CN109029453A - 熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统。该方法包括：根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个离散坐标点，且在熔覆斑点与离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据，激光位移传感器固定在熔覆头上且激光位移传感器在被熔覆工件表面的激光点与熔覆斑点的相对位置关系固定；根据第一距离数据确定熔覆头的空间姿态信息，每个离散坐标点对应一个空间姿态信息；根据空间姿态信息生成熔覆头的自适应激光扫描路径。通过上述技术方案，可以实现熔覆头对大型非平整平面的熔覆，提高了熔覆质量。

Description

熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统

技术领域

本发明实施例涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统。

背景技术

激光送粉熔覆技术作为一种增材制造技术，已经被广泛应用于金属零部件的表面改性、修复和再制造等领域。激光送粉熔覆技术与工业机械臂结合，利用高功率激光熔化并沉积同步输送的金属粉末材料，可以在工件表面灵活地堆积出良好冶金结合的高性能涂层。

目前激光送粉熔覆主要在较为平整或者规则的工件表面上进行。在激光修复以及表面改性应用中，待加工的工件表面上往往存在着各种小角度弯曲的弧面或者平缓的凹槽。采用竖直的熔覆头在这些小角度弯曲的弧面或者平缓的凹槽上熔覆时，往往导致倾斜弧面上的熔覆层厚度不均匀、搭接不上，从而形成孔洞、裂纹等组织缺陷，影响工件的最终使用性能。为了解决上述技术问题，现有技术中，采用变位机等辅助工具转动软件，但变位机坐标系和机械臂坐标系联动存在响应不及时、姿态干涉等问题，实现起来难度很大；也有采用机械臂示教方式，但这种方式只适合于示教点较少的小规模的应用，对于大型非平整平面工作量会非常大，难以高效实现。

因此如何能够适应大型的非平整平面的熔覆，提高熔覆质量是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统，以实现对大型的非平整平面进行熔覆时熔覆路径的合理规划。

第一方面，本发明实施例提供了一种熔覆头姿态路径规划方法，包括：

根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；

控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据，所述激光位移传感器固定在熔覆头上且所述激光位移传感器在所述被熔覆工件表面的激光点与所述熔覆斑点的相对位置关系固定；

根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息，每个所述离散坐标点对应一个空间姿态信息；

根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

第二方面，本发明实施例提供了一种熔覆头姿态路径规划装置，包括：

离散坐标点确定模块，用于根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；

第一距离数据获取模块，用于控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据，所述激光位移传感器固定在熔覆头上且所述激光位移传感器在所述被熔覆工件表面的激光点与所述熔覆斑点的相对位置关系固定；

空间姿态信息确定模块，用于根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息，每个所述离散坐标点对应一个空间姿态信息；

生成模块，用于根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

第三方面，本发明实施例提供了一种终端，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的熔覆头姿态路径规划方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的熔覆头姿态路径规划方法。

第五方面，本发明实施例提供了一种熔覆头姿态路径规划系统，包括：

熔覆头、激光位移传感器、移动装置以及如第三方面所述的终端，所述激光位移传感器固定在所述熔覆头上，所述熔覆头固定在移动装置上，所述移动装置由所述终端控制移动。

本发明实施例提供了一种熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统，根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据；根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息；根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。通过采用上述技术方案，完成了熔覆路径的自适应规划，实现了对大型的非平整平面的熔覆，提高熔覆了质量。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种熔覆头姿态路径规划方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种熔覆头姿态路径规划方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种熔覆头姿态路径规划方法的流程图；

图4为本发明实施例四提供的一种熔覆头姿态路径规划装置的结构图；

图5为本发明实施例五提供的一种终端的结构示意图；

图6为本发明实施例七提供的一种熔覆头姿态路径规划的系统示意图；

图7为图6的局部放大图；

图8为图7的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种熔覆头姿态路径规划方法的流程图，本实施例可适用于在工件表面进行激光熔覆的情况。具体的，该熔覆头姿态路径规划方法可以由熔覆头姿态路径规划装置执行，该熔覆头姿态路径规划装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在终端中。进一步的，终端包括但不限定于：台式计算机、笔记本电脑以及平板电脑等智能终端。

