【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光熔覆，具体地说是一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置。
技术介绍
1、激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，能够沉积功能梯度材料，具有冶金结合性优、凝固速率高、稀释率低等优点，在航空、汽车、模具等领域应用广泛，常用于高价值零件的表面修复。
2、在同轴式送粉激光熔覆工艺中，为保证激光能量输入量与粉末利用率，通常需保证激光束与粉末流实现同轴耦合加工。但在实际生产在过程中，由于装配误差和机械振动的存在，激光熔覆头在长时间服役后光路与粉路会出现耦合偏离，即激光光束偏离粉末流，使得熔覆质量大大下降。同时不同加工需求下激光束与粉末束在竖直方向上的耦合情况也不同，为满足上述要求需要根据实际需求手动调整激光束与粉末束在竖直和水平方向上的相对位置，而手动调整熔覆头喷嘴与激光光斑的相对位置依赖人工经验且准确性往往难以保证。
3、因此，需要根据光粉耦合的特点，专利技术一种可以实现自动化光粉耦合状态调整的控制方法和系统，解决手动调整光粉耦合度依赖人工经验和准确性低的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，替代传统的人工调节，通过同轴视觉监测与图像处理的方法获取当前光粉耦合情况，并利用反馈控制系统进行光路与粉路相对位置自动调整，以保证激光熔覆良好的光粉耦合情况，实现高精度、高效率激光熔覆加工，解决了现有技术中的问题。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于视觉传
3、本专利技术的积极效果在于：本专利技术所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，利用同轴工业相机实时拍摄包含喷嘴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：包括有下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤S01中，所述监测系统是CMOS相机，安装在包含完整传输光路的激光熔覆头上，能实现激光熔覆的原位监测。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤S03中，基于改进的圆心提取算法，计算得到两圆的圆心坐标(x1，y1)，(x2，y2)，所述改进的圆心提取算法的具体操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤S302中，对激光校准光斑区域提取图P2的图像增强方法如下：通过高斯模糊减少圆形区域噪声，Laplacian算子进一步突出圆形边缘，最后通过UnsharpMasking锐化增强方法将高斯模糊后的图像与Laplacian算子边缘增强后的图像进行加权相加，增强边缘的对比度，获得增强后的激光校准光斑区域提取图P3，其中高斯模糊是一种平滑滤波器，通过对
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤S04中采用适用于同轴工业相机作为监测系统的尺寸标定方法，将刻度尺放置于激光熔覆头下，使同轴相机能拍摄到刻度尺有量程的部分，保证喷嘴至直尺的间距为实际加工时的数值，并使用软件在横纵方向测定刻度尺对应的像素个数，取平均值计算得单位实际长度对应像素个数k，即比例系数k像素/mm，获得两圆心坐标的实际差值
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤S05中，所述熔覆头具有三自由度调节功能且配有微伺服电机，能接收控制信号，并实现激光束与粉末流耦合情况的实时自动调节。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：所述熔覆头包括有喷嘴(1)，喷嘴(1)上端设置垂直位置调节模块(2)和水平位置调节模块(3)，水平位置调节模块(3)上端设置有激光调整腔(5)，激光调整腔(5)的一侧安装CMOS工业相机(6)，激光调整腔(5)上端设置激光器，激光器发出的激光束能依次经由激光调整腔(5)、水平位置调节模块(3)、垂直位置调节模块(2)并从喷嘴(1)穿出，粉末流能从喷嘴(1)内穿出，所述垂直位置调节模块(2)能调节粉末流与激光束在z轴方向上的耦合情况，水平位置调节模块(3)能调节粉末流与激光束在x，y轴方向上的相对位置，熔覆头通过控制线路还连接有计算机(7)和驱动器(8)，所述计算机(7)通过控制线路与CMOS工业相机(6)相连接，能实时读取熔覆头的喷嘴内圆图像和激光器的激光红外校准光斑的图像，并搭载改进的圆心提取算法与PID决策程序，能进行圆心的读取以及控制信号的输出，所述驱动器(8)通过控制线路分别与计算机(7)、垂直位置调节模块(2)、水平位置调节模块(3)相连接，驱动器(8)能接收并转换计算机(7)输出的信号，输出相应的电流和电压，驱动垂直位置调节模块(2)、水平位置调节模块(3)进行位置调整。
