一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法技术

本发明专利技术公开了一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法，其中仅需拍摄等截面照片，然后通过MATLAB将该等截面照片转换为实体截面轮廓图，再将其导入autocad中建立坐标系并划分网格，从而提取实体截面轮廓上多个特征点的特征点信息，最后将所有的特征点信息导入激光熔覆设备的路径控制器中，便可使其自动拟合形成轮廓曲线轨迹，使得激光熔覆工作头按照该轮廓曲线轨迹工作，能够实现对实体零件表面的激光熔覆。该方法可简单、快捷且精度较高低获取待修复等截面实体轮廓的扫描路径。

【技术实现步骤摘要】
一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法
本专利技术涉及一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法。
技术介绍
激光熔覆技术由于具有冷却速度快、变形小、熔覆层性能优异等特点而得到广泛应用，而激光熔覆扫描路径的获取则是激光熔覆的关键技术之一。目前，激光熔覆扫描路径的获取方法主要有示教编程、高级编程、离线编程和在线编程，其中示教编程和在线编程主要针对无3D模型的情况，高级编程和离线编程则主要针对已有3D模型或已知曲面轮廓数学表达式的情况。在生产运用中，待修复零件的3D模型往往是未知的，而示教编程具有精度低、操作繁琐的缺点，在线编程由于开发成本较高，难以实现普及与推广，因此如何简单准确地获取曲面熔覆扫描路径成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种简单快捷、精度较高、适用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法，以提高运用激光熔覆进行零件表面修复的效率。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法，待激光熔覆的对象为具有等截面的实体零件表面，包括如下步骤：（1）实体截面拍摄，垂直于所述实体零件的等截面方向进行拍摄，获取所述实体零件的等截面实体照片；（2）图像处理，对所述等截面实体照片进行图像处理，获取所述等截面实体照片上所述等截面的轮廓，形成实体截面轮廓图；（3）特征点提取，将步骤（2）中获取的所述实体截面轮廓图导入autocad中并建立坐标系，所述的坐标系以等截面轮廓的扫描起始点为坐标原点、以平行于所述实体截面轮廓图的长度方向且沿着扫描方向为X轴的正方向、以垂直于所述X轴且指向所述实体截面轮廓图的高度方向为Y轴的正方向，然后在autocad中建立网格模型，并在所述实体截面轮廓图上按照所述等截面的轮廓选取多个特征点，根据所述网格模型读取所有所述特征点处的特征点信息，每个特征点的所述特征点信息包括用于反映该特征点坐标值的位置信息、用于体现该特征点处法线与X轴或Y轴之间夹角的姿态信息；（4）离散点曲线拟合，激光熔覆设备上具有用于控制激光熔覆工作头工作路径的路径控制器，将步骤（3）获取的所有节点的所述特征点信息导入所述路径控制器中，并使得所述路径控制器控制所述激光熔覆工作头按照轨迹逼近的方式，运用所述实体截面轮廓图上多个离散特征点的特征点信息来拟合形成轮廓曲线轨迹，使得所述激光熔覆工作头按照所述轮廓曲线轨迹工作，实现对所述实体零件表面的激光熔覆。优选地，所述步骤（2）中，图像处理是利用MATLAB图像处理功能实现的，其包括如下步骤：ⅰ.照片类型转换，用于将步骤（1）中获取的所述等截面实体照片经灰度图转换为黑白图形式的二值图；ⅱ.轮廓提取，采用MATLAB中的边界提取函数提取所述二值图中的截面轮廓；ⅲ.