具体的，终端集成在熔覆头姿态路径规划的系统中，该系统还包括激光位移传感器控制盒，熔覆头，激光位移传感器，工作台，机械臂和机械臂控制器。其中，工作台上放置有被熔覆工件，机械臂和机械臂控制器统称为移动装置。终端可以通过机械臂控制器控制机械臂移动，进而使机械臂带动熔覆头进行移动，以使熔覆头对被熔覆的工件进行熔覆。进一步的，终端可以通过激光位移传感器控制盒获取激光位移传感器采集的数据。实施例中，激光位移传感器固定在熔覆头上，以在熔覆头移动过程中，实时确定被熔覆工件的距离信息。

参考图1，该方法具体包括如下步骤：

S110、根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点。

示例性的，被熔覆的工件需要被熔覆的一面记为被熔覆工件表面，并面向熔覆头一侧。具体的，实施例中利用熔覆技术为被熔覆工件表面进行熔覆。其中，熔覆技术通常用于对工件表面进行改进，可选的，激光熔覆通过在工件表面添加一种熔覆材料，利用激光束将工件表面与熔覆材料熔化，形成一种涂层，实现对工件表面的改进或修复。

具体的，在准备熔覆前，先确定激光扫描路径。其中，激光扫描路径是终端根据被熔覆工件表面确定的、控制激光位移传感器进行扫描的路径。具体的，激光扫描路径的具体确定方式可以根据实际情况设定，其可以包含一条路径也可以包含多条路径。例如，设定各行之间的宽度，并以逐行扫描的方式确定被熔覆工件表面的激光扫描路径。

进一步的，离散坐标点是指激光扫描路径上的坐标点。离散坐标点是根据激光扫描路径得到的。离散坐标点用于帮助熔覆头确定被熔覆工件表面上待熔覆的点。其中，离散坐标点的具体确定方式实施例不作限定。例如，设定离散距离，根据离散距离在激光扫描路径上确定各离散坐标点。其中，离散坐标点所属的坐标系可以根据实际情况设定。例如，将被熔覆工件放置在工作台后，根据被熔覆工件表面的宽度和长度设定坐标系，或者是，根据熔覆头的移动范围确定坐标系。

S120、控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据。

其中，所述激光位移传感器固定在熔覆头上且所述激光位移传感器在所述被熔覆工件表面的激光点与所述熔覆斑点的相对位置关系固定。具体的，设定激光位移传感器所在平面始终与熔覆头的主轴垂直，且激光点在熔覆斑点周边，以便于终端通过激光位移传感器获取所需的距离数据。

进一步的，为了保证系统稳定性，以及准确的确定激光位移传感器所在的平面，实施例中设定所述激光位移传感器为至少三个，且至少三个所述激光位移传感器位于同一平面。通常，三个点便可以确定空间的一个平面，因此，优选设定激光位移传感器为三个。进一步的，为了便于对激光位移传感器采集的数据进行计算，实施例中设定三个激光位移传感器呈正三角的方式设置在熔覆头上。进一步的，熔覆斑点用于对被熔覆的工件进行熔覆，由熔覆头获得。熔覆斑点并非是一个点，而是一个较小的平面，其大小与熔覆头有关，且熔覆斑点随熔覆头的移动而移动。当激光位移传感器为三个时，激光点分布在熔覆斑点的周围。由于激光点与熔覆斑点的相对位置固定，所以，通过激光位移传感器采集的数据便可以确定熔覆斑点的位置数据，进而确定熔覆头的空间姿态数据。

进一步的，确定离散坐标点后，控制熔覆头移动，使得熔覆斑点依次经过每个离散坐标点。可选的，当熔覆斑点与当前离散坐标点之间的距离小于预设值时，认为熔覆斑点与当前离散坐标点重合。此时，获取激光位移传感器采集的数据，并将激光位移传感器采集的数据记为第一距离数据。其中，第一距离数据为工件表面的激光点到激光位移传感器的直线距离，一般而言，激光点到熔覆斑点的距离小于2厘米。

