复杂曲面零件缺陷修复方法技术

本申请提供一种复杂曲面零件缺陷修复方法，所述方法包括如下步骤：S1：确定目标零件的缺陷部位的三维模型；S2：根据所述三维模型生成6自由度关节式机器人的喷头轨迹；S3：根据所述喷头轨迹生成6自由度关节式机器人的移动轨迹；S4：根据移动轨迹完成当前层熔覆；S5：判断当前层熔覆质量是否合格，若合格，则进入下一步，若不合格则修复问题后，进入下一步；S6：判断是否完成零件修复，若是，则退出，若否，进入步骤S2。本申请提供的复杂曲面零件缺陷修复方法，采用6轴机器人作为激光熔覆工具可以按照零件的曲面进行曲面的堆积，减少阶梯效应，提高修复零件的力学性能；该方法，改善了复杂曲面破损零件修复精密，保证了修复精度和修复质量。

【技术实现步骤摘要】
复杂曲面零件缺陷修复方法
本专利技术涉及表面修复
，尤其涉及一种复杂曲面零件缺陷修复方法。
技术介绍
随着材料科学与装备制造业的发展，高性能材料和复杂薄壁结构件，如叶片、螺旋桨等，在金属零件中所占比重逐步增大。这类零部件普遍存在生产周期长、制造成本高等特点，在其出现损伤时，直接更换会大大增加零件成本，延长生产制造周期。因此，对高性能材料零件和复杂薄壁结构件进行损伤修复具有十分现实的意义。传统修复方法在解决此类零件的修复问题时，技术上存在着许多难点，其中，以堆焊与氩弧焊为代表的热加工在修复过程中会产生大量热量，产生的热应力容易造成修复后零件发生变形或产生裂纹，影响零件的尺寸精度和正常使用；而冷加工，如电刷镀、化学镀等，在修复时虽无热影响，但覆层与基体结合强度差，且成形厚度有限，难以达到修复的目的。为克服传统修复技术的应用局限，激光作为一种强力、非接触、清洁的热源被引入到了再制造领域，并表现出了巨大的技术优势，它解决了许多传统修复方法解决不了的修复难题，为再制造技术提供了一种先进而卓有成效的技术手段。而采用机器人作为激光熔覆工具的载体，比人工手持更加稳定可靠。而采用传统的3D打印机作为激光熔覆工具的载体，因其只有3个自由度，面对修复复杂曲面零件时，只能进行传统的平面堆积修复，修复的零件阶梯效应明显，而且很多狭窄角落不行进行有效修复，使零件不能达到使用要求。因此，亟需一种新的复杂曲面零件缺陷修复方法以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种复杂曲面零件缺陷修复方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：S1：确定目标零件的缺陷部位的三维模型；S2：根据所述三维模型生成6自由度关节式机器人的喷头轨迹；S3：根据所述喷头轨迹生成6自由度关节式机器人的移动轨迹；S4：根据移动轨迹完成当前层熔覆；S5：判断当前层熔覆质量是否合格，若合格，则进入下一步，若不合格则修复问题后，进入下一步；S6：判断是否完成零件修复，若是，则退出，若否，进入步骤S4。进一步，所述方法还包括利用视觉系统对所述移动轨迹进行微调并根据微调后的移动轨迹完成当前层熔覆。进一步，所述步骤S1包括：S11：对目标零件进行预处理；S12：采用3D扫描仪对经过预处理的目标零件进行扫描得到目标零件的三维模型，然后通过和零件的原设计模型对比，得到零件损伤部位的.STL模型。进一步，所述步骤S2包括：S21：从STL文件中提取顶点、面和三角形面片单位法向量的信息，并分别存储在集合V、F和N中：V＝{v1,v2,v3,…,vm}，vm＝{vmx,vmy,vmz}，其中，V表示STL文件中所有顶点的集合，vm代表点xyz信息的集合；F＝{f1,f2,f3,…,fm}，fm＝{vm1,vm2,vm3}，其中，F表示STL文件中所有面的集合，fm代表第m个面包含的顶点集合；N＝{n1,n2,n3,…,nm}，其中，N表示STL文件中所有三角形面片单位法向量的集合；S22：根据集合V中顶点Vw的x、y坐标的范围在XOY坐标系生成投影，然后根据投影生成投影参考平面，其中，w＝1,2,3…m表示正整数；其中，参考平面中x、y范围如下所示：min(x)-d≤x≤max(x)+d，min(y)-d≤y≤max(y)+d，其中，d表示一个使参考平面的大小大于投影部分的大小的正变量；S23：在投影参考平面上，生成喷头移动的平面轨迹，并将轨迹点的数据记录到集合Pgridis中；Pgridis＝{p1,p2,p3,…,pm}，其中，Pgridis表示投影参考平面轨迹中所有点的有序集合；S24：从平面轨迹中识别STL模型的