CN102424971A - 一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光快速修复技术领域,特别是涉及一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法和设备,其特征是:包括工控计算机、机器人控制柜、光纤激光器、送粉器、机器人本体、相机和激光测距传感器、激光光路单元、同轴送粉喷嘴、工作台、氩气瓶,其中,工控计算机与相机和激光测距传感器通过电缆线连接,工控计算机通过以太网线与机器人控制柜连接,机器人控制柜通过电缆线与机器人本体连接,机器人控制柜通过I/O端口与光纤激光器的I/O端口连接,机器人控制柜通过电缆线与送粉器连接,光纤激光器通过传导光纤与激光光路单元连接。它种效率高、可靠性好、修复件质量稳定。

Description

一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法和设备
技术领域
[0001] 本发明属于激光快速修复技术领域,特别是涉及一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法和设备。
背景技术
[0002] 铝及铝合金具有强度高、耐腐蚀性好等优点,是航天、航空和石油化工等工业领域广泛使用的材料。作为铝合金材料的一种应用,铝合金叶片在加工和使用过程中可能出现各种损伤,如点缺陷、线缺陷、块缺陷,一般点、线缺陷主要集中在叶片表面,而叶片顶端面容易出现气蚀导致的掉块缺陷。如果直接报废上述带有缺陷的叶片零件将会造成很大的浪费,为此专家们提出了对缺陷叶片修复的各种方法,如激光熔覆、真空钎焊、真空涂层法、钨极惰性气体保护焊(TIG)和等离子体熔覆修复等方法。其中,激光熔覆修复技术具有热输入量少、热影响区小、熔覆层组织细小、易于实现自动化等优点,因此使用激光熔覆的方法来修复叶片等零部件比其它的方法具有更大的优势。
[0003] 激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷,是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法,在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位,然后采用激光束辐照扫描熔化,熔覆材料以粉、丝、板的形式加入,其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中,使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入,有的也采用线材或板材进行同步送料。激光熔覆成套设备一般由激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台与数控系统等部分组成。
[0004] 激光熔覆在燃气轮机热端部件修复上的运用应首推GE公司,该公司在1990年采用5kw C02激光加工热层堆焊接长修复了高压涡轮叶片的叶尖,并称为该公司十大新技术之一。后来美国的Liburdi Engineering Limited也在JT8D发动机转子叶片的叶尖与叶冠修复上,研究发展了一套高自动化的激光熔敷系统。德国马达和燃气轮机联合公司(MTU) 维修公司与汉诺威激光研究中心,发展了激光熔覆堆焊技术用于涡轮叶片冠部阻力面的硬面敷层或恢复几何尺寸。美国ffestinghouse公司用该技术修复长1. an的蒸汽机叶片前端的水蚀。Whitney公司用6kW激光器,在镍基合金汽轮机叶片上成功熔覆钴基合
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[0005] 目前对叶片缺陷的修复过程是首先通过夹具将待修复叶片固定在工作台上,然后通过人工操作数控系统对待修复区域进行试教,然后确定修复运动轨迹和修复工艺参数, 并编制程序,最后进行叶片的实际修复,该过程主要靠操作人员来判断试教位置,针对相同类型的缺陷(例如点缺陷、线缺陷等),每次都必须重复,效率低、可靠性低、修复件的质量稳定性差是存在的主要问题。
