基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统和方法，包括：电弧增材制造系统、图像采集及处理系统，其中，所述电弧增材制造系统配置有机器人、智能化焊机、送丝机、焊枪、焊接保护气瓶，所述图像采集及处理系统配置有双目相机、计算机；所述双目相机安装在焊枪上，用于采集沉积过程中的熔敷道图像，并将采集到的熔敷道图像发送给计算机进行处理，得到当前沉积件的整体尺寸。本发明专利技术可以在沉积过程中直接对沉积尺寸进行监测，获取沉积件尺寸，具有同步性好、不受大型工件尺寸限制的优点。并且不受制件尺寸限制，可以实现大型件电弧增材制造过程中的尺寸原位监测，测量数据更为准确。数据更为准确。数据更为准确。

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统和方法


[0001]本专利技术涉及金属增材制造
，具体地，涉及一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统和方法。

技术介绍

[0002]电弧增材适用于大型金属构件的制造，然而在沉积过程中，当下一层沉积时，前一层的金属会被反复加热甚至熔化。随着热积累增加、各层的受热散热情况不同，且存在不稳定因素，导致电弧增材的单层熔敷道尺寸出现变化，若不加以干预，将会导致成品尺寸与预设出现偏差。
[0003]目前，针对这个问题，常用的解决方法包括：
[0004](1)沉积后进行尺寸测量和后处理。即在整个制件的沉积结束后对成品进行测量或扫描，然后根据设计的尺寸对其进行磨削等后处理。这种方法虽然可以准确的控制工件的尺寸，但后处理工作量增大和过多的磨削操作会使增材制造的节约原材料、制造效率高的优势难以发挥，且过多的后处理会影响成品的力学性能。
[0005](2)沉积过程中在线监测和纠偏。即在制造的过程中对尺寸进行测量或预测，实时调整参数，以求在沉积完成时制件的尺寸就比较接近设计尺寸。这种方法避免了过多的后处理技术。具体地，根据前人已提出的监测方法，如：宋雅静等人采用CCD相机实时采集温度数据，并上传至计算机与预存储的标准温度数据进行对比，以实时调整工作参数。美国通用电气公司提出：采集包括每个个体图像元素的至少一个物理性质的测量值阵列的熔池图像，并根据测量值映射熔池的熔池边界。
[0006]可见，现在采用的增材制造在线监控方法针对的对象多为熔池、电弧、温度、光谱等来获得沉积状态或间接获得沉积层尺寸。但是，由于熔池尺寸与沉积层的最终尺寸并不是严格对应的，因此这种间接的尺寸监测方法并不十分准确。若直接对已沉积的层进行尺寸监测，如采用基于结构光和3D相机的方法，则易受到弧光干扰，对尺寸测量的准确性和稳定性不足。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统和方法。
[0008]第一方面，本申请实施例提供一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统，包括：电弧增材制造系统、图像采集及处理系统，其中，所述电弧增材制造系统配置有机器人、智能化焊机、送丝机、焊枪、焊接保护气瓶，所述图像采集及处理系统配置有双目相机、计算机；
[0009]所述双目相机安装在焊枪上，用于采集沉积过程中的熔敷道图像，并将采集到的熔敷道图像发送给计算机进行处理，得到当前沉积件的整体尺寸。
[0010]可选地，双目相机采用基于可见光的相机。
[0011]可选地，所述焊枪在进行沉积时，每一道沉积时至多只与一道同一层的沉积道相接，且至多只与一道非同一层的沉积道相接。
[0012]可选地，所述熔敷道图像为正在沉积的当前层后方的刚结束沉积且凝固部分熔敷道的单道左右目图像。
[0013]可选地，所述当前沉积件的整体尺寸为当前正在沉积的工件的已沉积部分的高宽尺寸。
[0014]第二方面，本申请实施例提供一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取方法，应用于第一方面中任一项所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统中，所述方法包括：
[0015]步骤1：对双目相机进行单双目标定和校准；
[0016]步骤2：获取沉积层轮廓范围；
[0017]步骤3：基于沉积层轮廓范围获取空间物点，确定沉积层轮廓的三维坐标；
[0018]步骤4：根据沉积层轮廓的三维坐标，对单层尺寸进行修正，得到当前沉积层的有效高度、有效宽度；
[0019]步骤5：将当前沉积层的有效高度、有效宽度与之前的累积尺寸进行叠加，得到当前沉积件的整体尺寸。
[0020]可选地，所述步骤2包括：
[0021]对双目相机采集的图像进行裁剪，获取相机中心点附近的图像，确定沉积层轮廓。
[0022]可选地，所述步骤4包括：
[0023]步骤4.1：对当前层熔敷道进行分类，分为第一层的起始道、第一层的非起始道、后续层的起始道、后续层的非起始道；
[0024]步骤4.2：对于第一层的起始道，以测量的高度作为当前沉积层的有效高度，以测量的宽度作为当前沉积层的有效宽度；
