基于線結(jié)構(gòu)光的電弧增材制造熔積層形貌三維測量.pdf

1、在增材制造技術(shù)中，電弧增材制造技術(shù)由于其生產(chǎn)效率高、成本低、成形金屬零部件力學(xué)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，越來越受到許多學(xué)者的重視。但是，電弧增材制造過程復(fù)雜，高溫液態(tài)金屬堆積所得的焊道形貌難以預(yù)測，如若不能實(shí)時(shí)地得到熔積層形貌的信息，以合理地調(diào)整堆積成形的路徑、電壓、電流以及焊接速度等參數(shù)，熔積層的單道堆積、多道搭接乃至多層堆積的質(zhì)量會變得難以控制，最終影響到成形金屬零部件的堆積尺寸精度和冶金結(jié)合強(qiáng)度。
　　本文針對課題組在電弧增材制造過程

2、中的熔積層形貌實(shí)時(shí)檢測的需求，開發(fā)了基于線結(jié)構(gòu)光的熔積層形貌三維測量系統(tǒng)。首先，設(shè)計(jì)一套固件裝夾裝置，該裝置一方面可固定線激光與工業(yè)相機(jī)的相對位置；另一方面因熔積過程環(huán)境惡劣，其殼狀的裝夾裝置可對激光與工業(yè)相機(jī)起保護(hù)作用。接下來,利用Matlab自帶的工具箱對工業(yè)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到攝像機(jī)的焦距、主相點(diǎn)、畸變系數(shù)等內(nèi)參數(shù)；采用鋸齒靶標(biāo)法，標(biāo)定攝像機(jī)坐標(biāo)系與線激光平面所在世界坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系，得到測量系統(tǒng)的外參數(shù)，即旋轉(zhuǎn)矩陣與平移矩陣。

3、然后，將自適應(yīng)閾值法與灰度重心法相結(jié)合，優(yōu)化現(xiàn)有的激光線條紋中心提取算法，以提取高精度的條紋中心像素位置，并結(jié)合標(biāo)定所得攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)與系統(tǒng)外參數(shù)，得到當(dāng)前線激光測量截面的熔積層形貌數(shù)據(jù)。最終，隨著數(shù)控機(jī)床或焊接機(jī)器人的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對熔積層形貌的三維測量。
　　本文開發(fā)的熔積層形貌三維測量系統(tǒng)，其高度方向測量誤差小于量程的千分之四，能較好地滿足電弧增材制造的形貌檢測精度的需求。自主開發(fā)的三維測量軟件能實(shí)時(shí)地將熔積層當(dāng)前的形貌信息反饋給