一種用于等截面實(shí)體表面修復(fù)的激光熔覆掃描路徑獲取方法
【專利說明】一種用于等截面實(shí)體表面修復(fù)的激光熔覆掃描路徑獲取方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于等截面實(shí)體表面修復(fù)的激光熔覆掃描路徑獲取方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]激光熔覆技術(shù)由于具有冷卻速度快、變形小、熔覆層性能優(yōu)異等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，而激光熔覆掃描路徑的獲取則是激光熔覆的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，激光熔覆掃描路徑的獲取方法主要有不教編程、尚級編程、尚線編程和在線編程，其中不教編程和在線編程主要針對無3D模型的情況，高級編程和離線編程則主要針對已有3D模型或已知曲面輪廓數(shù)學(xué)表達(dá)式的情況。在生產(chǎn)運(yùn)用中，待修復(fù)零件的3D模型往往是未知的，而示教編程具有精度低、操作繁瑣的缺點(diǎn)，在線編程由于開發(fā)成本較高，難以實(shí)現(xiàn)普及與推廣，因此如何簡單準(zhǔn)確地獲取曲面熔覆掃描路徑成為亟待解決的問題。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種簡單快捷、精度較高、適用于等截面實(shí)體表面修復(fù)的激光熔覆掃描路徑獲取方法，以提高運(yùn)用激光熔覆進(jìn)行零件表面修復(fù)的效率。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于等截面實(shí)體表面修復(fù)的激光熔覆掃描路徑獲取方法，待激光熔覆的對象為具有等截面的實(shí)體零件表面，包括如下步驟:
(1)實(shí)體截面拍攝，垂直于所述實(shí)體零件的等截面方向進(jìn)行拍攝，獲取所述實(shí)體零件的等截面實(shí)體照片；
(2)圖像處理，對所述等截面實(shí)體照片進(jìn)行圖像處理，獲取所述等截面實(shí)體照片上所述等截面的輪廓，形成實(shí)體截面輪廓圖；
(3)特征點(diǎn)提取，將步驟(2)中獲取的所述實(shí)體截面輪廓圖導(dǎo)入autocad中并建立坐標(biāo)系，所述的坐標(biāo)系以等截面輪廓的掃描起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、以平行于所述實(shí)體截面輪廓圖的長度方向且沿著掃描方向?yàn)閄軸的正方向、以垂直于所述X軸且指向所述實(shí)體截面輪廓圖的高度方向?yàn)閅軸的正方向，然后在autocad中建立網(wǎng)格模型，并在所述實(shí)體截面輪廓圖上按照所述等截面的輪廓選取多個(gè)特征點(diǎn)，根據(jù)所述網(wǎng)格模型讀取所有所述特征點(diǎn)處的特征點(diǎn)信息，每個(gè)特征點(diǎn)的所述特征點(diǎn)信息包括用于反映該特征點(diǎn)坐標(biāo)值的位置信息、用于體現(xiàn)該特征點(diǎn)處法線與X軸或Y軸之間夾角的姿態(tài)信息；
(4)離散點(diǎn)曲線擬合，激光熔覆設(shè)備上具有用于控制激光熔覆工作頭工作路徑的路徑控制器，將步驟(3)獲取的所有節(jié)點(diǎn)的所述特征點(diǎn)信息導(dǎo)入所述路徑控制器中，并使得所述路徑控制器控制所述激光熔覆工作頭按照軌跡逼近的方式，運(yùn)用所述實(shí)體截面輪廓圖上多個(gè)離散特征點(diǎn)的特征點(diǎn)信息來擬合形成輪廓曲線軌跡，使得所述激光熔覆工作頭按照所述輪廓曲線軌跡工作，實(shí)現(xiàn)對所述實(shí)體零件表面的激光熔覆。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟(2)中，圖像處理是利用MATLAB圖像處理功能實(shí)現(xiàn)的，其包括如下步驟:
i.照片類型轉(zhuǎn)換，用于將步驟(I)中獲取的所述等截面實(shí)體照片經(jīng)灰度圖轉(zhuǎn)換為黑白圖形式的二值圖；
?.輪廓提取，采用MATLAB中的邊界提取函數(shù)提取所述二值圖中的截面輪廓；iii.濾波處理，采用MATLAB中的濾波工具將步驟ii中提取的所述截面輪廓周圍的噪聲點(diǎn)濾去；