[0025]步骤4.3：对于第一层的非起始道，以测量的高度作为当前沉积层的有效高度，以作为当前沉积层的有效宽度，其中，Δx为设定的焊枪移动距离，为上一道宽度的一半，为测量出的道宽度的一半；
[0026]步骤4.4：对于后续层的起始道，以修正后的高度作为当前沉积层的有效高度，以测量的宽度作为当前沉积层的有效宽度；
[0027]步骤4.5：对于后续层的非起始道，以修正后的高度作为当前沉积层的有效高度，以作为当前沉积层的有效宽度；其中，Δx为设定的焊枪移动距离，为上一道宽度的一半，为测量出的道宽度的一半。
[0028]可选地，修正后的高度对应的计算公式如下：
[0029][0030]其中，h
′
为修正后的高度，S为沉积量，w为测量的宽度。
[0031]可选地，所述步骤5包括：
[0032]在叠加过程中，判断是否为单壁件；
[0033]若不是单壁件，则将单层有效高度与之前的累积的高度叠加，将单层有效宽度与之前累积的宽度叠加，得到当前沉积件的整体尺寸；
[0034]若是单壁件，则仅将单层有效高度叠加，得到当前沉积件的整体尺寸。
[0035]第三方面，本申请实施例提供一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取设备，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：
[0036]执行如第二方面中任一项所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取方法的步骤。
[0037]第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现如第二方面中任一项所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取方法的步骤。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0039]本申请实施例提供的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统和方法，可以在沉积过程中直接对沉积尺寸进行监测，获取沉积件尺寸，具有同步性好、不受大型工件尺寸限制的优点。并且不受制件尺寸限制，可以实现大型件电弧增材制造过程中的尺寸原位监测，测量数据更为准确。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0041]图1为本申请实施例提供的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统的结构示意图；
[0042本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统，其特征在于，包括：电弧增材制造系统、图像采集及处理系统，其中，所述电弧增材制造系统配置有机器人、智能化焊机、送丝机、焊枪、焊接保护气瓶，所述图像采集及处理系统配置有双目相机、计算机；所述双目相机安装在焊枪上，用于采集沉积过程中的熔敷道图像，并将采集到的熔敷道图像发送给计算机进行处理，得到当前沉积件的整体尺寸。2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统，其特征在于，双目相机采用基于可见光的相机。3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统，其特征在于，所述焊枪在进行沉积时，每一道沉积时至多只与一道同一层的沉积道相接，且至多只与一道非同一层的沉积道相接。4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统，其特征在于，所述熔敷道图像为正在沉积的当前层后方的刚结束沉积且凝固部分熔敷道的单道左右目图像。5.根据权利要求1所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统，其特征在于，所述当前沉积件的整体尺寸为当前正在沉积的工件的已沉积部分的高宽尺寸。6.一种基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取方法，应用于权利要求1
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5中任一项所述的基于双目视觉的电弧增材沉积尺寸原位获取系统中，其特征在于，所述方法包括：步骤1：对双目相机进行单双目标定和校准；步骤2：获取沉积层轮廓范围；步骤3：基于沉积层轮廓范围获取空间物点，确定沉积层轮廓的三维坐标；步骤4：根据沉积层轮廓的三维坐标，对单层尺寸进行修正，得到当前沉积层的有效高度、有效宽度；步骤5：将当前沉积层的有效高度、有效宽度与之前的累积尺寸进行叠加，得到当前沉积件的整...

【专利技术属性】
技术研发人员：许燕玲，周毓瑶，康钰诚，张华军，侯震，王强，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：