滤波处理，采用MATLAB中的滤波工具将步骤ⅱ中提取的所述截面轮廓周围的噪声点滤去；ⅳ.取反，将经过步骤ⅲ处理后的照片通过取反运算使其呈现白底黑线状态，从而形成所述的实体截面轮廓图。进一步优选地，所述步骤ⅱ中采用的边界提取函数为Roberts算子函数、Prewitt算子函数、Sobel算子函数、Laplacian算子函数中的一种。进一步优选地，所述步骤ⅲ中所述的滤波工具中采用的滤波方式为均值滤波、中值滤波及高斯滤波中的一种。更进一步地，所述步骤ⅲ中，依次选用均值滤波、中值滤波及高斯滤波这三种滤波方式进行滤波处理，并比较经三种滤波方式处理后的图像中噪声点的数量，确定经滤波处理后图像中噪声点最少的滤波方式作为最终滤波方式。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术中通过实体截面拍摄、MATLAB图像处理、CAD特征点提取、离散点曲线拟合等步骤，可简单、快捷且精度较高低获取待修复等截面实体轮廓的扫描路径。附图说明附图1为本专利技术的路径获取方法的流程示意图；附图2为本专利技术一具体实施例的等截面实体照片；附图3为附图2的照片经类型转换后的黑白形式的二值图；附图4为附图3的二值图经轮廓提取后的示意图；附图5为将附图4进行滤波处理后的示意图；如图6为将附图5取反并建立坐标系的示意图；附图7为划分网格及特征点选取的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。如图1所示为一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法的具体流程图，其中，待激光熔覆的对象为具有等截面的实体零件表面。图2至图7为一具体实施例的相关示意图，以下即根据该实施例来对其激光熔覆扫描路径获取方法进行详细的阐述。首先，对实体零件进行实体截面拍摄。垂直于实体零件的等截面方向进行拍摄，获取该实体零件的等截面实体照片，拍摄等截面照片时应尽可能地保证正面垂直拍摄，且尽量使得该等截面的图像在照片中处于水平或垂直状态，方便后续步骤的处理，如图2所示。其次，图像处理。即对获取的等截面实体照片进行图像处理，以获取等截面实体照片上等截面的轮廓图形，形成实体截面轮廓图。具体地，该图像处理步骤是利用MATLAB图像处理功能实现的。该图像处理步骤包括如下步骤：ⅰ.照片类型转换，将拍摄得到的等截面实体照片导入MATLAB中，先经过灰度图转换将其由彩色转换为黑白图形式的二值图；ⅱ.轮廓提取，采用MATLAB中的边界提取函数提取二值图中的截面轮廓，在该步骤中，边界提取函数可选用Roberts算子函数、Prewitt算子函数、Sobel算子函数、Laplacian算子函数中的一种或多种，以提取的边界最接近实际截面轮廓的为最终选用的边界提取函数，从而使得截面轮廓呈现较好的成立效果，如图3所示；ⅲ.滤波处理，采用MATLAB中的滤波工具将步骤ⅱ中提取的截面轮廓周围的噪声点滤去。在该步骤中，滤波工具中采用的滤波方式为均值滤波、中值滤波及高斯滤波中的一种。具体操作时，依次选用均值滤波、中值滤波及高斯滤波这三种滤波方式进行滤波处理，并比较经三种滤波方式处理后的图像中噪声点的数量，确定经滤波处理后图像中噪声点最少的滤波方式作为最终滤波方式。经滤波处理后的图像呈现如图4所示；ⅳ.取反，将经过步骤ⅲ处理后的照片通过取反运算使其呈现白底黑线状态，从而形成所述的实体截面轮廓图，如图5所示。再次，对实体截面轮廓图进行特征点提取。该步骤中，首先将经前续步骤得到的实体截面轮廓图导入autocad中并建立坐标系，该坐标系以等截面轮廓的扫描起始点作为坐标原点、以平行于实体截面轮廓图的长度方向且沿扫描方向为X轴的正方向、以垂直于X轴且指向实体截面轮廓图的高度方向为Y方向，如图6所示。