[0006] 目前由人工试教进行激光修复叶片缺陷是普遍采用的做法,使用该方法修复叶片的质量主要由操作人员的水平和经验等因素决定,对于单件小批量叶片的修复任务,该方法勉强能够胜任;而对于大批量,尤其是大批量同类型叶片缺陷的修复任务而言,这种方法存在的问题就比较突出,主要是修复效率低下,修复质量稳定性差,整体修复的可靠性不高,受人为因素影响较大,不利于大批量修复。而对于铝合金导向叶片来说,由于原材料以及现有加工工艺的问题,常常导致零件上存在点状和线状缺陷,根据实验发现对于点状以及长度不大于30mm的线状缺陷比较适合采用激光修复的方法进行解决,这类带有缺陷的叶片占到叶片生产总量的10%左右,具有较大的批量。
发明内容
[0007] 本发明针对大批量铝合金导向叶片点状、线状缺陷问题,提供一种效率高、可靠性好、修复件质量稳定的一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法和设备。
[0008] 本发明的目的是这样实现的,一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复设备,其特征是:至少包括:工控计算机、机器人控制柜、光纤激光器、送粉器、机器人本体、相机和激光测距传感器、激光光路单元、同轴送粉喷嘴、工作台、氩气瓶,其中,工控计算机与相机和激光测距传感器通过电缆线连接,相机拍摄的铝合金导向叶片缺陷图片和激光测距传感器测量得到的缺陷位置距离信息通过电缆线传输给工控计算机;工控计算机通过以太网线与机器人控制柜连接,工控计算机通过以太网线实现对机器人控制柜内部信息的获取和修改;机器人控制柜通过电缆线与机器人本体连接,实现对机器人本体的控制;机器人控制柜通过I/O端口与光纤激光器的I/O端口连接,实现机器人控制柜对光纤激光器开/关、激光能量大小等的控制;机器人控制柜通过电缆线与送粉器连接,机器人控制柜输出MV/0V 信号,从而控制送粉器开/关,机器人控制柜通过输出OV到IOV模拟信号控制送粉器电机转速,实现对送粉量大小的控制;光纤激光器通过传导光纤与激光光路单元连接,将光纤激光器产生的激光束传输给激光光路单元;送粉器与同轴送粉喷嘴通过管道连接,实现将送粉器中的金属粉末传输到同轴送粉喷嘴内;氩气瓶通过输气管与送粉器连接,为送粉器提供稳定压力的气源;氩气瓶通过输气管与同轴送粉喷嘴连接,实现对送粉喷嘴供气;相机和激光测距传感器与激光光路单元通过法兰盘连接在一起,实现相机、激光测距传感器和光路系统机械连接在一起;激光光路单元与同轴送粉喷嘴通过螺纹机械连接在一起,激光束通过激光光路系统后,将聚焦在某一位置,同轴送粉喷嘴输送出来的粉末刚好送入该焦点位置,实现粉末和激光焦点的同轴汇聚。
[0009] 激光光路单元与机器人本体机械连接在一起,激光光路系统通过法兰盘与机器人操作臂末端连接。
[0010] 一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复设备,其方法是:至少包括如下步骤: 第一步,通过采集激光测距传感器的检测结果,获取当前机器人操作臂末端与待检测
叶片表面的距离Dl ;
第二步,根据机器人当前工具坐标姿态[Rx,Ry, Rz],计算当距离从Dl调整到D0(D0为固定值,常量)时,机器人X,Y,Z三个方向上的偏移量ΔΧ,Δ Y, ΔΖ值的大小;
第三步:控制机器人带动视觉系统移动,使得视觉系统与被测叶片之间的距离达到指
定距离;
Figure CN102424971AD00051
其中,η表示初始位置工具默认法向量,N表示当前位置工具法向量,RotX, RotY, RotZ 分别是旋转算子;
Figure CN102424971AD00061
N为旋转后的工具坐标姿态,N=N(nx,ny, nz, 1)用其次坐标表示,其中nx,ny, nz分别为 N向量在基座坐标系中各个坐标轴上的投影值;机器人沿着这个方向调整(Dl-DO)距离,则 ΔΧ,Δ Y, Δ Z值分另Ij为:
