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专利号: 2023108540153
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:检测方法使用检测装置进行检测,检测装置包括防护房(100),在防护房(100)的内部设置有激光加工装置(300);

激光加工装置(300)包括底座(400),在底座(400)的上方设置有工作台(500),在工作台(500)上设置有激光发生器(600)以及振镜(700);其中,激光发生器(600)与振镜(700)通过光路系统连接;在工作台(500)上还设置有加工台(800),加工台(800)设置在振镜(700)的下方,加工台(800)用于安装工件;

在防护房(100)的内部设置有结构光投影仪(900),结构光投影仪(900)设置在防护房(100)侧壁的上端;结构光投影仪(900)用于将编码好的条纹投影到工件表面,在防护房(100)的侧壁上还设置有相机(200),相机(200)用于记录被成像工件高度调制的变形条纹图像;

光路系统包括光筒、激光折射筒以及伸缩筒(115);其中,光筒包括第一光筒(110)和第二光筒(111),激光折射筒包括第一折射筒(112)、第二折射筒(113)以及第三折射筒(114);

第一光筒(110)的一端与激光发生器(600)连接,第一光筒(110)的另一端与第一折射筒(112)连接;第二光筒(111)的一端与第一折射筒(112)连接,第二光筒(111)的另一端与第二折射筒(113)连接;

第一光筒(110)和第二光筒(111)均为空心圆柱结构;第一光筒(110)的两端需要做密封处理,第二光筒(111)的两端也需要密封处理;

第二折射筒(113)通过伸缩筒(115)与第三折射筒(114)连接,第三折射筒(114)与振镜(700)连接;

伸缩筒(115)包括第一连接段(116)和第二连接段(117);其中,第一连接段(116)的一端与第二折射筒(113)连接,第二连接段(117)与第三折射筒(114)连接,第一连接段(116)和第二连接段(117)之间通过管状风琴罩(118)连接;

检测方法包括以下步骤:

步骤S1,将标定板水平置于工作台(500),进行双目标定;

步骤S2,利用GeneratePattern算法生成黑白条纹,将其写入结构光投影仪(900)对工件表面投影,并通过相机(200)采集变形条纹,从而获取工件的包裹相位;

GeneratePattern函数首先创建了大小为N的空单元格数组Is和Is_img,用于存储生成的条纹图案和图像结果;再创建了一个从1到W的行向量xs,用于表示图案的横坐标;定义一个频率参数f_2pi,用于控制图案的周期性;接下来,使用循环从0到N‑1,生成每个相移步骤中的条纹图案;条纹图案使用余弦函数进行生成;生成的条纹图案存储在Is数组中,同时将其转换为图像格式,并储在Is_img数组中,归一化并扩展到高度 H 的图像;

函数输入参数:

A:条纹的基准亮度,取值范围:0‑255;

B:条纹的振幅,取值范围:0‑255;

T:条纹的周期,单位:像素;

N:相移步数,条纹的数量;

W:图案的宽度,单位:像素;

H:图案的高度,单位:像素;

步骤S3,经PhaseAnalyse算法做相位解包,对经过双目标定后的两台相机(200)获取的图像进行立体匹配,即对应像素点的匹配,计算视差,根据视差信息计算分析获得三维信息;

具体的,PhaseAnalyse算法函数的输入参数包括三个矩阵类型的参数:phaseHetero、phaseWrap和phaseUnwrap;分别表示杂波相位、包裹相位和解包相位;这些相位图像通常是以浮点数F32类型存储的;函数首先将相位图像的数据指针转换为F32类型的指针,即ptr0指向phaseHetero的数据,ptr1指向phaseWrap的数据,ptr指向phaseUnwrap的数据;接下来,函数根据给定的频率参数frqHetero和frqWrap计算R值,R=frqWrap/frqHetero;这个R值用于将包裹相位映射到杂波相位上;R=frqWrap/frqHetero,即得到一个比例系数;将包裹相位乘以这个比例系数,即可将包裹相位映射到与杂波相位相同的频率范围上,使其具有相同的变化规律;然后,函数使用双重循环遍历整个图像,从左上角到右下角;在每个像素位置处,函数计算解包相位的值;

首先获取当前位置的杂波相位、包裹相位和解包相位的值;接下来,函数根据相位差和R值计算出相位的包裹数NWrap;然后,根据包裹数和包裹相位的值,计算出解包相位的值;

解包相位通过将包裹数乘以2π并加上包裹相位来得到;最后,函数返回解包后的相位图像,存储在phaseUnwrap矩阵中;

步骤S4,利用高效、鲁棒式图像处理及分割技术对采集三维的数据进行去噪、滤波、配准的预处理操作;再导入GOMSoftware进行点云重建,对重建出的点云进行点云拼接、分割、特征提取、网格化处理,以获取更加完整、准确的表面织构几何形貌特征,实现无接触式测量;

步骤S5,对比理想所需点云图,利用Halcon分析材料激光加工表面锥度、波纹度及弯曲特征,并将特征位置反馈至激光加工装置,对工件的表面织构的结构特征进行优化,直到测量平面与目标平面表面平整、无起伏或凹凸,即公差范围在±20μm,在弯曲处,角度变化小于或等于1°。

2.根据权利要求1所述的基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:工作台(500)上包括固定座(119)以及支撑立柱(120);其中,支撑立柱(120)固定设置在固定座(119)上,支撑立柱(120)的上方设置有横梁(121),激光发生器(600)固定设置在横梁(121)上。

3.根据权利要求2所述的基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:横梁(121)上还设置有驱动组件(122),驱动组件(122)用于带动振镜(700)上下移动。

4.根据权利要求3所述的基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:驱动组件(122)包括滑轨座(123)、驱动装置(124)以及安装台(125);其中,滑轨座(123)固定设置在横梁(121)上,驱动装置(124)设置在滑轨座(123)的上方,在滑轨座(123)的内部设置有丝杠(126),驱动装置(124)用于驱动丝杠(126)转动;

安装台(125)与滑轨座(123)滑动连接,且安装台(125)穿过滑轨座(123)与丝杠(126)连接;通过丝杠(126)转动,带动安装台(125)上下移动;振镜(700)固定设置在安装台(125)上。

5.根据权利要求1所述的基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:激光加工装置(300)还包括除尘装置(127);除尘装置(127)用于除去激光加工过程中的灰尘。

6.根据权利要求5所述的基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:除尘装置(127)包括集尘罩(128)、集尘管道(129)以及集尘箱(130);其中,集尘罩(128)设置在加工台(800)的侧面,且集尘罩(128)的开口面向加工台(800)设置;集尘箱(130)设置在底座(400)的侧面,集尘管道(129)用于连接集尘罩(128)与集尘箱(130)。

7.根据权利要求1所述的基于主动投影技术的激光加工检测一体化设备的检测方法,其特征在于:在工作台(500)上还设置有滑动平台(131)、第一驱动装置和第二驱动装置;其中,加工台(800)设置在滑动平台(131)上,滑动平台(131)与工作台(500)滑动连接;第一驱动装置驱动滑动平台(131)在工作台(500)上左右移动,第二驱动装置驱动加工台(800)在滑动平台(131)上前后移动;

第一驱动装置包括第一电机和第一丝杠;第二驱动装置包括第二电机和第二丝杠;其中,第一丝杠转动设置在工作台(500)的内部,滑动平台(131)设置在第一转动丝杠上,第一电机驱动第一丝杠转动;第二丝杠设置在滑动平台(131)的内部,加工台(800)滑动设置在第二丝杠上,第二电机驱动第二丝杠转动。