IV.取反，將經(jīng)過步驟iii處理后的照片通過取反運(yùn)算使其呈現(xiàn)白底黑線狀態(tài)，從而形成所述的實(shí)體截面輪廓圖。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟ii中采用的邊界提取函數(shù)為Roberts算子函數(shù)、Prewitt算子函數(shù)、Sobel算子函數(shù)、Laplacian算子函數(shù)中的一種。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟iii中所述的濾波工具中采用的濾波方式為均值濾波、中值濾波及高斯濾波中的一種。
[0011]更進(jìn)一步地，所述步驟iii中，依次選用均值濾波、中值濾波及高斯濾波這三種濾波方式進(jìn)行濾波處理，并比較經(jīng)三種濾波方式處理后的圖像中噪聲點(diǎn)的數(shù)量，確定經(jīng)濾波處理后圖像中噪聲點(diǎn)最少的濾波方式作為最終濾波方式。
[0012]由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明中通過實(shí)體截面拍攝、MATLAB圖像處理、CAD特征點(diǎn)提取、離散點(diǎn)曲線擬合等步驟，可簡單、快捷且精度較高低獲取待修復(fù)等截面實(shí)體輪廓的掃描路徑。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的路徑獲取方法的流程示意圖；
圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例的等截面實(shí)體照片；
圖3為附圖2的照片經(jīng)類型轉(zhuǎn)換后的黑白形式的二值圖；
圖4為附圖3的二值圖經(jīng)輪廓提取后的示意圖；
圖5為將附圖4進(jìn)行濾波處理后的示意圖；
圖6為將附圖5取反并建立坐標(biāo)系的示意圖；
圖7為劃分網(wǎng)格及特征點(diǎn)選取的示意圖。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。
[0017]如圖1所示為一種用于等截面實(shí)體表面修復(fù)的激光熔覆掃描路徑獲取方法的具體流程圖，其中，待激光熔覆的對象為具有等截面的實(shí)體零件表面。
[0018]圖2至圖7為一具體實(shí)施例的相關(guān)示意圖，以下即根據(jù)該實(shí)施例來對其激光熔覆掃描路徑獲取方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0019]首先，對實(shí)體零件進(jìn)行實(shí)體截面拍攝。垂直于實(shí)體零件的等截面方向進(jìn)行拍攝，獲取該實(shí)體零件的等截面實(shí)體照片，拍攝等截面照片時(shí)應(yīng)盡可能地保證正面垂直拍攝，且盡量使得該等截面的圖像在照片中處于水平或垂直狀態(tài)，方便后續(xù)步驟的處理，如圖2所示。
[0020]其次，圖像處理。即對獲取的等截面實(shí)體照片進(jìn)行圖像處理，以獲取等截面實(shí)體照片上等截面的輪廓圖形，形成實(shí)體截面輪廓圖。具體地，該圖像處理步驟是利用MATLAB圖像處理功能實(shí)現(xiàn)的。該圖像處理步驟包括如下步驟:
i.照片類型轉(zhuǎn)換，將拍攝得到的等截面實(shí)體照片導(dǎo)入MATLAB中，先經(jīng)過灰度圖轉(zhuǎn)換將其由彩色轉(zhuǎn)換為黑白圖形式的二值圖；
ii.輪廓提取，采用MATLAB中的邊界提取函數(shù)提取二值圖中的截面輪廓，在該步驟中，邊界提取函數(shù)可選用Roberts算子函數(shù)、Prewitt算子函數(shù)、Sobel算子函數(shù)、Laplacian算子函數(shù)中的一種或多種，以提取的邊界最接近實(shí)際截面輪廓的為最終選用的邊界提取函數(shù)，從而使得截面輪廓呈現(xiàn)較好的成立效果，如圖3所示；
iii.濾波處理，采用MATLAB中的濾波工具將步驟ii中提取的截面輪廓周圍的噪聲點(diǎn)濾去。在該步驟中，濾波工具中采用的濾波方式為均值濾波、中值濾波及高斯濾波中的一種。具體操作時(shí)，依次選用均值濾波、中值濾波及高斯濾波這三種濾波方式進(jìn)行濾波處理，并比較經(jīng)三種濾波方式處理后的圖像中噪聲點(diǎn)的數(shù)量，確定經(jīng)濾波處理后圖像中噪聲點(diǎn)最少的濾波方式作為最終濾波方式。經(jīng)濾波處理后的圖像呈現(xiàn)如圖4所示；
IV.取反，將經(jīng)過步驟iii處理后的照片通過取反運(yùn)算使其呈現(xiàn)白底黑