Figure CN102424971AD00062
第四步,使用CCD相机对缺陷进行拍照,获取缺陷位置信息,即缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度信息,并将拍摄的照片通过以太网线上传给工控计算机;
第五步,通过VisionPro视觉处理软件的Blob斑点定位工具,对第一缺陷的位置、长度、宽度信息进行识别,获取该视场内所有缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度等信息;
第六步,根据缺陷的长度、宽度信息,确定缺陷的矩形区域,然后,根据激光修复工艺参数,如扫描间距、搭接率等参数,使用填充软件对该区域进行扫描路径填充,得到修复该缺陷的激光扫描路径;
第七步,生成机器人加工文件并进行修复作业,根据机器人当前的Z坐标和姿态信息 [Rx, Ry, Rz],确定待修复缺陷上扫描线的六自由度坐标值,通过这些控制点信息生成机器人运动的加工文件,然后与机器人通信,将上述加工文件传递给机器人控制柜; 第八步,启动运行该文件,就完成一个缺陷的修复作业;
第九步,遍历修复该视场范围内的下一个缺陷,重复第六步到第八步,对第五步识别的第二缺陷进行操作,完成该视场范围内所有缺陷的修复工作。
[0011] 所述第五步中,Blob斑点定位工具会识别出该视场范围内的所有缺陷,首先通过设定面积阈值或长度阈值,对上述识别的缺陷进行有效性检测,过滤掉伪缺陷,然后再次人工确认剩余的缺陷是否为有效缺陷。
[0012] 本发明的优点是:采用视觉引导的铝合金导向叶片的激光快速修复方法,克服了传统人工试教方法的诸多弊端。使用人工试教的方法,修复一个点缺陷,其中人工试教机器人对刀就需要3飞分钟,而采用视觉引导的智能化激光修复过程,一个缺陷的对刀过程仅需要十几秒,平均一个叶片上面有6、处缺陷,则采用视觉引导的修复方法修复整个叶片的时间比人工试教方法修复一个缺陷的时间还要短,大大提高了铝合金导向叶片的激光修复效率。采用人工试教的方法,修复铝合金导向叶片的一次成功率为92. 3%,通过采用视觉引导的自动化修复,一次修复成功率可以达到99. 6%,修复质量稳定性高,基本不需要进行二次修复工作,大大节省了修复时间,提高了生产效率,节约了机时和成本。
附图说明
[0013] 下面结合实施例附图对本发明作进一步说明: 图1基于视觉引导的激光快速修复设备构成图; 图2缺陷及识别的信息;
图3缺陷及生成的激光扫描线; 图4是待修复铝合金叶片及缺陷照片; 图5使用Blob工具识别的缺陷及信息; 图6正在修复铝合金叶片及缺陷照片; 图7修复完成的铝合金叶片照片。
[0014] 图中,1.工控计算机;2.机器人控制柜;3.光纤激光器;4.送粉器;5.机器人本体;6.相机和激光测距传感器;7.激光光路单元;8.同轴送粉喷嘴;9.工作台;10.氩气瓶;U.指示的是实际的缺陷边界;12.指示的是矩形包围盒的轮廓线;13.指示的是生成的填充扫描线。
具体实施方式
[0015] 如图1所示,一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法和设备,工控计算机 1、机器人控制柜2、光纤激光器3、送粉器4、机器人本体5、相机和激光测距传感器6、激光光路单元7、同轴送粉喷嘴8、工作台9、氩气瓶10,其中,工控计算机1与相机和激光测距传感器6通过电缆线连接,相机拍摄的铝合金导向叶片缺陷图片将通过该电缆线传输给工控计算机1,激光测距传感器测量得到的缺陷位置距离信息通过电缆线传输给工控计算机1 ;工控计算机1通过以太网线与机器人控制柜2连接,工控计算机1通过以太网线可以实现对机器人控制柜2内部信息的获取和修改;机器人控制柜2通过电缆线与机器人本体5连接, 实现对机器人本体的控制;机器人控制柜2通过I/O端口(即机器人通用输出OUTPUT端口) 