接着再在autocad中建立网格模型，并在实体截面轮廓图上按照等截面的轮廓选取多个特征点，根据网格模型读取所有特征点处的特征点信息，每个特征点信息包括用于反映特征点坐标值的位置信息，以及用于体现该特征点处法线与X轴或Y轴夹角的姿态信息。在该网格模型的选取中，应根据实体截面轮廓图的特性来予以确定，当等截面轮廓的曲率变化较大时，则需要选取尺寸较小的网格，获取等截面轮廓上较多的特征点，并获取这些特征点的特征点信息，这样可保证后续步骤处理时路径获取更为准确；而当等截面轮廓的曲率变化较小时，则可以选取尺寸较大的网格，获取等截面轮廓上较少的特征点，并获取这些特征点的特征点信息，这样可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法，待激光熔覆的对象为具有等截面的实体零件表面，其特征在于，包括如下步骤：（1）实体截面拍摄，垂直于所述实体零件的等截面方向进行拍摄，获取所述实体零件的等截面实体照片；（2）图像处理，对所述等截面实体照片进行图像处理，获取所述等截面实体照片上所述等截面的轮廓，形成实体截面轮廓图；（3）特征点提取，将步骤（2）中获取的所述实体截面轮廓图导入autocad中并建立坐标系，所述的坐标系以等截面轮廓的扫描起始点为坐标原点、以平行于所述实体截面轮廓图的长度方向且沿着扫描方向为X轴的正方向、以垂直于所述X轴且指向所述实体截面轮廓图的高度方向为Y轴的正方向，然后在autocad中建立网格模型，并在所述实体截面轮廓图上按照所述等截面的轮廓选取多个特征点，根据所述网格模型读取所有所述特征点处的特征点信息，每个特征点的所述特征点信息包括用于反映该特征点坐标值的位置信息、用于体现该特征点处法线与X轴或Y轴之间夹角的姿态信息；（4）离散点曲线拟合，激光熔覆设备上具有用于控制激光熔覆工作头工作路径的路径控制器，将步骤（3）获取的所有节点的所述特征点信息导入所述路径控制器中，并使得所述路径控制器控制所述激光熔覆工作头按照轨迹逼近的方式，运用所述实体截面轮廓图上多个离散特征点的特征点信息来拟合形成轮廓曲线轨迹，使得所述激光熔覆工作头按照所述轮廓曲线轨迹工作，实现对所述实体零件表面的激光熔覆。...

【技术特征摘要】
1.一种用于等截面实体表面修复的激光熔覆扫描路径获取方法，待激光熔覆的对象为具有等截面的实体零件表面，其特征在于，包括如下步骤：（1）实体截面拍摄，垂直于所述实体零件的等截面方向进行拍摄，获取所述实体零件的等截面实体照片；（2）图像处理，对所述等截面实体照片进行图像处理，获取所述等截面实体照片上所述等截面的轮廓，形成实体截面轮廓图，其中：图像处理是利用MATLAB图像处理功能实现的，其包括如下步骤：ⅰ.照片类型转换，用于将步骤（1）中获取的所述等截面实体照片经灰度图转换为黑白图形式的二值图；ⅱ.轮廓提取，采用MATLAB中的边界提取函数提取所述二值图中的截面轮廓；ⅲ.滤波处理，采用MATLAB中的滤波工具将步骤ⅱ中提取的所述截面轮廓周围的噪声点滤去；ⅳ.取反，将经过步骤ⅲ处理后的照片通过取反运算使其呈现白底黑线状态，从而形成所述的实体截面轮廓图；（3）特征点提取，将步骤（2）中获取的所述实体截面轮廓图导入autocad中并建立坐标系，所述的坐标系以等截面轮廓的扫描起始点为坐标原点、以平行于所述实体截面轮廓图的长度方向且沿着扫描方向为X轴的正方向、以垂直于所述X轴且指向所述实体截面轮廓图的高度方向为Y轴的正方向，然后在autocad中建立网格模型，并在所述实体截面轮廓图上按照所述等截面的轮廓选取多个特征点，根据所述网格模型读取所有所述特征点处...

【专利技术属性】
技术研发人员：石世宏，姜付兵，傅戈雁，王聪，贾帅，陆斌，吴继卓，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32