一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法及系统，通过获取叶轮的三维模型；生成三维模型表面的应力分布图；按照应力分布图对三维模型表面进行划分得到各个应力分布区；随机选取一个应力分布区或者选取位于三维模型最顶部的应力分布区作为起始区域，根据各个应力分布区的灰度值从起始区域开始生成激光冲击轨迹，能够离线的生成激光冲击轨迹，智能的在不规则的叶轮的三维模型表面声测激光冲击轨迹，能够通过智能生成的激光冲击轨迹控制水龙头水量的精准喷射和，对不规则的金属构建表面的特性进行生成均衡的水约束层，本发明专利技术应用于激光冲击技术分类领域。本发明专利技术应用于激光冲击技术分类领域。本发明专利技术应用于激光冲击技术分类领域。

【技术实现步骤摘要】
一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法及系统


[0001]本公开属于机器人轨迹优化
，具体涉及一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法及系统。

技术介绍

[0002]在激光冲击强化金属构件结构的过程中，需要使用有机玻璃、硅胶、合成树脂和水等介质覆盖在金属构件结构表面，目前激光冲击强化金属构件结构通常使用水约束层，水约束层比较廉价和清洁，而且还能冲走激光冲击后的金属碎屑，所以一般采用水约束层的方法。
[0003]在现有的水约束层的方法中，一般需要持续不断的通过水龙头进行喷射水流，专利号为ZL201310040843.X的专利技术专利“一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法和装置”中提出通过待加工叶片上沿激光束方向的竖直截面上三个点所对应的标准曲线段近似代替叶片上的实际曲线段，使水龙头的水流方向在曲线段下端点处区域(待加工区域)形成稳定、均匀厚度的水约束层，但主要集中在水约束层的控制，并非常依赖于固定的标准曲线段，难以对进行控制水龙头水量的精准喷射和不规则的曲面的水约束层生成，并且无法根据金属构建表面的特性进行水约束层的生成。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0005]为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，所述方法包括以下步骤：S100，获取叶轮的三维模型；S200，生成三维模型表面的应力分布图；S300，按照应力分布图对三维模型表面进行划分得到各个应力分布区；S400，随机选取一个应力分布区或者选取位于三维模型最顶部的应力分布区作为起始区域，根据各个应力分布区的灰度值从起始区域开始生成激光冲击轨迹。
[0006]进一步地，在S100中，获取叶轮的三维模型的方法为通过激光雷达扫描仪、三维激光扫描仪、三坐标测量机中任意一种设备对叶轮的3D图像进行采集得到叶轮的三维模型。
[0007]进一步地，在S100中，还包括，在机器人仿真软件中设定机器人的原点位置和激光光束的TCP点位置；将叶轮的三维模型添加到机器人末端TCP点上，以激光冲击轨迹通过动画演示的轨迹预演示轨迹程序，确定每一个点激光光束可达且与其他部位不干涉，所述机器人为MH
‑
400II，通过机器人仿真软件进行设置，具体设置过程参见公开号为CN110394554B的专利技术专利。
[0008]进一步地，在S200中，生成三维模型表面的应力分布图的方法为：通过有限元分析软件分析得到三维模型的应力分布图，所述有限元分析软件包括ABAQUS、ANSYS、MSC中任意
一种。
[0009]进一步地，在S300中，按照应力分布图对三维模型表面进行划分得到各个应力分布区的方法为：通过边缘检测算子对应力分布图的灰度图进行检测，以检测到的边缘点对应力分布图进行分割形成的多个区域，每个区域在三维模型表面的对应位置即为各个应力分布区。
[0010]进一步地，在S400中，根据各个应力分布区的灰度值从起始区域开始生成激光冲击轨迹的方法包括以下步骤：S401，设置变量i和j,初始化i和j的值为1，i取值范围为[1,N],N为应力分布区的数量；以p
i
为第i个应力分布区；从起始区域p1开始各个应力分布区按照与p1几何中心点或者质心点的欧式距离从近到远进行排序，得到排好序的应力分布区集合P={p
i
}；设置激光冲击轨迹序列D，序列D中的元素为两个像素A的坐标和像素B的坐标构成的二元组，表示从A到B的路径；S402，搜索与p
i
邻接的所有应力分布区，即与p
i
有共同的边界的所有应力分布区，构成子集P1={p1
j
}，P1中应力分布区数量为M；S403，在p
i
中依次遍历各个像素点与p1
j
中所有的像素点匹配，如果发现p
i
中存在像素点A与p1
j
中的像素点B满足第一关系，则将A的坐标和B的坐标组合<A,B>加入轨迹点待选候选集合C中, <A,B>表示像素点A的坐标到像素点B的坐标的激光冲击轨迹，即<A,B>为坐标A到坐标B的路径；所述第一关系包括以下条件：(1)像素点A和像素点B为各自所在的应力分布区中最大应力平衡点组合；最大应力平衡点组合的计算方法为：令像素点A的像素的坐标(xA,yA),像素点A为所在窗体A中各个像素点的最大像素值，令像素点B的像素的坐标(xB,yB),像素点B为所在窗体B中各个像素点的最大像素值，此时像素点A和像素点B即为各自所在的应力分布区中最大应力平衡点组合；行邻域范围和列邻域范围构成了窗体A和窗体B；所述窗体A的行邻域范围为[xA
‑
HA,xA+HA]，列邻域范围为[yA
‑
HA,yA+HA]；所述窗体B的行邻域范围为[xB