S130、根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息。

其中，每个所述离散坐标点对应一个空间姿态信息。具体的，熔覆头的空间姿态信息是指熔覆头对被熔覆工件表面进行熔覆时，在以熔覆斑点为原点，设定三维坐标系下的姿态数据。该空间姿态信息为熔覆头进行熔覆时最佳的位置信息。其中，设定三维坐标系的Z轴方向为工作台的法线方向，X轴和Y轴与离散坐标点所在的坐标系的X轴和Y轴方向相同。进一步的，空间姿态信息包括：熔覆头在X轴，Y轴以及Z轴方向上的空间距离DX，DY和DZ，以及绕坐标系X轴旋转的参数RX，绕坐标系Y轴旋转的参数RY以及绕坐标系Z轴旋转的参数RZ，其中，根据熔覆头在X轴，Y轴以及Z轴方向的空间距离可以确定熔覆头在该三维坐标系下的位置信息，根据参数RX，RY以及RZ可以确定熔覆头在该三维坐标系下的角度信息，根据熔覆头的位置信息和角度信息即可确定熔覆头的空间姿态信息。

具体的，根据获取的第一距离数据分别计算出熔覆头在X轴，Y轴，Z轴方向上的空间距离DX，DY和DZ，以及分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转的参数RX、RY和RZ，以获取熔覆头在该离散点的空间姿态信息。其中，由于当前明确了熔覆头与激光位移传感器的相对位置关系，以及熔覆斑点与激光点的相对位置关系，那么通过上述两个相对位置关系，便可以根据第一距离数据计算出熔覆头的空间姿态信息。

可选的，控制熔覆头调整至该空间姿态信息，之后控制激光位移传感器继续采集数据，并对采集的数据进行验证，以确定当前熔覆头是否已经位于最佳熔覆位置。若熔覆头已经位于最佳位置，则记录该空间姿态信息，否则，重新计算熔覆头的空间姿态信息，并继续进行调整，直到熔覆头位于最佳熔覆位置为止。通常，最佳熔覆位置的验证准则可以是确定熔覆头位于被熔覆工件表面的法向矢量方向上，且熔覆头喷嘴出口到被熔覆工件表面熔覆斑点的距离等于设定的熔覆距离。

S140、根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

其中，自适应激光扫描路径是根据激光扫描路径进行离散化后，熔覆头依次走完所有离散坐标点时重新生成的新的路径，该路径是熔覆头对大型的非平整平面进行熔覆时所依据的熔覆路径。自适应激光扫描路径可以是一条也可以是多条。具体的，将基于同一激光扫描路径确定的空间姿态信息组成一条自适应激光扫描路径。

进一步的，由于需要通过机械臂控制熔覆头进行移动，因此，在确定自适应激光扫描路径时，可以同时确定针对机械臂的运动指令，以保证通过运动指令控制机械臂进行移动。

本发明实施例一提供的一种熔覆头姿态路径规划方法，根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据；根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息；根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径，弥补了由于平面不平整所造成的熔覆层厚度不均匀、搭接不上等缺陷，不仅能适用于大型的非平整平面的熔覆，而且提高了熔覆质量。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种熔覆头姿态路径规划方法的流程图，本实施例是在上述实施例的基础上，进行具体化。本实施例中设定激光位移传感器为三个。具体的，参考图2，该方法具体包括如下步骤：

S210、根据预设扫描策略确定被熔覆工件表面的预设激光扫描路径。

其中，扫描策略是从被熔覆工件表面获取激光扫描路径的依据，是一种扫描方法。具体的，可以根据对激光扫描路径的不同需求自行设置或选用现有技术中已经存在的扫描策略。可选的，本实施例中终端可以采用逐行扫描策略，对被熔覆工件表面进行逐行扫描，以获取激光扫描路径。一般而言，逐行扫描的方法简单，容易操作，而且准确性高。其中，通过逐行扫描，可以得到多条激光扫描路径。