与光纤激光器3的I/O端口(即光纤激光器外部控制输入端口 INPUT端口)连接,实现机器人控制柜2对光纤激光器3开/关、激光能量大小等的控制;机器人控制柜2通过电缆线与送粉器4连接,机器人控制柜2输出MV/0V信号,从而控制送粉器4开/关,机器人控制柜 2通过输出OV到IOV模拟信号控制送粉器4电机转速,实现对送粉量大小的控制;3光纤激光器3通过传导光纤与激光光路单元7连接,将光纤激光器产生的激光束传输给激光光路单元7 ;送粉器4与同轴送粉喷嘴8通过管道连接,实现将送粉器4中的金属粉末传输到同轴送粉喷嘴内;氩气瓶10通过输气管与送粉器4连接,为送粉器提供一定压力的稳定气源; 氩气瓶10通过输气管与同轴送粉喷嘴8连接,实现对送粉喷嘴供气;相机和激光测距传感器6与激光光路单元7通过法兰盘连接在一起,实现相机、激光测距传感器和光路系统机械连接在一起;激光光路单元7与同轴送粉喷嘴8通过螺纹机械连接在一起,激光束通过激光光路系统后,将聚焦在某一位置,同轴送粉喷嘴输送出来的粉末刚好送入该焦点位置,实现粉末和激光焦点的同轴汇聚。激光光路单元7与机器人本体5机械连接在一起,激光光路系统通过法兰盘与机器人操作臂末端连接在一起,由于相机和激光测距传感器、同轴送粉喷嘴和激光光路系统已经通过机械结构连接在一起,所述机器人操作臂将带着上述三个部件一起运动;为工作台9,等待修复的叶片零件将被装夹在工作台9上;氩气瓶10为送粉器和同轴送粉喷嘴提供稳定的气源。
[0016] 为实现对铝合金导向叶片的视觉自主化引导的激光快速修复,通过视觉系统对待修复叶片点状缺陷的位置(X,Y)和高度Z进行自动识别和提取。为此,本发明在机器人操作臂末端的同轴送粉与激光整形光路安装位置同步安装了 CXD相机和激光测距传感器,相机、激光测距传感器以及同轴送粉喷头的安装位置均相对固定,都安装在机器人操作臂法兰盘上,因此他们与机器人操作臂末端法兰盘的偏移量均为固定值。
[0017] 在进行铝合金叶片修复时,首先将叶片待修复面向上,暴露出缺陷位置,然后由操作人员将机器人移动到初始位置,初始位置只要保证缺陷出现在视觉系统的视场中即可。 然后开始自主化缺陷位置识别过程,该过程分为以下几个步骤:1)人工调整机器人姿态,使视觉系统对准叶片待修复区域;2)选择关节坐标系,通过调整机器人各个关节旋转运动,使视觉系统与待修复叶片表面基本垂直,3)将坐标系切换为直角坐标系,控制机器人带动视觉系统移动到合适距离,使视觉系统对准叶片待修复区域。
[0018] 使视觉系统与被测叶片之间移动到指定距离。由于视觉系统为定焦系统,即视觉系统与待检测叶片的距离为固定值(记为DO)时,视觉系统才能够拍摄到清晰的照片。为此, 第一步,通过采集激光测距传感器的检测结果,获取当前机器人操作臂末端与待检测叶片表面的距离Dl ;第二步,根据机器人当前工具坐标姿态[Rx,Ry, Rz],计算当距离从Dl调整到DO (DO为固定值,常量)时,机器人X,Y,Z三个方向上的偏移量ΔΧ,ΔΥ,Δ Z值的大小; 第三步:控制机器人带动视觉系统移动,使得视觉系统与被测叶片之间的距离达到指定距
[0019]
Figure CN102424971AD00081
其中,η表示初始位置工具默认法向量,N表示当前位置工具法向量,RotX, RotY, RotZ 分别是旋转算子。
Figure CN102424971AD00082
Figure CN102424971AD00091
[0020] N为旋转后的工具坐标姿态,N=N(nx,ny, nz, 1)用其次坐标表示,其中nx,ny, nz分别为N向量在基座坐标系中各个坐标轴上的投影值。机器人沿着这个方向调整(Dl-DO)距离,则ΔΧ,ΔΥ,Δ Z值分别为:
Figure CN102424971AD00092