底面，其方法如下：S241：将STL模型的法线系数k为负的法线存储到集合N中的子集合Nbottom中；Nbottom＝{n1,n2,n3,…,nm}，其中，Nbottom表示STL模型文件中所有底面法线的集合，N表示STL文件中所有三角形面片单位法向量的集合；S242：将集合Nbottom中的元素的顶点投影到参考平面上；S243：将集合Nbottom中的元素投影到参考平面上的三角形内的轨迹点储存到集合Pin中；Pin＝{pj1,pj2,pj3,…,pjm，j∈[1,m]}，其中，Pin表示参考平面三角形内的轨迹点，j表示三角形的序号；S25：确定参考平面轨迹点在STL模型底面对应的三维空间轨迹点：S251：构建STL模型三角面片的顶点生成平面模型，所述模型为：Ax+By+Cz+D＝0，其中，A表示x的系数，B表示y的系数变量，C表示z的系数变量，D表示常数，x表示三角面片的顶点x坐标，y表示三角面片的顶点y坐标，z表示三角面片的顶点z坐标；S252：将集合Pin中第m个三角面片对应三角形中的轨迹点的x,y坐标值代入对应平面方程中得到对应的z轴坐标，得到的参考平面轨迹点在STL模型底面的对应三维空间轨迹点；S26：将得到三维空间轨迹点坐标和它对应STL模型三角面片的单位法向信息储存到集合Pin；projected中；Pin；projected＝{v1,v2,v3,…,vm；n1,n2,n3,…,nm}，其中，vm表示三维空间轨迹点，nm代表轨迹点的法向信息；S27：将得到的空间轨迹点生成连续的喷头移动轨迹；S28：根据喷头直径提高z轴高度，w＝w+1，其中，w表示正整数自然数，判断w是否大于集合V的元素个数，若是，则退出，若否，则进入步骤S22。进一步，所述步骤S2还包括：步骤S23在投影参考平面上生成的喷头移动的平面轨迹绕预设的角度绕轴进行旋转，所述旋转用于曲面层与层之间的轨迹交叉，提高结构强度。进一步，所述步骤S3包括：S31：确定集合Pin；projected，Pin；projected＝{v1,v2,v3,…,vm；n1,n2,n3,…,nm}，其中，vm表示三维空间轨迹点，nm代表轨迹点的法向信息，中每个轨迹点对应的机器人位形解集合Solutionsm，Solutionsm＝{Solution1，…,Solutionn},集合中Solutionn＝{θ1,...,θi}(i取1-6，θi代表机器人六轴的角度)。Solutionsm代表第m个轨迹点求解的机器人逆解的集合，Solutionn代表Solutionsm中的第n个解，Solutionn包含机器人六个轴的角度，同时令W＝1，其中W表示大于等于1的正整数变量；S32：确定Solutionsw中机器人的喷头表面与打印底座的最小距离d，并判断d是否小于零，若是，则从位形解集合Solutionsm中删除不满足的解Solutionn；其中，机器人的激光熔覆喷头与障碍物之间的距离通过如下方法确定：d(θi,βk)＝min|rj(θi)-bk|-Rj-βk其中，d(θi,βk)表示机器人的喷头与障碍物之间的距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂曲面零件缺陷修复方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：/nS1：确定目标零件的缺陷部位的三维模型；/nS2：根据所述三维模型生成6自由度关节式机器人的喷头轨迹；/nS3：根据所述喷头轨迹生成6自由度关节式机器人的移动轨迹；/nS4：根据移动轨迹完成当前层熔覆；/nS5：判断当前层熔覆质量是否合格，若合格，则进入下一步，若不合格则修复问题后，进入下一步；/nS6：判断是否完成零件修复，若是，则退出，若否，进入步骤S4。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂曲面零件缺陷修复方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1：确定目标零件的缺陷部位的三维模型；
S2：根据所述三维模型生成6自由度关节式机器人的喷头轨迹；
S3：根据所述喷头轨迹生成6自由度关节式机器人的移动轨迹；
S4：根据移动轨迹完成当前层熔覆；
S5：判断当前层熔覆质量是否合格，若合格，则进入下一步，若不合格则修复问题后，进入下一步；
S6：判断是否完成零件修复，若是，则退出，若否，进入步骤S4。