S220、选定所述预设激光扫描路径的起始点为第一个离散坐标点。

可选的，预设激光扫描路径为一条一条的路径，每条路径都有起始点和终点，具体的，终端将每条激光扫描路径的起始点作为该条激光扫描路径的第一个离散坐标点。其中，选定每条激光扫描路径的起始点作为第一个离散坐标点的好处是可以保证对整个路径的离散，避免路径的重复离散或没有离散的情况。

S230、基于所述第一个离散坐标点，在所述预设激光扫描路径上间隔预设离散距离获取余下的离散坐标点。

其中，预设离散距离为两个离散坐标点间的直线距离，其可以根据需要提前设定。一般而言，预设离散距离可以是一个常量，也可以是变量。可选的，可以根据工件表面的平整程度在1毫米到5厘米之间自行设置，离散距离设置的太大或太小都会影响对工件表面的熔覆质量。

可选的，若当前工件表面平整，可以设定较大的离散距离，若当前工件表面不平整，可以设定较小的离散距离，使离散坐标点之间的连线与原来的激光扫描路径尽可能的重合。可选的，同一条激光扫描路径上不同离散坐标点之间的离散距离可以相同也可以不同。

进一步的，终端将每条激光扫描路径的起始点为第一个离散坐标点，每隔预设离散距离依次得到剩余的离散坐标点，如果某条激光扫描路径上得到的某个离散坐标点距离该条激光扫描路径终点之间的距离小于预设离散距离，将激光扫描路径的终点作为离散坐标点，从而完成对整条激光扫描路径的离散化，其他激光扫描路径的离散过程也是类似，此处不再赘述。

S240、控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据。

S250、根据所述第一距离数据计算测量点的法向矢量以及所述测量点到熔覆头喷嘴出口的第一直线距离。

其中，所述测量点为当前所述离散坐标点所在的被熔覆工件表面上的熔覆斑点所覆盖的点，其可以是熔覆斑点所覆盖的一个坐标点，也可以是熔覆斑点所覆盖的多个坐标点，还可以是熔覆斑点所覆盖的全部坐标点。法向矢量为垂直于工件表面测量点的切线的直线所表示的向量。第一直线距离为工件表面测量点到熔覆头喷嘴出口的直线距离，可选的，当测量点为覆盖的多个坐标点时，第一直线距离为熔覆斑点到熔覆头喷嘴出口的直线距离。一般而言，终端根据激光位移传感器的设置情况可以确定空间中激光位移传感器所在的平面。之后，通过第一距离数据可以确定三个激光点与激光位移传感器之间的距离，进而确定三个激光点所在的平面，一般而言，熔覆斑点对测量点进行熔覆，三个激光点包围在测量点的周围，因此，三个激光点所在的平面也可以理解为测量点所在的平面，进而得到根据该平面确定测量点的法向矢量。进一步的，由于预先确定了激光位移传感器和熔覆头的相对位置关系以及明确了激光点与测量点的相对位置关系，那么，可以根据第一距离数据以及上述两个相对位置关系计算出第一直线距离。

典型的，激光位移传感器的测量精度为1微米到100微米，终端每隔一段时间根据第一距离数据计算一次法向矢量和第一直线距离，可选的，每隔10毫秒到1000毫秒计算一次，具体的时间可以自行设置。

S260、根据所述法向矢量和所述第一直线距离计算所述熔覆头的空间姿态信息。

示例性的，当熔覆斑点处于当前离散坐标点时，终端对熔覆头的空间姿态建模并进行分析，然后根据已经计算出的法向矢量和第一直线距离计算熔覆头的空间姿态信息。由于已经明确了法向矢量和第一直线距离，那么可以根据法向矢量，确定熔覆头对测量点进行熔覆时的角度信息，同时，根据第一直线距离可以确定熔覆头对测量点进行熔覆时的位置信息，进而得到空间姿态信息。