8.根据权利要求7所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：所述垂直位置调节模块(2)包括有相互配合的第一套筒(24)和第二套筒(27)，第二套筒(27)位于第一套筒(24)的外周，第一套筒(24)的底部与喷嘴(1)相连接，第二套筒(27)的上部与水平位置调节模块(3)相连接，在第一套筒(24)的外侧设有轴向布置的齿条(25)和导轨(26)，齿条(25)和导轨(26)的下端均设有限位块，第二套筒(27)位于限位块上侧，在第二套筒(27)的内侧设有与齿条(25)相啮合的齿轮(21)、与导轨(26)相配合的导轨槽(23)，在第二套筒(27)上还安装有第一微伺服电机(22)，第一微伺服电机(22)的输出轴与齿轮(21)的转轴相连接，第一微伺服电机(22)启动能带动第一套筒(24)及底部的喷嘴(1)相对第二套筒(27)在z轴方向上升降。
9.根据权利要求7所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：所述水平位置调节模块(3)包括有相互连接的锥形套筒(31)、第一平台(32)和第二平台(35)，第一平台(32)和第二平台(35)中部均设有...
【技术特征摘要】
1.一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：包括有下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤s01中，所述监测系统是cmos相机，安装在包含完整传输光路的激光熔覆头上，能实现激光熔覆的原位监测。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤s03中，基于改进的圆心提取算法，计算得到两圆的圆心坐标(x1，y1)，(x2，y2)，所述改进的圆心提取算法的具体操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤s302中，对激光校准光斑区域提取图p2的图像增强方法如下：通过高斯模糊减少圆形区域噪声，laplacian算子进一步突出圆形边缘，最后通过unsharpmasking锐化增强方法将高斯模糊后的图像与laplacian算子边缘增强后的图像进行加权相加，增强边缘的对比度，获得增强后的激光校准光斑区域提取图p3，其中高斯模糊是一种平滑滤波器，通过对图像进行卷积操作来减小噪声和细节；laplacian算子是一个二阶导数滤波器，通过计算像素值变化的二阶导数检测边缘；unsharp masking是一种图像增强技术，它通过将原图与高频成分即边缘部分进行加权相加，获得更精确的边缘图像。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤s04中采用适用于同轴工业相机作为监测系统的尺寸标定方法，将刻度尺放置于激光熔覆头下，使同轴相机能拍摄到刻度尺有量程的部分，保证喷嘴至直尺的间距为实际加工时的数值，并使用软件在横纵方向测定刻度尺对应的像素个数，取平均值计算得单位实际长度对应像素个数k，即比例系数k像素/mm，获得两圆心坐标的实际差值
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：在步骤s05中，所述熔覆头具有三自由度调节功能且配有微伺服电机，能接收控制信号，并实现激光束与粉末流耦合情况的实时自动调节。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的激光熔覆光粉耦合状态控制方法与装置，其特征在于：所述熔覆头包括有喷嘴(1)，喷嘴(1)上端设置垂直位置调节模块(2)和水平位置调节模块(3)，水平位置调节模块(3)上端设置有激光调整腔(5)，激光调整腔(5)的一侧安装cmos工业相机(6)，激光调整腔(5)上端设置激光器，激光器发出的激光束能依次经由激光调整腔(5)、水平位置调节模块(3)、垂直位置调节模块(2)并从喷嘴(1)穿出，粉末流能从喷嘴(1)内穿出，所述垂直位置调节模块(2)能调节粉末流与激光束在z轴方向上的耦合情况，水平位置调节模块(3)能调节粉末流与激光束在x，y轴方向上的相对位置，熔覆头通过控制线路还连接有计算机(7)和驱动器(8)，所述计算机(7)通过控制线路与cmos工业相机(...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，李方义，杨公标，李秀东，李燕乐，李东升，王志奎，杨伦磊，周祥，舒计城，段其广，
申请(专利权)人：中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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