2.根据权利要求1所述复杂曲面零件缺陷修复方法，其特征在于：所述方法还包括利用视觉系统对所述移动轨迹进行微调并根据微调后的移动轨迹完成当前层熔覆。


3.根据权利要求1所述复杂曲面零件缺陷修复方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
S11：对目标零件进行预处理；
S12：采用3D扫描仪对经过预处理的目标零件进行扫描得到目标零件的三维模型，然后通过和零件的原设计模型对比，得到零件损伤部位的.STL模型。


4.根据权利要求3所述复杂曲面零件缺陷修复方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
S21：从STL文件中提取顶点、面和三角形面片单位法向量的信息，并分别存储在集合V、F和N中：
V＝{v1，v2，v3，...，vm}，vm＝{vmx，vmy，vmz}，其中，V表示STL文件中所有顶点的集合，vm代表点xyz信息的集合；
F＝{f1，f2，f3，...，fm}，fm＝{vm1，vm2，vm3}，其中，F表示STL文件中所有面的集合，fm代表第m个面包含的顶点集合；
N＝{n1，n2，n3，...，nm}，其中，N表示STL文件中所有三角形面片单位法向量的集合；
S22：根据集合V中顶点Vw的x、y坐标的范围在XOY坐标系生成投影，然后根据投影生成投影参考平面，其中，w＝1，2，3...m表示正整数；
其中，参考平面中x、y范围如下所示：
min(x)-d≤x≤max(x)+d，min(y)-d≤y≤max(y)+d，其中，d表示一个使参考平面的大小大于投影部分的大小的正变量；
S23：在投影参考平面上，生成喷头移动的平面轨迹，并将轨迹点的数据记录到集合Pgridis中；
Pgridis＝{p1，p2，p3，...，pm}，其中，Pgridis表示投影参考平面轨迹中所有点的有序集合；
S24：从平面轨迹中识别STL模型的底面，其方法如下：
S241：将STL模型的法线系数k为负的法线存储到集合N中的子集合Nbottom中；
Nbottom＝{n1，n2，n3，...，nm}，其中，Nbottom表示STL模型文件中所有底面法线的集合，N表示STL文件中所有三角形面片单位法向量的集合；
S242：将集合Nbottom中的元素的顶点投影到参考平面上；
S243：将集合Nbottom中的元素投影到参考平面上的三角形内的轨迹点储存到集合Pin中；
Pin＝{pj1，pj2，pj3，...，pjm，j∈[1，m]}，其中，Pin表示参考平面三角形内的轨迹点，j表示三角形的序号；
S25：确定参考平面轨迹点在STL模型底面对应的三维空间轨迹点：
S251：构建STL模型三角面片的顶点生成平面模型，所述模型为：Ax+By+Cz+D＝0，其中，A表示x的系数，B表示y的系数变量，C表示z的系数变量，D表示常数，x表示三角面片的顶点x坐标，y表示三角面片的顶点y坐标，z表示三角面片的顶点z坐标；
S252：将集合Pin中第m个三角面片对应三角形中的轨迹点的x，y坐标值代入对应平面方程中得到对应的z轴坐标，得到的参考平面轨迹点在STL模型底面的对应三维空间轨迹点；
S26：将得到三维空间轨迹点坐标和它对应STL模型三角面片的单位法向信息储存到集合Pin；proje...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐倩，张志豪，郭伏雨，冯琪翔，曹粮玉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50