可选的，确定空间姿态信息后，可以根据所述空间姿态信息调整所述熔覆头的空间姿态。此时，为了保证熔覆质量，实施例中还设定对熔覆头的空间姿态的验证过程，其具体如下：

S270、根据所述空间姿态信息调整所述熔覆头的空间姿态。

具体的，控制机械臂带动熔覆头进行移动，以将熔覆头的空间姿态调整至空间姿态信息记录的数据。

S280、在所述熔覆头调整后，获取所述激光位移传感器采集的第二距离数据。

其中，第二距离数据是指熔覆头调整后，激光位移传感器采集的工件表面激光点到激光位移传感器的直线距离。其中，熔覆头调整后，终端获取第二距离数据，方法与获取第一距离数据类似，此处不再赘述。

S290、根据所述第二距离数据修正所述空间姿态信息。

具体的，终端根据第二距离数据，通过第二距离数据可以验证熔覆头当前是否已经位于最佳熔覆位置。具体的，熔覆头调整空间姿态后，可以根据第二距离数据重新确定当前熔覆头是否在被熔覆工件表面的法向矢量方向上，以及熔覆头喷嘴出口与被熔覆工件表面测量点的直线距离是否达到设定的熔覆距离。如果熔覆头已经在被熔覆工件表面的法向矢量方向上且熔覆头喷嘴出口与被熔覆工件表面测量点的直线距离达到设定的熔覆距离，那么无需修正空间姿态信息。如果熔覆头不在被熔覆工件表面的法向矢量上且熔覆头喷嘴出口与被熔覆工件表面测量点的直线距离未达到设定的熔覆距离，则继续调整空间姿态信息，直到熔覆头在被熔覆工件表面测量点的法向矢量方向上且熔覆头与被熔覆工件表面测量点的直线距离达到熔覆的最佳距离。

S2100、根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

本发明实施例二提供的一种熔覆头姿态路径规划方法，在上述实施例的基础上进行优化，通过具体的离散策略对获取的激光扫描路径进行离散，可以提高终端对路径获取的准确性，为后续的熔覆提供便利，根据第一距离数据先获取测量点的法向量以及测量点到熔覆头喷嘴出口的第一直线距离，进而确定熔覆头的空间姿态信息，使得对大型平面进行熔覆时，操作更方便，而且计算简单，有助于改善对工件的熔覆质量。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种熔覆头姿态路径规划方法的流程图，本实施例是在上述实施例的基础上进行具体化。本实施例中，激光位移传感器为三个。参考图3，该方法具体包括如下步骤：

S310、根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点。

S320、控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据。

S330、根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息。

S340、根据所述空间姿态信息调整所述熔覆头的空间姿态。

S350、在所述熔覆头调整后，获取所述激光位移传感器采集的第二距离数据。

S360、根据所述第二距离数据计算距离差值以及所述测量点到熔覆头喷嘴出口的第二直线距离。

其中，所述距离差值为各所述激光位移传感器采集的距离数据之间的差值，该差值的个数取决于激光位移传感器的个数。可选的，激光位移传感器有3个，则差值也有3个。具体的，终端根据获取的第二距离数据分别计算任意两个激光位移传感器采集的距离数据的差，以及第二直线距离。其中，计算第二直线距离的方式与计算第一直线距离的方式相同，在此不做赘述。

S370、判断距离差值是否大于预设距离差值或第二直线距离是否不等于设定离焦量。

若距离差值大于预设距离差值或第二直线距离不等于设定离焦量，则执行S380，若距离差值小于或等于预设距离差值且第二直线距离等于设定离焦量，执行S390。

其中，预设距离差值可以根据实际需要自行设置，可选的，预设距离差值为10微米，所述设定离焦量为所述熔覆头的激光束的焦点到所述熔覆斑点的距离，也是提前根据实际需要自行设置，其中，设定离焦量的值为熔覆头喷嘴出口进行熔覆时熔覆头的激光束的焦点到熔覆斑点的最佳距离。

由于自适应激光扫描路径是以离散坐标点为依据获得的，熔覆头在该坐标点的空间姿态信息的准确性直接影响到熔覆质量的好坏，因此，只有当熔覆头与被熔覆工件表面垂直，第二直线距离调整到位时，才能保证熔覆质量。具体的，当距离差值小于所述预设距离差值时，说明激光位移传感器所在平面与被熔覆工件表面基本处于平行状态，进而可以确定熔覆头位于被熔覆工件表面的法向矢量方向上。当第二直线距离等于设定离焦量时，表明熔覆头喷嘴出口与被熔覆工件表面的距离满足最佳距离。