第四步:获取缺陷位置信息,即缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度信息。首先,使用CCD 相机对缺陷进行拍照,并将拍摄的照片通过以太网线上传给工控计算机。第五步,通过 VisionPro视觉处理软件的Blob斑点定位工具,对第一缺陷的位置、长度、宽度信息进行识别,获取该视场内所有缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度等信息,如图2所示,其中虚线表示缺陷,O指示的是缺陷中心的位置坐标(X,Y),H指示的是缺陷的宽度,W指示的是缺陷的长度。
[0021] 在上一步过程中,Blob斑点定位工具会识别出该视场范围内的所有缺陷,一般来说不是所有缺陷都需要修复,所以,首先通过设定面积阈值或长度阈值,对上述识别的缺陷进行有效性检测,过滤掉伪缺陷,然后再次人工确认剩余的缺陷是否为有效缺陷,如果人工判断出来某些缺陷不是有效缺陷,可以手动删除,则剩余的缺陷就为有效的待修复缺陷。
[0022] 第六步,根据缺陷的长度、宽度信息,确定缺陷的矩形区域,然后,根据激光修复工艺参数,如扫描间距、搭接率等参数,使用填充软件对该区域进行扫描路径填充,得到修复该缺陷的激光扫描路径。如图3所示,其中11指示的是实际的缺陷边界,12指示的是矩形包围盒的轮廓线,13指示的是生成的填充扫描线。
[0023] 第七步,生成机器人加工文件并进行修复作业。上一步中生成的激光扫描线,只是 X、Y方向的坐标,再根据机器人当前的Z坐标和姿态信息[Rx,Ry, Rz],可以确定待修复缺陷上扫描线的六自由度坐标值,通过这些控制点信息即可以生成机器人运动的加工文件, 然后与机器人通信,将上述加工文件传递给机器人控制柜。启动运行该文件,就完成了一个缺陷的修复作业。
[0024] 遍历修复该视场范围内的下一个缺陷,重复第六步到第七步,对第五步识别的第二缺陷进行操作,完成该视场范围内所有缺陷的修复工作。[0025] 下面描述一个缺陷的识别和激光修复过程。
[0026] 人工调整机器人姿态,使视觉系统对准叶片待修复区域。首先将LD2铝合金待修复缺陷表面向上固定夹持在工作台上,然后通过调整机器人各个关节坐标,使激光修复喷嘴方向对准待修复LD2铝合金叶片缺陷表面,此时机器人[Rx,Ry,Rz]值分别为: [180,90,0],即激光修复喷嘴垂直向下指向待修复叶片。机器人当前位置[X,Y,Z]值分别为:[945,0,800] ο
[0027] 使视觉系统与被测叶片之间的距离移动到指定距离。由于该视觉系统采用的焦距为定焦50mm,所以从镜头到被测物体的距离应该为50mm,而镜头安装位置与机器人操作臂法兰盘中心的Z向偏移量150mm,所以机器人操作臂末端距离被测铝合金导向叶片缺陷表面的距离应该为200mm。由于激光测距传感器与视觉系统相机平行安装,所以Z轴方向的高度相同,通过检测激光测距传感器的当前值为165mm,通过使用公式1和公式2中的公式计笪弁。
[0028] 已知n=[-l,0,0,0]为机器人操作臂末端安装的激光喷头的初始方向,沿着X轴负向,[Rx,Ry,Rz]值为:[180,90,0]。通过公式1的旋转变换后,得到工具法向量N = W,0,_1,0],即激光修复喷嘴法向量指向Z轴负方向。通过公式2求出ΔΧ,ΔY, ΔΖ值分别为:0 mm,0mm,-115mm。修改机器人控制柜中的PO位置变量的值[x,y,z,Rx,Ry,Rz] = [ 945,0,685,180,90,0],并触发控制机器人运动到该位置。此时可以保证CXD视觉系统能够拍摄到清晰的缺陷图片。
[0029] 获取缺陷位置信息。
[0030] 使用CXD相机对缺陷进行拍照,并将拍摄的照片通过以太网线上传给工控计算机,获取的LD2叶片缺陷照片如图4所示。然后,通过采用VisionPro视觉处理软件的Blob 斑点定位工具,对缺陷的位置、长度、宽度信息进行识别,获取该视场内所有缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度等信息,如图5所示。其中A点的识别信息为:周长=62. 8像素距离,面积=202 像素距离,质心XY= (-146,-1.43)像素距离;B点的识别信息为:周长=34. 4像素距离,面积=45.2像素距离,质心XY=(371,3. 15)像素距离。标定的相机Imm = 15个像素距离。假设长方形缺陷的两个边长分别为I b,再根据面积和周长联立求解,得到A、B缺陷信息:
