[发明专利]一种机器人填丝激光熔覆缺陷快速定位修复方法与系统

说明书

本发明一种机器人填丝激光熔覆缺陷快速定位修复方法及系统，属于机器人填丝激光熔覆技术领域；解决了现有机器人激光熔覆复杂构件中装卡效率低、缺陷定位及匹配精度差、机器人行走路径规划困难等问题；本发明的结构光视觉装置固定于机器人手臂端部，并与工业计算机相连进行通讯，用于采集构件表面结构光投射图像信息，传输给工业计算机；工业计算机对图像信息进行实时处理获得缺陷位置信息，通过坐标转换得到机器人空间坐标，进而规划熔覆路径并生成运动G码；运动G码传送给机器人控制器，控制固定在机器人末端的激光熔覆头和填丝头移动，并实时控制送丝、气体保护、冷却水、激光使能，实现构件表面缺陷的自动修复。

技术领域

本发明一种机器人填丝激光熔覆缺陷快速定位修复方法与系统，属于机器人填丝激光熔 覆技术领域。

背景技术

激光熔覆技术是以高能激光为热源，使熔覆层与基材冶金结合，显著改善基体性能的一 种表面改性方式。目前，激光熔覆修复技术已经应用到航空航天、汽车工业、工程机械、模 具制造等方面。

激光熔覆和机器人结合可以实现高效、灵活地激光熔覆修复。但在实际工业生产中，机 器人激光熔覆复杂构件时，由于复杂构件空间坐标获取困难，给熔覆路径规划和编程带来不 便，存在装卡效率低、缺陷定位及匹配精度差、机器人行走路径规划困难等问题，严重影响 了机器人激光熔覆的产业应用。目前，机器人激光熔覆修复构件缺陷时，主要采用人工示教 编程方式，对构件缺陷每一层进行特征点空间定位和规划修复路径，极大影响激光熔覆效率 和构件质量。因此，迫切需要一种机器人填丝激光熔覆缺陷快速定位修复方法与装置。

目前，申请号为201910570649.X的专利公开了一种用于激光熔覆的实时监测方法和装 置，其特征在于通过熔覆层表面的线结构光图像，提取熔覆层表面三维轮廓数据，计算基底 位置、熔覆层厚度及线激光相对于基底表面的距离和激光入射角度。此装置和方法主要用于 熔覆层表面三维形貌的检测，无法给出机器人的空间坐标信息和实现快速定位修复，同时对 于激光填丝熔覆方式，其路径规划方法也无法适用。申请号为201711448233.8的专利公开 了一种激光金属熔覆快速成型过程中的缺陷检测装置及检测和修复方法，采用红外单色温度 计检测熔覆过程中温度峰值的变化曲线，来确定缺陷类型和位置，进行实时检测和修复。该 方法无法快速精准找出缺陷的空间位置。从现有的激光熔覆缺陷检测方法和装置来看，在激 光熔覆缺陷的精准定位、机器人路径自动规划、快速修复等方面存在较大不足。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种机器人填丝 激光熔覆缺陷快速定位修复方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种机器人填丝激光熔覆缺陷快速 定位修复系统，包括机器人、结构光视觉装置、工业计算机，所述机器人手臂末端法兰盘上 固定有激光熔覆头，所述激光熔覆头上同轴设置有结构光视觉装置，所述激光熔覆头的一侧 设置有填丝头，用于侧向填丝进入熔池，其中填丝头与激光熔覆头呈一定角度固定，所述激 光熔覆头、填丝头设置在构件上方，所述构件放置在工作台上；

所述结构光视觉装置用于获取构件表面的结构光投射信息，通过数据线传输至工业计算 机，工业计算机先通过数字图像处理算法获得缺陷位置信息，再通过坐标转换方法计算出缺 陷的机器人空间坐标，进而规划熔覆路径并生成机器人运动控制程序，并将运动控制程序传 输给机器人控制器，控制高功率激光发生器、填丝头、冷却水箱和保护气瓶的开关状态，实 时控制送丝、气体保护、冷却水、激光使能，在工作台上实现构件表面缺陷的自动修复。

所述结构光视觉装置包括密封在结构光视觉装置盒内的工业相机、线激光功率调节器和 线激光发射器，其中工业相机与线激光发射器呈一定夹角设置。

所述数字图像处理算法包括图像去噪、图像形态学处理、骨架化处理；所述图像去噪采 用平滑滤波方法，所述图像形态学处理采用开运算或闭运算，所述骨架化处理采用对投影到 构件表面的线激光图像进行细化，提取出中心线像素坐标；