S380、调整所述熔覆头的空间姿态。返回执行S360。

具体的，当确定熔覆头没在最佳熔覆位置时，可以根据距离差值和第二直线距离调整熔覆头的空间姿态。举例而言，若第二直线距离大于设定离焦量，则将熔覆头向被熔覆工件表面移动。

S390、获取所述熔覆头当前的空间姿态信息作为修正后的空间姿态信息。

当熔覆头在离散坐标点进行调整后，得到最终的空间姿态信息，作为修正后的空间姿态信息，该信息记录在预先定义好的空间姿态信息坐标数组里，为自适应激光路径的获取提供方便。

S3100、根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

本发明实施例三提供的一种熔覆头姿态路径规划方法，在上述实施例的基础上进行优化，通过计算距离差值和第二直线距离，并分别和设定值进行比较，保证熔覆头的位置达到最佳位置，可以更准确的获取到熔覆头的空间姿态信息，进而获取与待熔覆工件相适应的路径，指导熔覆头完成自适应路径规划，提高了熔覆质量。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种熔覆头姿态路径规划装置的结构图。本实施例提供的熔覆头姿态路径规划装置包括：

离散坐标点确定模块410，用于根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；

第一距离数据获取模块420，用于控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据，所述激光位移传感器固定在熔覆头上且所述激光位移传感器在所述被熔覆工件表面的激光点与所述熔覆斑点的相对位置关系固定；

空间姿态信息确定模块430，用于根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息，每个所述离散坐标点对应一个空间姿态信息；

生成模块440，用于根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

本发明实施例四提供的一种熔覆头姿态路径规划装置，根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据；根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息；根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径，弥补了由于平面不平整所造成的熔覆层厚度不均匀、搭接不上等缺陷，不仅能适用于大型的非平整平面的熔覆，而且提高了熔覆质量。

在上述实施例的基础上，所述激光位移传感器的数量为至少三个，且至少三个所述激光位移传感器位于同一平面。

在上述实施例的基础上，所述空间姿态信息确定模块430，包括：

第一计算单元，用于根据所述第一距离数据计算测量点的法向矢量以及所述测量点到熔覆头喷嘴出口的第一直线距离，所述测量点为当前所述离散坐标点所在的被熔覆工件表面上的熔覆斑点所覆盖的点；

第二计算单元，用于根据所述法向矢量和所述第一直线距离计算所述熔覆头的空间姿态信息。

在上述实施例的基础上，所述装置还包括：

调整模块，用于根据所述法向矢量和所述第一直线距离计算所述熔覆头的空间姿态信息之后，根据所述空间姿态信息调整所述熔覆头的空间姿态；

第二距离数据获取模块，用于在所述熔覆头调整后，获取所述激光位移传感器采集的第二距离数据；

修正模块，用于根据所述第二距离数据修正所述空间姿态信息。

在上述实施例的基础上，所述修正模块，包括：

第三计算单元，用于根据所述第二距离数据计算距离差值以及所述测量点到熔覆头喷嘴出口的第二直线距离，所述距离差值为各所述激光位移传感器采集的距离数据之间的差值；

判断单元，用于若所述距离差值大于预设距离差值或所述第二直线距离不等于设定离焦量，则调整所述熔覆头的空间姿态，并重新获取所述激光位移传感器采集的第二距离数据，所述设定离焦量为所述熔覆头的激光束的焦点到所述熔覆斑点的距离；

