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一种SLM复合制造的前处理方法

阅读:582发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种SLM复合制造的前处理方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种SLM复合制造的前处理方法,其以 基板 所在平面建立实际基板平面 坐标系 ,基板平面左下 角 设为基板平面坐标系原点;将零件部分装夹到基板上,装夹完毕后还应保证基板平面保持 水 平,进行相机内部参数标定,将专业标定板放置在装夹完成的基板平面,然后利用相机采集标定板图像;进而获得 像素 当量值;标定完成后,采集基板平面的图像,并利用标定数据对图像进行畸变校正,以图像中心为旋转点将图像进行校正,提取机械加 工件 在图像中的轮廓;根据 机械加工 件目标轮廓的特征,选择出合适的轮廓特征点,确定零件。,下面是一种SLM复合制造的前处理方法专利的具体信息内容。

1.一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:具体步骤操作如下:
(1)以基板所在平面建立实际基板平面坐标系,基板平面左下设为基板平面坐标系原点;
(2)将零件部分装夹到基板上,由于相机光轴正下方位置采集图像产生的畸变较小,为保证后续图像处理精度机械加工零件的装夹位置应尽可能位于相机光轴正下方;装夹完毕后还应保证基板平面保持平,保证采集的图像质量
(3)装夹完毕后进行相机内部参数标定,将专业标定板放置在装夹完成的基板平面,然后利用相机采集标定板图像;
(4)利用上述步骤采集到的标定板图像获得相机内部参数,进而获得像素当量值;为保证标定数据精确性,应进行多次标定过程,获得多个像素当量值取其平均值;像素当量值计算公式:
注:a为像素当量值;L为标定板内任意两圆点,A、B的实际距离;l为A、B两圆点在图像中的像素距离;
(5)标定完成后,保证相机相关参数不发生变化的前提下,采集基板平面的图像,并利用标定数据对图像进行畸变校正,提高图像质量;
(6)为方便图像坐标系与基板平面坐标系的统一,以图像中心为旋转点将图像进行校正;
(7)提取机械加工件在图像中的轮廓;
(8)计算机械加工件轮廓的重心点基于图像坐标系中的行列坐标;再根据上述步骤中求得的像素当量值将图像中的行、列坐标转化为基板平面坐标系的实际坐标;
(9)根据机械加工件目标轮廓的特征,选择出合适的轮廓特征点,并生成特征点与轮廓重心点的连线,求取该连线与图像中以重心点为起点的水平右半轴之间的夹角,为特征点的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:所述步骤(3)采集多幅标定板图像,图像数量为20 25幅。
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3.根据权利要求1所述的一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:所述步骤(3) 标定板大小选择相机视场的2/3。
4.根据权利要求1所述的一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:所述步骤(4)中在相机标定过程中,相机焦距光圈以及相机位姿等相关参数不能改变。
5.根据权利要求1所述的一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:本发明采用相机标定技术和坐标转换技术,将图像坐标系与实际基板平面坐标系进行统一。
6.根据权利要求1所述的一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:实际坐标值可以精确到0.01mm。
7.根据权利要求1所述的一种SLM复合制造的前处理方法,其特征在于:提取的重心坐标以及特征点旋转角度数据精确度高,响应时间为0.1s。

说明书全文

一种SLM复合制造的前处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于SLM增材制造技术领域,具体涉及一种SLM复合制造前处理方法。

背景技术

[0002] 现有技术中,对于一些具有复杂结构部分的零件,传统机械加工很容易发生变形,加工难度较大。由于SLM增材制造技术的快速发展,对于个性化零件,例如牙齿零件,通过SLM技术更容易实现加工。基于SLM技术的金属零件复合制造,是利用传统的机加技术制造精度要求高的零件部分,然后以该零件部分为基础,通过SLM技术把难加工的薄壁零件部分加工完成。该加工过程中,重点是两者之间的配合面结合问题。
[0003] 有研究者通过改造基板解决传统机加技术加工的零件定位问题。通过机加后得到的零件部分固定在打印机基板上,然后进行铺粉、激光扫描等步骤。显然只要将该零件摆放到预设的位置并固定,即可完成零件的定位。
[0004] 这种定位方式需要针对特定零件制作专用基板,需要考虑基板的定位方式并制作定位,且各个与配合面位置确定相关的要素都要有严格的精度要求。从机械度去考虑配合面的定位问题,有定位方案、基板设计、干涉因素等多方面的问题,相关零部件也有很高的制造精度要求,而制造的基板只能供特定零件使用,泛用性差。