A 缺陷:长 1. 491mm,宽 0. 602mm,质心坐标(-9. 733,-0. 095) mm ;
B 缺陷:长 0. 931mm,宽 0. 216mm,质心坐标(24. 733,0. 210) mm ;
其中坐标原点为机器人当前坐标(X,Y),所以A、B缺陷的位置信息就完全确定了。
[0031] 判断缺陷的有效性。
[0032] 在上一步过程中,Blob斑点工具会识别出该视场范围内的所有缺陷,如图5中所示。通过设定面积阈值20,可以屏蔽掉面积小于20的缺陷,图5中识别出来的缺陷面积都大于20。然后进行人工确认,例如图5中B缺陷,尽管软件自动识别出该缺陷,但是通过人工判断,该缺陷为伪缺陷,所以人工删除该缺陷。最终剩余的缺陷都为有效缺陷。
[0033] 进行缺陷激光修复扫描路径规划。
[0034] 如图5中缺陷A,首先,根据缺陷的长度、宽度信息,确定缺陷的矩形区域。然后,根据激光修复工艺参数,本实例修复的铝合金导向叶片,采用的是300W YAG脉冲激光器,选择的激光单点能量100J,脉冲频率18HZ,扫描速度6mm/s,送粉量3g/min,修复过程中采用局部惰性气体保护,防止修复区氧化,单道修复区宽度1mm,搭接率50%。所CN 于缺陷的宽度为0. 602mm,所以单道修复就可以了,修复扫描线起点 (-9. 733+1. 491/2,-0. 095) mm,终点(-9. 733-1. 491/2,-0. 095) mm。
[0035] 生成机器人加工文件并进行修复作业。
[0036] 机器人当前姿态[Rx,Ry, Rz]值为:[180,90,0] ;Z高度信息为685_。再根据第 5步计算出来的激光修复的起点和终点坐标,从而生成机器人激光修复的最终起点、终点位姿[χ, y, z, Rx, Ry, Rz]。
[0037]起点 PO = [934. 522,-0. 095,685,180,90,0]; 终点 Pl = [936. 013,-0. 095,685,180,90,0];
将上述起点、终点坐标通过通信接口传送给机器人控制柜,然后启动Line直线修复作业文件,完成LD2铝合金导向叶片一个缺陷的修复动作。
[0038] 铝合金导向叶片的现场修复照片如图6所示。修复成功的铝合金导向叶片的强度、韧性等力学指标均达到设计要求,目前已经修复上百件,修复质量稳定,修复效率高。缺陷修复完成的照片如图7所示。

Claims (4)

1. 一种子铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复设备,其特征是:至少包括:工控计算机(1)、机器人控制柜(2)、光纤激光器(3)、送粉器(4)、机器人本体(5)、相机和激光测距传感器(6)、激光光路单元(7)、同轴送粉喷嘴(8)、工作台(9)、氩气瓶(10),其中,工控计算机 (1)与相机和激光测距传感器(6)通过电缆线连接,相机拍摄的铝合金导向叶片缺陷图片和激光测距传感器测量得到的缺陷位置距离信息通过电缆线传输给工控计算机(1);工控计算机(1)通过以太网线与机器人控制柜(2 )连接,工控计算机(1)通过以太网线实现对机器人控制柜(2)内部信息的获取和修改;机器人控制柜(2)通过电缆线与机器人本体(5)连接,实现对机器人本体的控制;机器人控制柜(2 )通过I/O端口与光纤激光器(3 )的I/O端口连接,实现机器人控制柜(2)对光纤激光器(3)开/关、激光能量大小等的控制;机器人控制柜(2 )通过电缆线与送粉器(4 )连接,机器人控制柜(2 )输出MV/0V信号,从而控制送粉器(4)开/关,机器人控制柜(2)通过输出OV到IOV模拟信号控制送粉器(4)电机转速, 实现对送粉量大小的控制;光纤激光器(3)通过传导光纤与激光光路单元(7)连接,将光纤激光器产生的激光束传输给激光光路单元(7);送粉器(4)与同轴送粉喷嘴(8)通过管道连接,实现将送粉器(4)中的金属粉末传输到同轴送粉喷嘴内;氩气瓶(10)通过输气管与送粉器(4)连接,为送粉器提供稳定压力的气源;氩气瓶(10)通过输气管与同轴送粉喷嘴(8) 连接,实现对送粉喷嘴供气;相机和激光测距传感器(6 )与激光光路单元(7 )通过法兰盘连接在一起,实现相机、激光测距传感器和光路系统机械连接在一起;激光光路单元(7)与同轴送粉喷嘴(8)通过螺纹机械连接在一起,激光束通过激光光路系统后,将聚焦在某一位置,同轴送粉喷嘴输送出来的粉末刚好送入该焦点位置,实现粉末和激光焦点的同轴汇聚。