返回执行单元，用于返回执行根据所述第二距离数据计算距离差值以及所述第二直线距离的操作，直到所述距离差值小于所述预设距离差值且所述第二直线距离等于设定离焦量为止；

空间姿态信息获取单元，用于获取所述熔覆头当前的空间姿态信息作为修正后的空间姿态信息。

在上述实施例的基础上，所述离散坐标点确定模块，包括：

第一离散坐标点选定单元，用于选定所述预设激光扫描路径的起始点为第一个离散坐标点；

剩余离散点获取单元，用于基于所述第一个离散坐标点，在所述预设激光扫描路径上间隔预设离散距离获取余下的离散坐标点。

在上述实施例的基础上，所述装置还包括：

预设激光扫描路径确定单元，用于根据预设扫描策略确定被熔覆工件表面的预设激光扫描路径。

本发明实施例四提供的熔覆头姿态路径规划装置可以用于执行上述任意实施例提供的熔覆头姿态路径规划方法，具备相应的功能和有益效果。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的一种终端的结构示意图。如图5所示，该终端包括：处理器510、存储器520、输入装置530和输出装置540，终端中处理器510的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器510为例，设备中的处理器510、存储器520、输入装置530和输出装置540可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器520作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的熔覆头姿态路径规划方法对应的程序指令/模块。处理器510通过运行存储在存储器520中的软件程序、指令以及模块，从而执行终端的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的熔覆头姿态路径规划方法。

存储器520主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器520可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器520可进一步包括相对于处理器510远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置530可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与终端的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置540可包括显示屏等显示设备、扬声器以及蜂鸣器等音频设备。

本实施例提出的终端与上述实施例提出的熔覆头姿态路径规划方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例具备执行熔覆头姿态路径规划方法相同的有益效果。

实施例六

本发明实施例六还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的一种熔覆头姿态路径规划方法，该方法包括：

根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；

控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据；

根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息；

根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的熔覆头姿态路径规划方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的熔覆头姿态路径规划方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是机器人，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的熔覆头姿态路径规划方法。

实施例七

本发明实施例七提供一种熔覆头姿态路径规划的系统。其中，该系统包括：熔覆头、激光位移传感器、移动装置以及终端。可选的，激光位移传感器为至少三个，实施例以三个为主。可选的，实施例中设定该系统还包括：激光位移传感器控制盒，以获取激光位移传感器采集的数据，并将采集的数据转换成终端可识别数据并发送至终端中。进一步的，实施例中设定该系统还包括：工作台，用于放置被熔覆工件。移动装置包括：机械臂和机械臂控制器。

具体的，图6为本发明实施例七提供的一种熔覆头姿态路径规划的系统示意图。如图6所示，该系统包括：激光位移传感器控制盒610，熔覆头620，激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650，工作台660，机械臂670，终端680和机械臂控制器690。终端680分别与激光位移传感器控制盒610和机械臂控制器690连接。待熔覆的工件放置于工作台660上。

激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650通过固定支架与熔覆头620连接，如图7所示，固定支架上带有螺孔，利用螺钉将固定支架与三个激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650以及熔覆头620固定，激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650在同一水平面内，并且所在平面始终与熔覆头620的主轴保持垂直，向熔覆头620的中心轴内倾一定的角度，可以根据实际需要在5°～75°之间自行设置，激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650呈三角形分布，具体的，呈正三角分布，如图8所示，激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650任意两个夹角均为120°，这样设置的好处是根据采集的这种分布下的三个激光位移传感器的距离数据计算熔覆头620的空间姿态信息最便捷。

在对工件表面进行熔覆时，终端680根据预设的扫描策略生成基于该工件表面的激光扫描路径，然后将激光扫描路径通过终端680处理成离散坐标点，机械臂670带动熔覆头620移动，依次经过每个离散坐标点，在每个离散坐标点，激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650实时测量工件表面的测量点到各自的直线距离，并将该直线距离通过激光位移传感器控制盒610传递给终端680，终端680根据预设的程序计算出熔覆头620的熔覆斑点所在位置的工件表面测量点的法向矢量和该测量点到熔覆头620喷嘴出口的直线距离，进而得出熔覆头620在当前坐标点做垂直于工件表面熔覆所需要的空间姿态信息，终端680将熔覆头620所需的空间姿态信息传递给机械臂控制器690，机械臂控制器690控制机械臂670带动熔覆头620以熔覆斑点为原点旋转，调整熔覆头620的空间姿态。这一过程不断循环，直到激光位移传感器630、激光位移传感器640和激光位移传感器650实时测量的工件表面测量点距离各自的距离的偏差小于10微米，且熔覆头620的熔覆斑点所在位置的工件表面测量点到熔覆头620喷嘴出口的直线距离与设定的离焦量一致，将该空间姿态信息记录在预先定义好的姿态点坐标数组里，终端680根据姿态点坐标数组中的熔覆头620的空间姿态信息重新生成连续运动的自适应激光扫描路径，使得在激光熔覆过程中，熔覆头能够根据当前的工件表面完成自适应规划。

