一种基于图像的零件表面智能再制造修复系统

技术领域

本申请涉及零件再制造技术领域，尤其涉及一种基于图像的零件表面智能再制造修复系统。

背景技术

大型复杂零件制造成本高，由于工作表面损伤导致无法正常使用，整体报废会造成资源浪费和经济损失。再制造是通过高新技术将废旧产品恢复至性能和新品等同甚至超过新品的一种零部件级重用方法。作为一种先进的再制造技术，增材再制造以损伤零部件为对象，通过对待修复区的逆向建模、成形分层、路径规划等进行破损零件尺寸、性能恢复，可实现对损伤零部件的原位快速修复，具有节材、环保、修复效率高等优点。

授权公告号CN110640146B公开了一种零件表面缺损区域模块化增减材复合修复方法，通过三维扫描技术获取待修复区域的点云数据，据此计算缺损区域的特征参数，并选取相应的几何模块作为标准修复区域，通过铣销加工将缺损区域修整为规则待修复区域，进行激光熔覆修复，并对修复表面进行铣销精加工，完成修复。该发明通过增减材复合方式不仅为后续的路径规划降低难度，同时，提高了修复效率和精度。但是，没有提供实施的设备。

已有的增材再制造平台一般包括机器人系统、三维激光扫描仪反求系统、激光熔覆系统、计算机控制系统四部分。以激光扫描反求法进行破损零件的三维重建具有技术和精度优势，但设备成本高、自动化水平低。

发明内容

本申请提供了一种基于图像的零件表面智能再制造修复系统，能够解决现有技术中存在的配套装备成本高并且自动化水平较低的问题。

本申请的技术方案是一种基于图像的零件表面智能再制造修复系统，包括：操作模块和快装模块，以及图像采集模块、特征参数模块、规则化处理模块和精加工模块；

所述操作模块可与所述快装模块进行可拆卸连接；所述图像采集模块、规则化处理模块和精加工模块均与一个所述快装模块进行固定连接；

所述图像采集模块在与操作模块和快装模块维持连接状态时，所述图像采集模块可针对零件表面的破损区域进行图像采集，相应地得到破损图像集；

所述特征参数模块，用于针对所述破损图像集进行特征分析，得到相应于破损图像集的特征参数信息；

所述规则化处理模块在与操作模块和快装模块维持连接状态时，所述规则化处理模块可根据所述特征参数信息进行相应于零件表面破损区域的规则化处理，得到相应于特征参数信息的规则化区域；

所述精加工模块在与操作模块和快装模块维持连接状态时，所述精加工模块可针对所述规则化区域进行精加工处理，直至完成零件表的破损区域的再制造修复。

可选地，所述操作模块包括：机械臂，以及设置在所述机械臂上的若干个长度延伸方向呈互相平行设置的快装螺杆；

所述快装模块上设置有卡合结构，用于在被所述快装螺杆贯穿后针对位于所述快装模块内的快装螺杆进行固定。

可选地，所述快装模块包括：沿着逐渐靠近所述机械臂的方向呈依次轴向连接的夹具体、夹紧块和夹具盖；

所述夹紧块具有若干个从轴向起始并且沿着径向向远离轴向的方向进行延伸的若干个支板；所述支板的板面的边缘侧开设有可与快装螺杆的杆身进行抵接的半圆形的异形槽；

所述夹具体在面向所述夹紧块的端面上凸出设置有若干个凸出板；所述凸出板的板面的边缘侧开设有可与快装螺杆的杆身进行抵接并且可与所述支板上的异形槽进行配合的半圆形的承接槽；

所述夹具体还设置有与每个所述凸出板和支板进行配合的滑轨、滑块和摇杆，以及调节手柄；

所述滑轨设置在所述凸出板中与开设有所述承接槽的边缘侧呈相对设置的边缘侧；所述滑块滑动设置在所述滑轨上；长杆状的所述摇杆的在长度延伸方向上的一个端侧与所述滑块进行转动连接；

所述支板中远离轴向并且靠近所述滑轨的端侧开设有沿着径向进行延伸的卡槽；所述支板中围合成所述卡槽并且靠近所述滑轨的厚度端侧开设有供所述摇杆在长度延伸方向上的另一个端侧插入并且转动的转槽；