2.根据权利要求1所述的一种子铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复设备,其特征是:激光光路单元(7)与机器人本体(5)机械连接在一起,激光光路系统通过法兰盘与机器人操作臂末端连接。
3. 一种子铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法,其方法是:至少包括如下步骤:第一步,通过采集激光测距传感器的检测结果,获取当前机器人操作臂末端与待检测叶片表面的距离Dl ;第二步,根据机器人当前工具坐标姿态[Rx,Ry, Rz],计算当距离从Dl调整到D0(D0为固定值,常量)时,机器人X,Y,Z三个方向上的偏移量ΔΧ,ΔY, ΔΖ值的大小;第三步:控制机器人带动视觉系统移动,使得视觉系统与被测叶片之间的距离达到指定距离;
Figure CN102424971AC00021
(公式 1)其中,η表示初始位置工具默认法向量,N表示当前位置工具法向量,RotX, RotY, RotZ 分别是旋转算子;
Figure CN102424971AC00022
N为旋转后的工具坐标姿态,N=N(nx,ny, nz, 1)用其次坐标表示,其中nx,ny, nz分别为 N向量在基座坐标系中各个坐标轴上的投影值;机器人沿着这个方向调整(Dl-DO)距离,则 ΔΧ,Δ Y, Δ Z值分另Ij为:ΔΧ = (Dl — DO) * nx/〜/nx2 . ιψ1 -r nz2 (公式 2—1)ΔΥ — (Ό1 — DO) * ny/^/nx2 4- ny2 -f nz2 (公式 2-2)ΔΖ = (D1 — DO) * nz/^ns1 4- ny2 + nz2 (公式 2-3)第四步,使用CCD相机对缺陷进行拍照,获取缺陷位置信息,即缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度信息,并将拍摄的照片通过以太网线上传给工控计算机;第五步,通过VisionPro视觉处理软件的Blob斑点定位工具,对第一缺陷的位置、长度、宽度信息进行识别,获取该视场内所有缺陷的(X,Y)坐标、长度、宽度等信息;第六步,根据缺陷的长度、宽度信息,确定缺陷的矩形区域,然后,根据激光修复工艺参数,如扫描间距、搭接率等参数,使用填充软件对该区域进行扫描路径填充,得到修复该缺陷的激光扫描路径;第七步,生成机器人加工文件并进行修复作业,根据机器人当前的Z坐标和姿态信息 [Rx, Ry, Rz],确定待修复缺陷上扫描线的六自由度坐标值,通过这些控制点信息生成机器人运动的加工文件,然后与机器人通信,将上述加工文件传递给机器人控制柜; 第八步,启动运行该文件,就完成一个缺陷的修复作业;第九步,遍历修复该视场范围内的下一个缺陷,重复第六步到第八步,对第五步识别的第二缺陷进行操作,完成该视场范围内所有缺陷的修复工作。
4.根据权利要求3所述的一种子铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复方法,其特征是:所述第五步中,Blob斑点定位工具会识别出该视场范围内的所有缺陷,首先通过设定面积阈值或长度阈值,对上述识别的缺陷进行有效性检测,过滤掉伪缺陷,然后再次人工确认剩余的缺陷是否为有效缺陷。
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