高能束快速制造中計算機視覺技術應用的研究.pdf

1、金屬零件快速制造技術采用高能束流作為成形熱源熔化同步供給的金屬材料，按計算機設定的掃描軌跡逐層自由熔積成復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、傳質與幾何邊界呈瞬態(tài)時空劇烈交變的超常態(tài)成形過程，影響其制件成形質量的工藝因素繁多，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，對于保證快速成形件質量的穩(wěn)定可靠性成為必不可少的重要

2、手段。
　　 為此，本文首先使用計算機視覺技術對固/液相等離子熔射快速成形過程進行在線監(jiān)測，提出采用相同標準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工藝參數的變化。實驗中使用工業(yè)CCD 攝像機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)的圖像處理軟件進行射流邊緣檢測和特征值提取計算。實驗結果表明，采用該特征值能夠很好地適應射流的旋轉和變形。隨著熔射功率增大，特征值呈現(xiàn)

3、單調遞增趨勢；隨著Ar流量的增大，特征值總體呈現(xiàn)減小的趨勢。在相同工藝參數下，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)成形新技術應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手段。
　　 其次，在基于工業(yè)機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量、提高成形效率，

4、基于熔積高度實時跟蹤的自適應切片軌跡規(guī)劃和熔積弧長動態(tài)調控成為金屬零件的工業(yè)機器人三維熔積快速制造核心技術，而熔積高度和焊道形貌的可視化監(jiān)測是其關鍵技術基礎。該技術不僅能用于復雜金屬零件快速制造，而且能用于大型高性能關鍵零件與模具的機器人快速修復，因而具有非常重要而廣闊的工程應用價值。本文采用可變焦工業(yè)攝像機單目視覺技術進行了熔積層定位和形貌特征識別技術的相關研究，提出利用幾何光學聚焦及攝像機線性模型標定的技術來獲取主光軸深度信息的方法

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