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专利号: 2023103929555
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.低功率自适应曲面激光除锈装置进行除锈的方法,其特征在于:采用低功率自适应曲面激光除锈装置,包括三维电动位移台(1),三维电动位移台(1)上安装有激光器(11),激光器(11)的一侧从上至下分别设有宽禁带紫外传感器(14)和双目摄像头(13),三维电动位移台(1)连接有微控制器(2);

具体包括如下步骤:

步骤1,获取待除锈工件(31)的锈区(32)的图像;

步骤2,根据步骤1获取的图像进行构建扫描区域;

步骤3,在步骤2构建的扫描区域内进行除锈处理;

首先用微处理器控制双目摄像头拍摄工件表面,获得工件三维形貌信息并识别出锈区位置,依次处理各个锈区,每个锈区都被划分为若干个扫描单元,每个扫描单元被激光烧蚀后,都用微处理器控制双目摄像头中的左边摄像头对工件拍摄一次,获得二值数组,计算出该扫描单元的当前除锈率,如果除锈率合格,就移动激光器到下一个扫描单元,如果除锈率不合格,意味着欠烧蚀,就需要加大光斑功率密度,因此移动平移台z轴让激光器向工件靠近一个步长Dz,然后对当前扫描单元再次除锈,如此循环直到当前扫描单元除锈率合格为止;在每次除锈扫描过程中,通过宽禁带紫外传感器不断采集等离子体辐射中的紫外分量,由微控制器进行数模转换和累加和运算,得到该扫描单元对应的紫外辐射总量G;每个扫描单元除锈结束时,判断本扫描单元的紫外辐射总量G是否大于过烧蚀紫外阈值Gth,如果大于,意味着该扫描单元发生了过烧蚀,就需要在下一个扫描单元处减小光斑功率密度,因此移动平移台z轴让激光器远离工件一个步长Dz。

2.根据权利要求1所述的低功率自适应曲面激光除锈方法,其特征在于:所述步骤1的具体过程为:

步骤1.1,通过双目摄像头(13)拍摄待除锈工件(31)表面获得待除锈工件(31)的RGB图像;

步骤1.2,微控制器(2)基于待除锈工件(31)的RGB图像用双目立体视觉匹配SGBM算法构建待除锈工件(31)的三维形貌模型,即为激光器(11)的出光口距离待除锈工件(31)三维表面的景深信息f(x,y,z);

步骤1.3,微控制器(2)基于待除锈工件(31)的RGB图像用色块色相‑饱和度‑明度的识别算法获得一个HSV数组,用二值化算法获得一个二值数组,进行目标分割获得每个锈区(32)的边界位置信息s(x,y)以及锈区(32)的总个数K。

3.根据权利要求2所述的低功率自适应曲面激光除锈方法,其特征在于:所述步骤2的具体过程为:

步骤2.1,定义边长为L的方形面积为一个扫描单元,对每个锈区划分扫描单元,即取该锈区边界位置信息s(x,y)的最小x坐标、最大x坐标、最小y坐标和最大y坐标为四个顶点,构建一个矩形的待除锈区域,从待除锈区域的左上角开始,将该区域分割成为N行M列个扫描单元网格;

步骤2.2,微控制器(2)控制三维电动位移台(1)的x和y轴,将激光器(11)出光口对准到第1个锈区的第1行第1列扫描单元的中心位置,根据景深信息f(x,y,z)控制三维电动位移台1的z轴,使得激光器(11)的出光口和锈区32之间的距离初始值W0为:W0=µF0(1)

其中,µ为常系数,F0为激光器透镜组室温焦距;

步骤2.3,定义Gth为过烧蚀紫外辐射阈值,定义Zmax为离焦量的欠烧蚀分界线(42)的z轴坐标值,设Zmax的初值为Z0,表征锈区序列号的计数器变量a被初始化赋值为1,表征锈区扫描单元网格行序号的计数器变量i被初始化赋值为1,表征锈区扫描单元网格列序号的计数器变量j被初始化赋值为2;

Z0=(µ‑1)F0(2)

其中,µ为常系数,F0为激光器透镜组室温焦距。

4.根据权利要求3所述的低功率自适应曲面激光除锈方法,其特征在于:所述步骤3的具体过程为:

步骤3.1,基于激光器(11)内部二维振镜使得激光束(12)逐点扫描待除锈工件(31)的一个边长为L的方形扫描单元进行除锈,在此过程中用宽禁带紫外传感器不断采集等离子体辐射中的紫外分量,记录该扫描单元对应的紫外辐射总量G;

步骤3.2,用双目摄像头(13)中的一个摄像头对待除锈工件(31)进行拍照获得RGB图像,基于HSV算法和二值化算法获得当前扫描单元的二值数组,即将当前扫描单元的图像变成仅由已除锈干净的白色像素位点和未除锈干净的黑色像素位点构成,定义除锈率η为白色像素个数除以扫描单元总像素个数,检测比较除锈率η和除锈率阈值ηth,如果η>=ηth则视作本扫描单元除锈完毕,记录此时的G值,从而根据如下公式(3)得到过烧蚀紫外辐射阈值Gth值,此时,执行步骤3.3,如果η<ηth则视作本扫描单元欠烧蚀,三维电动位移台的z轴移动激光器向待除锈工件靠近一个步长Dz,赋值Zmax=Zmax‑Dz,重复执行步骤3.1;

Gth=αG(3)

式中,α是常系数;

步骤3.3,如果j<=M则微控制器(2)控制三维电动位移台(1)移动激光器(11),使激光器(11)出光口对准第a个锈区的第i行第j列扫描单元中心位置,执行步骤3.4;如果j>M则执行赋值语句j=1且i=i+1,然后执行步骤3.6;

步骤3.4,根据景深信息f(x,y,z)控制三维电动位移台(1)的z轴,使得激光器(11)的出光口和锈区(32)之间的距离为W,基于激光器(11)对当前扫描单元进行除锈,在此过程中用宽禁带紫外传感器(14)不断采集等离子体辐射中的紫外分量,得到该扫描单元对应的紫外辐射总量G,用双目摄像头(13)中的一个摄像头对待除锈工件(31)进行拍照获得RGB图像,将此时的除锈率η和ηth作比较,如果η>=ηth,则意味着本扫描单元除锈成功,执行赋值语句j=j+1,执行步骤3.5;如果η<ηth,则意味着欠烧蚀状态,为了让激光器(11)能向待除锈工件(31)靠近一个步长Dz而执行赋值语句Zmax=Zmax‑Dz和 W= F0+Zmax,重复执行步骤3.4;

步骤3.5,比较G和Gth,如果G>Gth则意味着过烧蚀状态,为了让激光器(11)能向待除锈工件(31)远离一个步长Dz而执行赋值语句Zmax=Zmax+Dz,然后执行步骤3.6;如果G<=Gth则直接执行步骤3.6;

步骤3.6,如果i<=N则执行步骤3.3,如果i>N则执行幅值语句i=1且a=a+1,然后执行步骤3.7;

步骤3.7,如果a<=K则执行步骤3.3,如果a>K则表示所有锈区都除锈完毕,除锈结束。