所述调节手柄可插入所述卡槽中沿着径向进行延伸的部分并且与所述凸出板中围合成所述卡槽的部分进行螺纹连接；

所述夹具盖为可扣合住所述夹紧块和夹具体的薄壁状壳体；

可选地，所述特征参数模块包括：模型重建单元和失效特征参数单元；

所述模型重建单元，用于针对所述破损图像集中的破损图像进行特征分析，基于Shape From Motion算法重构出相应于零件表面的破损区域的三维稀疏点云；

所述失效特征参数单元，用于根据三维稀疏点云，确定相应于破损区域的包括长、宽、深度和包络形状的特征参数信息。

可选地，所述规则化处理模块包括：预存单元、匹配单元和规则化单元，以及更新单元；

所述预存单元存储有包括若干个破损预存图案的破损区域规则化形状数据库；

所述匹配单元用于针对特征参数信息和破损预存图案进行匹配，相应地得到匹配结果；

所述规则化单元，用于当匹配结果为存在与特征参数信息匹配的破损预存图案时，针对与特征参数信息匹配的破损预存图案进行相应于零件表面破损区域的规则化处理，得到相应于特征参数信息的规则化区域；

所述规则化单元，还用于当匹配结果为不存在与特征参数信息匹配的破损预存图案时，根据特征参数信息确定相应于所述特征参数信息的破损预存图案；针对相应于所述特征参数信息的破损预存图案进行相应于零件表面破损区域的规则化处理，得到相应于特征参数信息的规则化区域；

所述更新单元，用于当匹配结果为不存在与特征参数信息匹配的破损预存图案时，基于相应于所述特征参数信息的破损预存图案针对破损区域进行更新

有益效果

本申请通过设置操作模块和快装模块，用于针对不同的实施步骤安装不同的结构，有效低降低了设备的成本；此外由于摆脱了设备成本和体积的限制，使本申请的结构可以有效提高自动化水平；

综上可知，本申请能够解决现有技术中存在的配套装备成本高并且自动化水平较低的问题并且提高再制造智能化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中基于图像的零件表面智能再制造修复系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中操作模块的结构示意图；

图3为本申请实施例中快装模块的结构示意图；

图4为本申请实施例中夹具块和夹具体的结构示意图；

图5为本申请实施例中调节手柄的结构示意图；

图6为本申请实施例中特征参数模块的结构示意图；

图7为本申请实施例中规则化处理模块的结构示意图；

图8为本申请实施中基于图像的零件表面智能再制造修复系统的执行示意图；

附图标记：1-操作模块；11-机械臂；12-快装螺杆；

2-快装模块；21-夹具体；22-夹紧块；221-支板；222-异形槽；223-卡槽；224-转槽；23-夹具盖；231-凸出板；232-承接槽；233-滑轨；234-滑块；235-摇杆；236-调节手柄；

3-图像采集模块；4-特征参数模块；41-模型重建单元；42-失效特征参数单元；

5-规则化处理模块；51-预存单元；52-匹配单元；53-规则化单元；54-更新单元；6-精加工模块。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

本申请提供了一种基于图像的零件表面智能再制造修复系统，如图1所示，图1为本申请实施例中基于图像的零件表面智能再制造修复系统的结构示意图，包括：操作模块1和快装模块2，以及图像采集模块3、特征参数模块4、规则化处理模块5和精加工模块6。

操作模块1可与快装模块2进行可拆卸连接。图像采集模块3、规则化处理模块5和精加工模块6均与一个快装模块2进行固定连接。

如图2所示，图2为本申请实施例中操作模块1的结构示意图，操作模块1包括：机械臂11和设置在机械臂11上的若干个长度延伸方向呈互相平行设置的快装螺杆12。

如图3、图4和图5所示，图3为本申请实施例中快装模块的结构示意图，图4为本申请实施例中夹具块和夹具体的结构示意图，图5为本申请实施例中调节手柄的结构示意图，快装模块2上设置有卡合结构，用于在被快装螺杆12贯穿后针对位于快装模块2内的快装螺杆12进行固定。快装模块2包括：沿着逐渐靠近机械臂11的方向呈依次轴向连接的夹具体21、夹紧块22和夹具盖23。

夹具盖23为薄壁状壳体。

夹紧块22具有若干个从轴向起始并且沿着径向向远离轴向的方向进行延伸的若干个支板221。支板221的板面的边缘侧开设有可与快装螺杆12的杆身进行抵接的半圆形的异形槽222。

夹具体21在面向夹紧块22的端面上凸出设置有若干个凸出板231。凸出板231的板面的边缘侧开设有可与快装螺杆12的杆身进行抵接并且可与支板221上的异形槽222进行配合的半圆形的承接槽232。

夹具体21还设置有与每个凸出板231和支板221进行配合的滑轨233、滑块234和摇杆235，以及调节手柄236。

滑轨233设置在凸出板231中与开设有承接槽232的边缘侧呈相对设置的边缘侧。滑块234滑动设置在滑轨233上。长杆状的摇杆235的在长度延伸方向上的一个端侧与滑块234进行转动连接。

支板221中远离轴向并且靠近滑轨233的端侧开设有沿着径向进行延伸的卡槽223。支板221中围合成卡槽223并且靠近滑轨233的厚度端侧开设有供摇杆235在长度延伸方向上的另一个端侧插入并且转动的转槽224。