‑
HB,xB+HB]，列邻域范围为[yB
‑
HB,yB+HB]；HA的计算方法为像素点A的八邻域中的各个像素点的像素值的差值最大的两个像素点A1和A2，从A1开始往像素值增量最大的方向开始搜索如果下一个像素的像素值比当前像素的像素值小则标记该像素为目标A11；从A2开始往像素值增量最大的方向开始搜索如果下一个像素的像素值比当前像素的像素值小则标记该像素为目标A22；HA为A11和A22之间的欧式距离值；HB的计算方法为像素点B的八邻域中的各个像素点的像素值的差值最大的两个像素点B1和B2，从B1开始往像素值增量最大的方向开始搜索如果下一个像素的像素值比当前像素的像素值小则标记该像素为目标B11；从B2开始往像素值增量最大的方向开始搜索如果下一个像素的像素值比当前像素的像素值小则标记该像素为目标B22；HB为B11和B22之间的欧式距离值；(2)像素点A和像素点B的像素值均大于各自所在的应力分布区中的像素均值；(3)像素点A和像素点B的各自所在的应力分布区中的像素均值大于与该应力分布区邻接的所有应力分布区的像素均值；S404，如果j＜M则将j的值增加1并转到步骤S403；当j≥M时，将j的值重置为1并转到步骤S405，
S405，如果p
i
是起始区域则以轨迹点待选候选集合C中各个激光冲击轨迹中最短的轨迹为p
i
中的轨迹，即像素点A的坐标到像素点B的坐标之间的距离最短的激光冲击轨迹为p
i
中的轨迹<A
i
,B
i
>，<A
i
,B
i
>为坐标A
i
到坐标B
i
的路径；A
i
为p
i
中的像素点A的坐标，B
i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S100，获取叶轮的三维模型；S200，生成三维模型表面的应力分布图；S300，按照应力分布图对三维模型表面进行划分得到各个应力分布区；S400，随机选取一个应力分布区或者选取位于三维模型最顶部的应力分布区作为起始区域，根据各个应力分布区的灰度值从起始区域开始生成激光冲击轨迹。2.根据权利要求1所述的一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，其特征在于，在S100中，获取叶轮的三维模型的方法为通过激光雷达扫描仪、三维激光扫描仪、三坐标测量机中任意一种设备对叶轮的3D图像进行采集得到叶轮的三维模型。3.根据权利要求1所述的一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，其特征在于，在S100中，还包括，在机器人仿真软件中设定机器人的原点位置和激光光束的TCP点位置；将叶轮的三维模型添加到机器人末端TCP点上，以激光冲击轨迹通过动画演示的轨迹预演示轨迹程序，确定每一个点激光光束可达且与其他部位不干涉，所述机器人为MH
‑
400II。4.根据权利要求1所述的一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，其特征在于，在S200中，生成三维模型表面的应力分布图的方法为：通过有限元分析软件分析得到三维模型的应力分布图，所述有限元分析软件包括ABAQUS、ANSYS、MSC中任意一种。5.根据权利要求1所述的一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，其特征在于，在S300中，按照应力分布图对三维模型表面进行划分得到各个应力分布区的方法为：通过边缘检测算子对应力分布图的灰度图进行检测，以检测到的边缘点对应力分布图进行分割形成的多个区域，每个区域在三维模型表面的对应位置即为各个应力分布区。6.根据权利要求1所述的一种叶轮的水约束层与激光冲击轨迹的联动方法，其特征在于，在S400中，根据各个应力分布区的灰度值从起始区域开始生成激光冲击轨迹的方法包括以下步骤：S401，设置变量i和j,初始化i和j的值为1，i取值范围为[1,N],N为应力分布区的数量；以p
i
为第i个应力分布区；从起始区域p1开始各个应力分布区按照与p1几何中心点或者质心点的欧式距离从近到远进行排序，得到排好序的应力分布区集合P={p
i
}；设置激光冲击轨迹序列D，序列D中的元素为两个像素A的坐标和像素B的坐标构成的二元组，表示从A到B的路径；S402，搜索与p
i
邻接的所有应力分布区，即与p
i
有共同的边界的所有应力分布区，构成子集P1={p1
j
}，P1中应力分布区数量为M；S403，在p
i
中依次遍历各个像素点与p1
j
中所有的像素点匹配，如果发现p
i
中存在像素点A与p1
j
中的像素点B满足第一关系，则将A的坐标和B的坐标组合<A,B>加入轨迹点待选候选集合C中, <A,B>表示像素点A的坐标到像素点B的坐标的激光冲击轨迹，即<A,B>为坐标A到坐标B的路径；所述第一关系包括以下条件：(1)像素点A和像素点B为各自所在的应力分布区中最大应力平衡点组合；最大应力平衡点组合的计算方法为：令像素点A的像素的坐标(xA,yA),像素点A为所在窗体A中各个像素点的最大像素值，令像素点B的像素的坐标(xB,yB),像素点B为所在窗体B
中各个像素点的最大像素值，此时像素点A和像素点B即为各自所在的应力分布区中最大应力平衡点组合；行邻域范围和列邻域范围构成了窗体A和窗体B；所述窗体A的行邻域范围为[xA
‑
HA,xA+HA]，列邻域范围为[...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建岭，王永，李毓洲，韩欣诚，张永康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：