一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法技术

本发明专利技术公开一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，修复装置包括激光3D打印系统和四个以上光电传感器；传感器镶嵌于激光3D打印系统工作台面上，其中有三个以上光电传感器上表面与工作台面平行，至少有一个光电传感器凸出于工作台平面，每个光电传感器上印刷有或贴有标识点，标识点中心与光电传感器上表面中心重合，激光3D打印系统根据标识点缺损模型的测量坐标值和标识点在激光3D打印系统里面的坐标值，采用“最小二乘法”原理直接自动完成缺损模型与待修零件对齐，此坐标转换方法实现了缺损模型坐标与待修零件坐标的自动转换，提高了零件的修复精度和修复成功率，能实现对受损零部件的自动修复。

Coordinate conversion method for defect model of component repair process

The invention discloses a coordinate parts repair process defect model conversion method, repair device comprises a laser 3D printing system and more than four photoelectric sensor; sensor embedded in 3D laser printing system on the table, there are more than three photoelectric sensor and the upper surface of the work table in parallel, at least one photoelectric sensor protruding out of work Taiwan plane, each photoelectric sensor is printed on or affixed with a logo, marking point center and center of the photoelectric sensor coincide, 3D laser printing system based on coordinate measuring coordinate model identification point defect and mark point in 3D laser printing system inside the value, using the least square method principle automatically complete defect model and the repair parts are aligned, the coordinate conversion method to realize the defect model coordinates and coordinates of the parts to be repaired automatically, improve parts The repair precision and the repair success rate can realize the automatic repair to the damaged parts.