调节手柄236可插入卡槽223中沿着径向进行延伸的部分并且与凸出板231中围合成卡槽223的部分进行螺纹连接。

具体地，该设备需要配置激光熔覆头及相关附件、图像采集装置、铣刀头，激光熔覆头、图像采集装置、铣刀头都安装有快装模块2，快装模块2通过夹具盖23上的凸耳部分与铣刀头、图像采集装置和激光熔覆头装配连接。

图像采集装置为相应于图像采集模块3工作时采用的结构。铣刀头为相应于规则化处理模块5工作时采用的结构。激光熔覆头为相应于精加工模块6工作时采用的结构。

图像采集模块3在与操作模块1和快装模块2维持连接状态时，图像采集模块3可针对零件表面的破损区域进行图像采集，相应地得到破损图像集。

具体地，首先对待修复零件破损区域进行序列图像采集，按照一定的角度拍摄至少3张以上照片，利用Shape From Motion算法重构出破损区域的三维稀疏点云，根据点云估算破损区域形状特征参数，包括最大长、宽、深度及包络形状。

特征参数模块4，用于针对破损图像集进行特征分析，得到相应于破损图像集的特征参数信息。

其中，如图6所示，图6为本申请实施例中特征参数模块的结构示意图，特征参数模块4包括：模型重建单元41和失效特征参数单元42。

模型重建单元41，用于针对破损图像集中的破损图像进行特征分析，基于ShapeFrom Motion算法重构出相应于零件表面的破损区域的三维稀疏点云。

失效特征参数单元42，用于根据三维稀疏点云，确定相应于破损区域的包括长、宽、深度和包络形状的特征参数信息。

规则化处理模块5在与操作模块1和快装模块2维持连接状态时，规则化处理模块5可根据特征参数信息进行相应于零件表面破损区域的规则化处理，得到相应于特征参数信息的规则化区域。

如图7所示，图7为本申请实施例中规则化处理模块的结构示意图，规则化处理模块5包括：预存单元51、匹配单元52和规则化单元53，以及更新单元54。

预存单元51存储有包括若干个破损预存图案的破损区域规则化形状数据库。

匹配单元52用于针对特征参数信息和破损预存图案进行匹配，相应地得到匹配结果。

规则化单元53，用于当匹配结果为存在与特征参数信息匹配的破损预存图案时，针对与特征参数信息匹配的破损预存图案进行相应于零件表面破损区域的规则化处理，得到相应于特征参数信息的规则化区域。

规则化单元53，还用于当匹配结果为不存在与特征参数信息匹配的破损预存图案时，根据特征参数信息确定相应于特征参数信息的破损预存图案。针对相应于特征参数信息的破损预存图案进行相应于零件表面破损区域的规则化处理，得到相应于特征参数信息的规则化区域。

更新单元54，用于当匹配结果为不存在与特征参数信息匹配的破损预存图案时，基于相应于特征参数信息的破损预存图案针对破损区域进行更新。

具体地，构建破损区域规则化形状数据库，根据包络形状检索匹配相近形状，如果匹配不成功，根据包络形状构建新的规则化破损区域形状放入数据库，如果匹配成功，确定破损区域规则化形状及其特征参数。

利用减材制造方式，对破损区域进行规则化处理。

精加工模块6在与操作模块1和快装模块2维持连接状态时，精加工模块6可针对规则化区域进行精加工处理，直至完成零件表的破损区域的再制造修复。

具体地，以破损区域规则化数字化模型进行分层切片，生成增材再制造修复路径，并应用激光熔覆技术完成破损区域修复。

再利用减材方式，对修复后的零件表面进行精加工。

工作原理：

(一)操作模块1与快装模块2的连接过程：

当快装螺杆12从夹具体21的大孔部分串入后，通过某一调节手柄236旋转夹紧块22夹紧快装螺杆12，旋转某一调节手柄236，用于锁死摇杆235。当需要拆卸激光熔覆头、图像采集装置或激光熔覆头时，旋转某一调节手柄236，使得摇杆235通过夹紧块22上的转槽224滑出，松开夹紧块22。

(二)系统工作原理：

如图8所示，图8为本申请实施中基于图像的零件表面智能再制造修复系统的执行示意图，首先，进行破损区域的图像采集，图像采集模块3通过六自由度机械臂11端部的快装螺杆12与快装模块2连接。完成图像采集后，上传到图像三维重建系统进行点云估算破损区域形状特征参数。

然后，拆卸图像采集模块3，安装铣刀头，按照上述规则化破损区域进行铣削，通过规则化处理模块5获得规则的修复区域。

最后，拆卸铣刀头，安装激光熔覆头，通过精加工模块6进行破损区域的激光熔覆。

以上对本申请的实施例进行了详细说明，但内容仅为本申请的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本申请的专利涵盖范围之内。