基于线结构光的电弧增材制造熔积层三维测量

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1、２０１８年第５２卷Ｎｏ．４１２３基于线结构光的电弧增材制造熔积层三维测量１２１１１１１１李友浩，张海鸥，张弓，韩彰秀，王卫军，侯至丞，徐征，蔡君义１广州中国科学院先进技术研究所机器人与智能装备中心；２华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室摘要：针对电弧增材制造过程中熔积层形貌信息的实时检测问题，开发了基于线结构光的熔积层形貌三维测量系统。建立了测量系统的数学模型，利用ＭＡＴＬＡＢ标定工具箱并采用锯齿靶标法，得到测量系统的内外参数；将自适应阈值法与灰度重心法相结合，优化激光线条纹中心提取算法；通过数控机床的运动实现对熔积层形貌的三维测量。试验结果表明，熔积层形

2、貌三维测量系统高度方向测量误差小于量程的０．４％，配套的三维测量软件能实时将熔积层形貌信息反馈给路径规划软件，为堆铣复合成形提供有效的数据支持。关键词：电弧增材制造；三维测量；线结构光；熔积层形貌中图分类号：ＴＧ２４；ＴＨ１６２文献标志码：Ａ３ＤＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＬａｙｅｒｏｆＡｒｃｂａｓｅｄＡｄｄｉｔｉｖｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＬｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＬｉｇｈｔＬｉＹｏｕｈａｏ，ＺｈａｎｇＨａｉｏｕ，ＺｈａｎｇＧｏｎｇ，ＨａｎＺｈａｎｇｘｉｕ，ＷａｎｇＷｅｉｊｕｎ，ＨｏｕＺｈｉｃｈｅｎｇ，ＸｕｎＺｈｅｎｇ，Ｃ

3、ａｉＪｕｎｙｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａ３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｎｔｉｍｅ．ＴｈｅＣＭＯＳ’ｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃａｌｉｂｒａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｏｏｌｂｏｘｉｎＭＡＴＬＡＢ．Ａｗｅｌｌｄｅｓｉｇｎｅｄｊａｇｇｅｄｐａｒｔｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｉｂｒａｔｅｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘａｎｄｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ．Ｔｈｅｇｒａｙｇｒａｖｉｔｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｗｉｔｈａｄａｐｔｉｖ

4、ｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｗｈｏｌｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈａｐｉｎｇｐａｒｔｉｓｓｃａｎｎｅｄｂｙｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｃｏｌｌｅｃｔ３Ｄｓｉｚｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅ３ＤｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｉｎＺｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．４％ｏｆｔｈｅｒａｎｇｅ．Ａｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｆｅｅｄｂａｃｋｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈａｐｉｎｇｐａｒｔ

5、′ｓ３Ｄｓｉｚｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｏｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｍｉｌｌｉｎｇｃｏｄｅａｎｄａｄｊｕｓｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐａｔｈｏｆｎｅｘｔｌａｙｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｃｂａｓｅｄａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ；ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｌａｙｅｒ效率和丝材利用率高，对金属材质不敏感，制造成本!引言低。但制造过程复杂，高温液态金属堆积所得的焊电弧增材制造技术的设计周期短、柔性化程度道形貌难以预测，如不能实时得到熔积层形貌信息，和材料利

6、用率高，能制造大型复杂形状零件，且沉积熔积层的单道堆积、多道搭接乃至多层堆积的质量均会变得难以控制，最终影响成形金属零部件的堆基金项目：广东省引进创新创业团队专项（２０１４ＺＴ０５Ｇ１３２）；广东省积尺寸精度和冶金结合强度。重大专项（２０１４Ｂ０１０１３２００１，２０１５Ｂ０１０９１９００２）；广州市南沙区技术开发项目（２０１５ＫＦ０３１）国内外学者对于增材制造过程中的形貌检测多收稿日期：２０１７年５月［５］史国权，纪璐，石广丰，等．机械刻划纯铝侧向隆起规律２００５．试验［Ｊ］．塑性工程学报，２０１５（５）：１４１－１４５．第一作者：李海超，硕士研究生，长春理工大

7、学机电工程［６］ＺｈａｎｇＢ，ＷａｎｇＱ，ＳｈｅｎＮ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ学院，１３００１２长春市ａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｕｌｉｎｇｆｏｒａｎａｌｕｍｉｎｕｍＦｉｒｓｔＡｕｔｈｏｒ：ＬｉＨａｉｃｈａｏ，Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｏａｔｅｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｅｎｃ

8、ｅａｎｄＥ