(duì)熔積層形貌檢測(cè)的需求，提出了一套采用激光主動(dòng)光源的熔積層形貌檢測(cè)系統(tǒng)，考慮到裝配空間的緊湊，本文采取了一字型激光發(fā)生器傾斜掃描熔積層的安裝方式，為保證熔積層累高后不丟失基準(zhǔn)線，巧妙安裝了跟隨采集系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)薄片，通過激光線相對(duì)于基線的偏移量算取對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的高度信息，推導(dǎo)出了熔積層上任意激光點(diǎn)處的相對(duì)高度以及兩種測(cè)量方式對(duì)應(yīng)的累計(jì)高度計(jì)算方法。

3、　　然后，根據(jù)連續(xù)圖片的等距性推導(dǎo)計(jì)算了多道橫向高度變化曲線，基于求算的高度信息開發(fā)了一種網(wǎng)格狀單道縱向三維形貌重構(gòu)算法；基于matlab工具箱采用張正友法對(duì)CCD內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，另外，在采集系統(tǒng)常用工作區(qū)間（薄片±5mm內(nèi)）對(duì)圖片中單個(gè)像素點(diǎn)代表的實(shí)際物理尺寸dx、dy進(jìn)行了標(biāo)定，同時(shí)求取了激光面與CCD光軸夾角α；采集到原始圖片后，通過中值濾波、兩次形態(tài)學(xué)開運(yùn)算、最大熵圖像分割、canny邊緣提取后獲得激光線信息較為完整充滿的二

4、值圖，開發(fā)了適應(yīng)性較強(qiáng)的基線及熔積層激光線提取算法，保證了后續(xù)高度計(jì)算及形貌曲線恢復(fù)的可靠性。
　　最后，通過對(duì)后段加磁的單道堆高熔積件以及對(duì)某厚壁回轉(zhuǎn)件徑向進(jìn)行掃描檢測(cè)，采用開發(fā)的算法對(duì)熔積層求取了累計(jì)高度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于單道堆高熔積件，重建的三維形貌能較好反應(yīng)出真實(shí)的熔積層，堆到10層后累計(jì)高度誤差在0.55mm以內(nèi)；對(duì)于厚壁回轉(zhuǎn)件，高度變化曲線能準(zhǔn)確反應(yīng)被測(cè)處橫向多道高度變化規(guī)律，高度誤差保證在0.7mm內(nèi)，兩種均能為下