【技术实现步骤摘要】
一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法
本专利技术属于3D打印技术，涉及零部件再制造
，具体涉及一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法。
技术介绍
随着社会的进步发展，资源消耗逐年递增，资源紧张问题早已体现，因此如何节约资源合理利用已成为全球范围所面对的问题，在经济快速发展的同时，如何做到资源最大限度的有效利用已成为众多学者研究的问题之一。再制造技术是以对废旧设备进行高科技修复和改造的技术，能使废旧的设备或者零部件重新恢复其原有功能，这对节约资源、促进经济发展具有重要意义。传统再制造技术主要集中于零件表面处理，对受损零件表面进行喷涂、熔覆等处理，然后再经过机械加工还原到其原有精度。此外也有对断裂零部件的粗糙再制造，先把零件摆放在工作台上，断裂的待续面处于水平位置，然后反求出来缺损模型，把反求出来的待修模型输入到修复系统里面，手动前后左右平移3D打印系统的打印头，人眼观察使缺损模型与待修模型是否对齐，未对齐就修改平移量然后再观察，反复进行直到对齐为止，然后进行打印修复。传统的再制造方式要么只能对表面进行涂层，要么没有精度的直接再待修件上打印上缺损量，这种修复方式无法做到精准修复，还有可能造成修复失败使待修件彻底报废；对于高精度零件的修复，不仅要求修复过程中使缺损模型与待修零件精准对齐，又要求修复过程中减少热输入量，因为热输入量越大对待修件基体影响越大，会造成应力累积过大造成待修零件的变形过大，而传统3D堆焊修复因热输入量较大，也无法在不对待修件基材本体组织和性能有较大影响的要求下做到进准修复，故对于精度要求较高的零件，传统修复方式已经难以应对。现有技术对于断裂零部件基本采用手动平移方式使缺损模型与待修零部件对齐，传统的修复方式不仅效率低下、而且修复精度也无法保障，修复质量也有待提高。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术方案的不足，提供了一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，可实现缺损模型与待修件的坐标自动统一，实现受损零部件的精确修复。为达到上述目的，本专利技术专利是采取如下技术方案予以实现的：一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，本专利技术的零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，修复装置包括激光3D打印系统和四个以上光电传感器；直接摒弃了传统修复方式的手动式平移使缺损模型与待修零部件对齐的落后方法，实现了坐标系的自动转换；采用激光3D打印系统，配备光电传感器和标识点方法，能精准实现缺损模型与待修件之间的坐标统一，实现零件再制造的精确修复。能实现缺损模型坐标与待修零件坐标的自动转换，提高了零件的修复精度和修复成功率，并实现对受损零部件的自动修复。不仅提高效率，而且提高修复精度。【附图说明】图1是本专利技术三维示意图：其中：1是激光红光、2是光斑、3是工作台、4是光电传感器、5是标识点。【具体实施方式】以下结合附图和具体实施方式对本申请具体内容进行详细说明。参考图1，一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，包括四个以上光电传感器4，四个以上的标识点5，激光3D打印系统。光电传感器4镶嵌于激光3D打印系统工作台3上。其中有三个以上光电传感器4的工作面与工作台3的上表面平行；至少有一个光电传感器4凸出于工作台3的上表面，每个光电传感器4工作面上印刷有或贴有标识点5，标识点5中心与光电传感器4上表面中心重合，激光3D打印系统根据标识点缺损模型的测量坐标值和标识点在激光3D打印系统里面的坐标值，采用“最小二乘法”原理直接自动完成缺损模型与待修零件对齐。工作台上除了光电传感器上印刷上或贴上的用于坐标转换用的标识点外，再贴上若干扫描反求用标识点，其标识点与用于坐标转换用标识点类别相同。把待修零件置于工作台3上，采用三维反求测量设备对待修零件进行扫描，反求出测量模型，测量模型与设计模型比对输出缺损模型，并把缺损模型传输给激光3D打印系统，同时把标识点在三维反求测量设备里面的坐标值传输给激光3D打印系统备用。工作时打开激光3D打印系统的指示光——红光1，红光1通过激光加工头在工作台上形成光斑2，由光电传感器通过系统软件控制运动机构，运动机构带动激光加工头使光斑2在工作台3上移动，在光电传感器作用下，红光光斑与标识点5中心(光电传感器4中心)重合，此时由控制软件自动记录此点在3D打印系统里面的坐标值，依此方式分别记录所以标识点坐标值，由软件系统存储备用。激光3D打印系统根据三维反求测量设备提供的标识点坐标值和激光3D打印系统自动记录的标识点在3D打印系统里面的坐标值，激光3D打印系统根据“三维空间矩阵变换原理及最小二乘法”，其具体计算方法如下：1)标定测量标识点设激光3D打印系统上某点的笛卡尔坐标为(qxqyqz)，而通过测量得到的坐标为(pxpypz)，为了求得从测量空间坐标到3D打印修复系统空间的转换矩阵，首先需要获取标识点在激光3D打印系统空间的值。根据三维空间矩阵变换原理以及最小二乘法，在3D打印修复系统空间最少要取得4个测量标识点对应值才能获得正确的变换矩阵。在这里通过移动激光3D打印系统激光头，并使光斑对准测量标识点的方法来求得测量标识点在3D打印工作空间坐标值。2)测量空间到3D打印空间的变换矩阵设3D打印修复系统某点的四维向量Q为qxqyqz1，该向量从该点的笛卡尔坐标(qxqyqz)，即一个三维向量取得。同时，设该点的测量空间笛卡尔坐标为(pxpypz)，同理可获得四维向量pxpypz1，这里设为P。则根据空间矩阵变换以及仿射变换原理，可通过一个4×4矩阵；求得某测量点在激光3D打印系统空间的坐标。Q＝RP(式2-2)即这里设：则可由(式2-3)得R1px+R2py+R3pz+Rt＝Q(式2-5)根据最小二乘法原理，这里将通过激光头测得激光3D打印系统标定点值Q与根据该点在测量空间的值计算得到的值Q/的离差的平方和最小为最优化依据。其中计算得到的点为Q/＝RP，离差的平方和为这里通过多个标识点在测量空间的值Qi(i＝0,1,…n)以及在激光3D打印系统空间的值pi(i＝0,1,…,n)来进行最小二乘计算，其中n为进行最小二乘拟合采样标识点的个数。根据式(式2-5)，通过标定点在测量空间的值计算得到某点在激光3D打印系统空间的值为：通过激光头实际测量的值为通过上式可知求R1，R2，R3，Rt四个未知量，即可求得转换矩阵。为了使离差的平方和最小，这里对离差进行偏导计算：利用式4-8分别对R1，R2，R3，Rt进行偏导计算，可得对式4-9简化可得：即：表示为向量相乘形式可得：将转换矩阵R提出可得3)模型坐标转换通过最小二乘法获得转换矩阵R后即可将模型从测量空间转换到激光3D打印系统空间。设测量获取模型上某点测量空间坐标为(pxpypz)，则该点在激光3D打印系统空间的值(qxqyqz)可通过：得到，即Q＝RP。这样对模型的每个顶点进行坐标转换即可将模型转换到激光3D打印系统空间。采用上述算法激光3D打印系统自动计算，完成缺损模型的测量坐标系统与待修零件的激光3D打印系统的换算统一，把测量模型的测量坐标转化成待修零件的激光3D打印坐标，实现缺损模型与待修零部件的精确对齐，然后开启工作激光，激光3D打印系统进行打印修复，完成对损害零部件的精确修复。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，其特征在于：修复装置包括激光3D打印系统和四个以上光电传感器(4)；光电传感器(4)镶嵌于激光3D打印系统的工作台面上，其中有三个以上的光电传感器(4)上表面与工作台面平行，至少有一个光电传感器(4)凸出于工作台平面，每个光电传感器(4)工作面上设有标识点(5)，标识点(5)中心与光电传感器(4)上表面中心重合；把待修零件置于激光3D打印系统的工作台(3)上，采用三维反求测量设备对待修零件进行扫描，反求出测量模型，将测量模型与设计模型比对输出缺损模型，并把缺损模型传输给激光3D打印系统，同时把标识点(5)在三维反求测量设备里面的坐标值传输给激光3D打印系统，激光3D打印系统通过三维空间矩阵变换原理及最小二乘法自动计算，完成缺损模型的测量坐标系统与待修零件的激光3D打印系统的换算统一，把测量模型的测量坐标转化成待修零件的激光3D打印坐标，实现缺损模型与待修零部件的精确对齐。

【技术特征摘要】
1.一种零件修复过程缺损模型的坐标转换方法，其特征在于：修复装置包括激光3D打印系统和四个以上光电传感器(4)；光电传感器(4)镶嵌于激光3D打印系统的工作台面上，其中有三个以上的光电传感器(4)上表面与工作台面平行，至少有一个光电传感器(4)凸出于工作台平面，每个光电传感器(4)工作面上设有标识点(5)，标识点(5)中心与光电传感器(4)上表面中心重合；把待修零件置于激光3D打印系统的工作台(3)上，采用三维反求测量设备对待修零件进行扫描，反求出测量模型，将测量模型与设计模型比对输出缺损模型，并把缺损模型传输给激光3D打印系统，同时把标识点(5)在三维反求测量设备里面的坐标值传输给激光3D打印系统，激光3D打印系统通过三维空间矩阵变换原理及最小二乘法自动计算，完成缺损模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涤尘，张连重，崔滨，张安峰，李帅，胡浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61