发明内容

[0005] 针对上述情况,本发明得目的在于:提供一种SLM复合制造的前处理方法,其利用相机标定和坐标转换技术,将图像坐标系与实际基板平面坐标系进行统一,实际坐标值可以精确到0.01mm,切实保证定位精度和加工质量
[0006] 为实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:提供一种SLM复合制造的前处理方法,其具体步骤操作如下:(1)以基板所在平面建立实际基板平面坐标系,基板平面左下角设为基板平面坐标系原点;
(2)将零件部分装夹到基板上,由于相机光轴正下方位置采集图像产生的畸变较小,为保证后续图像处理精度,机械加工零件的装夹位置应尽可能位于相机光轴正下方;装夹完毕后还应保证基板平面保持平,保证采集的图像质量;
(3)装夹完毕后进行相机内部参数标定,将专业标定板放置在装夹完成的基板平面,然后利用相机采集标定板图像。为保证标定数据的精确性,应采集多幅标定板图像(20 25~
幅),且标定板的放置位置应该布满相机视场。标定板大小应该选择相机视场的2/3,保证标定数据的精确性;
(4)利用上述步骤采集到的标定板图像获得相机内部参数,进而获得像素当量值;为保证标定数据精确性,应进行多次标定过程,获得多个像素当量值取其平均值;像素当量值计算公式:
注:a为像素当量值;L为标定板内任意两圆点(A、B)的实际距离;l为(A、B)两圆点在图像中的像素距离;
(5)标定完成后,保证相机相关参数不发生变化的前提下,采集基板平面的图像,并利用标定数据对图像进行畸变校正,提高图像质量;
(6)为方便图像坐标系与基板平面坐标系的统一,以图像中心为旋转点将图像进行校正。由于相机视场缘故,采集图像时会将基板外的成形仓或其他区域采集到,影响基板平面坐标系的建立,需将图像中基板外的区域去除;
(7)提取机械加工件在图像中的轮廓;
(8)计算机械加工件轮廓的重心点基于图像坐标系中的行列坐标;再根据上述步骤中求得的像素当量值将图像中的行、列坐标转化为基板平面坐标系的实际坐标;
(9)根据机械加工件目标轮廓的特征,选择出合适的轮廓特征点,并生成特征点与轮廓重心点的连线,求取该连线与图像中以重心点为起点的水平右半轴之间的夹角,为特征点的旋转角度。
[0007] 所述步骤(4)中在相机标定过程中,相机焦距光圈以及相机位姿等相关参数不能改变。
[0008] 本发明中,由于图像中的坐标系是以左上角为原点,以行、列定义图像中点的坐标,所以本发明采用相机标定技术和坐标转换技术,将图像坐标系与实际基板平面坐标系进行统一。然后利用像素当量值a和有效轮廓重心点在图像中的行列坐标值求出重心点相对于基板平面坐标系的实际坐标,实际坐标值可以精确到0.01mm,切实保证定位精度和加工质量。
[0009] 通过上述步骤便可确定传统加工零件部分在基板平面的位置。最后使用SLM成形技术把难加工的薄壁零件部分加工完成;提取的重心坐标以及特征点旋转角度数据精确度高,响应时间在0.1s左右,能够快速对使用者的操作做出响应。
[0010] 本发明的有益效果是: 该方法不必设计专用基板,只要将普通基板用螺栓固定,将机加零件水平固定到基板上方便加工的位置即可。大大简化了复合制造的加工步骤,且与上文中设计专用基板的方法相比具有很强的泛用性。附图说明
[0011] 图1 相机内部参数标定板图形;图2 本发明技术方案的模拟原理说明图;
图3 本发明技术方案的模拟原理说明图以图像中心为旋转点对图像进行校正;
图4 基板以外区域去除的示意图;
图5 模拟原理说明图中的特征点选取以及特征点旋转角度说明。
[0012] 图中:1、基板轮廓;2、基板;3、机械加工件;4、基板外区域;5、图像中心;6、机械加工件重心;7、特征点;9、特征点旋转角度。

具体实施方式

[0013] 以下通过实施例对本申请进行说明,本发明提供一种SLM复合制造前处理方法,具体操作过程如下:(1)如图1所示,为本申请所要处理图形, 以基板所在平面建立实际基板平面坐标系,基板平面左下角设为基板2平面坐标系原点,如图2所示。
[0014] (2)将将机械加工件3装夹到基板上,为保证后续图像处理精度,机械加工件3的装夹位置应尽可能位于相机光轴正下方;装夹完毕后还应保证基板2平面保持水平,保证采集的图像质量。
[0015] (3)装夹完毕后进行相机内部参数标定,将专业标定板放置在装夹完成的基板平面,然后利用相机采集标定板图像;采集多幅标定板图像(20~25幅),且标定板的放置位置布满相机视场;标定板大小为相机视场的2/3。
[0016] (4)利用上述步骤采集到的标定板图像获得相机内部参数,进而获得像素当量值,且进行多次标定过程,获得多个像素当量值取其平均值(注:在相机标定过程中,相机焦距光圈以及相机位姿等相关参数不能改变);像素当量值计算公式:
式中:a:像素当量值;L为标定板内任意两圆点(A、B)的实际距离;L为(A、B)两圆点在图像中的像素距离。
[0017] 在本实例中,圆点阵列标定板相邻两圆点之间的实际距离为10mm。假设求取图像中心像素当量,挑选标定板中心处左右相邻两圆进行计算。则L=10mm,l=88.0351436,根据该公式进行计算可得像素当量值a=0.113591mm。
[0018] (5)标定完成后,采集基板平面的图像,并利用标定数据对图像进行畸变校正;(6)以图像中心5为旋转点将图像进行校正,并将图像中基板外的区域去除,如图3、4所示。
[0019] (7)提取机械加工件3在图像中的轮廓。
[0020] (8)如图5所示,计算机械加工件3轮廓的重心点基于图像坐标系中的行列坐标;再根据上述步骤中求得的像素当量值将图像中的行、列坐标转化为基板平面坐标系的实际坐标;重心点基于基板平面坐标系的坐标为X:112.318;Y:127.835。
[0021] (9)根据机械加工件目标轮廓的特征,选择出合适的轮廓特征点,并生成特征点7与轮廓重心点的连线,求取该连线与图像中以重心点为起点的水平右半轴之间的夹角,确定图中特征点旋转角度9为:163.09°。
[0022] 本发明中,由于图像中的坐标系是以左上角为原点,以行、列定义图像中点的坐标,所以本发明采用相机标定技术和坐标转换技术,将图像坐标系与实际基板平面坐标系进行统一。然后利用像素当量值a和有效轮廓重心点在图像中的行列坐标值求出重心点相对于基板平面坐标系的实际坐标,实际坐标值可以精确到0.01mm,切实保证定位精度和加工质量。
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