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基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究

王文标  
【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。


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