本实施例七提供的一种熔覆头姿态路径规划系统可以用于执行上述任意实施例提供的熔覆头姿态路径规划方法，具备相应的功能和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种熔覆头姿态路径规划方法，其特征在于，包括：

根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；

控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据，所述激光位移传感器固定在熔覆头上且所述激光位移传感器在所述被熔覆工件表面的激光点与所述熔覆斑点的相对位置关系固定；

根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息，每个所述离散坐标点对应一个空间姿态信息；

根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光位移传感器的数量为至少三个，且至少三个所述激光位移传感器位于同一平面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息，包括：

根据所述第一距离数据计算测量点的法向矢量以及所述测量点到熔覆头喷嘴出口的第一直线距离，所述测量点为当前所述离散坐标点所在的被熔覆工件表面上的熔覆斑点所覆盖的点；

根据所述法向矢量和所述第一直线距离计算所述熔覆头的空间姿态信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述法向矢量和所述第一直线距离计算所述熔覆头的空间姿态信息之后，还包括：

根据所述空间姿态信息调整所述熔覆头的空间姿态；

在所述熔覆头调整后，获取所述激光位移传感器采集的第二距离数据；

根据所述第二距离数据修正所述空间姿态信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二距离数据修正所述空间姿态信息，包括：

根据所述第二距离数据计算距离差值以及所述测量点到熔覆头喷嘴出口的第二直线距离，所述距离差值为各所述激光位移传感器采集的距离数据之间的差值；

若所述距离差值大于预设距离差值或所述第二直线距离不等于设定离焦量，则调整所述熔覆头的空间姿态，并重新获取所述激光位移传感器采集的第二距离数据，所述设定离焦量为所述熔覆头的激光束的焦点到所述熔覆斑点的距离；

返回执行根据所述第二距离数据计算距离差值以及所述第二直线距离的操作，直到所述距离差值小于所述预设距离差值且所述第二直线距离等于设定离焦量为止；

获取所述熔覆头当前的空间姿态信息作为修正后的空间姿态信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点，包括：

选定所述预设激光扫描路径的起始点为第一个离散坐标点；

基于所述第一个离散坐标点，在所述预设激光扫描路径上间隔预设离散距离获取余下的离散坐标点。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点之前，还包括：

根据预设扫描策略确定被熔覆工件表面的预设激光扫描路径。

8.一种熔覆头姿态路径规划装置，其特征在于，包括：

离散坐标点确定模块，用于根据预设激光扫描路径确定被熔覆工件表面的全部离散坐标点；

第一距离数据获取模块，用于控制熔覆头的熔覆斑点依次经过每个所述离散坐标点，且在所述熔覆斑点与所述离散坐标点重合时，获取激光位移传感器采集的第一距离数据，所述激光位移传感器固定在熔覆头上且所述激光位移传感器在所述被熔覆工件表面的激光点与所述熔覆斑点的相对位置关系固定；

空间姿态信息确定模块，用于根据所述第一距离数据确定所述熔覆头的空间姿态信息，每个所述离散坐标点对应一个空间姿态信息；

生成模块，用于根据所述空间姿态信息生成所述熔覆头的自适应激光扫描路径。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述激光位移传感器的数量为至少三个，且至少三个所述激光位移传感器位于同一平面。

10.一种终端，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的熔覆头姿态路径规划方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的熔覆头姿态路径规划方法。

12.一种熔覆头姿态路径规划系统，其特征在于，包括：熔覆头、激光位移传感器、移动装置以及如权利要求10所述的终端，所述激光位移传感器固定在所述熔覆头上，所述熔覆头固定在移动装置上，所述移动装置由所述终端控制移动。