一种电弧增材制造钨针位置检测校正方法及装置与流程

本技术涉及机械，具体为一种电弧增材制造钨针位置检测校正方法及装置。

背景技术：

1、增材制造(additive manufacturing，am)技术，也称为3d打印技术，是一种基于离散-堆积原理的技术。它将零件的三维数字模型逐层切片并制造，采用材料逐渐累加的方法制造实体零件。随着科技的飞速发展，增材制造技术正在以一种创新的方式逐渐改变传统生产模式，被广泛应用于航空航天、轨道交通、能源等领域，被视为实现数字化生产的重要手段之一。

2、电弧增材制造技术是一种以电弧为载能束，以丝材为原材料，通过逐层堆焊的方式制造金属实体零件的技术。这种技术具有成形效率高、成本低等特点，在制造大型金属构件时具有独特的优势。

3、电弧增材制造技术分为熔化极和非熔化极两种。对于非熔化极成形方式，使用钨针作为放电正极，下方基板或零件作为放电负极。通过放电形成电弧并融化金属丝材，达到逐层制造的目的。在放电过程中，钨针会逐渐损耗，其形状、长度等都会对成形工艺产生一定的影响，因此需要定期更换或修理。钨针的水平方向位置决定了成形过程中原材料融化和凝固的位置，因此在更换和修理钨针时需要保持水平位置的一致性。这就需要每次更换或修理钨针时对钨针位置进行准确的检测。

4、申请内容

5、本技术的目的在于提供一种电弧增材制造钨针位置检测校正方法及装置，能够准确检测钨针位置并得到钨针偏差位置数据对钨针位置进行校正。

6、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种电弧增材制造钨针位置检测校正方法，包括：以下步骤：

7、钨针初始位置确定：对钨针初始位置进行标定，获取钨针针尖初始位置像素坐标p(x0,y0)；

8、钨针位置检测与校正：将钨针移动到标定设定位置进行钨针位置检测，位置检测时采集钨针实时图像数据，采用预设算法对钨针实时图像数据进行图像识别以及位置计算，得到当前钨针针尖位置像素坐标数据并计算钨针位置偏差p(△x,△y)，根据钨针位置偏差p(△x,△y)对钨针位置进行校正。

9、优选的，采集钨针实时图像数据时，从钨针底部分别获取钨针图像，钨针及整个焊枪图像，图像识别过程如下：

10、s1：获取钨针图像后，标注钨针所在区域，将得到的钨针图像标记为模版图像t；

11、s2：将钨针及整个焊枪图像标记为待测图像d；

12、s3：从待测图像d左上角开始，提取与模版图像t大小相同的原始图像p，根据原始图像p与模版图像t计算评分si，计算评分si包括：

13、s31：计算原始图像p上各点的x和y方向的梯度px和py；

14、s32：计算模版图像t上各点的x和y方向的梯度tx和ty；

15、s33：计算对应点的乘积结果并标准化，求和s；

16、s34：从左向右，从上到下，依次滑动原始图像p，得到不同的原始图像p和模版图像t之间的评分si；

17、s4：通过评分si得到最佳评分smax，标记为最佳匹配；

18、s5：若最佳匹配满足设定阈值，则匹配成功，得到实际检测过程中钨针的位置特征，否则匹配失败，匹配失败则返回s1继续匹配，直至匹配成功得到钨针的实际特征位置。

19、优选的，钨针位置计算包括：

20、a1：计算原始图像p在待测图像d中的位置，得到像素偏差位置p(x1,y1)；

21、a2：通过图像识别算法，识别原始图像p中钨针针尖特征，得到钨针针尖像素坐标p(x2,y2)；

22、a3：计算钨针针尖在待测图像d中的像素坐标p(x,y)；

23、a4：结合钨针针尖初始位置像素坐标p(x0,y0)与初始位置之间的标定关系，得到钨针针尖的实际位置p(x,y)。

24、优选的，计算实际偏差距离包括：根据钨针针尖的实际位置p(x,y)与钨针针尖初始位置像素坐标p(x0,y0)，得到钨针位置偏差p(△x,△y)。

25、本技术还提供一种电弧增材制造钨针位置检测校正装置，用于上述的电弧增材制造钨针位置检测校正方法，包括：

26、钨针初始位置确定单元：用于对钨针初始位置进行标定，获取钨针针尖初始位置像素坐标p(x0,y0)；

27、钨针位置检测与校正单元：用于将钨针移动到标定设定位置进行钨针位置检测，位置检测时采集钨针实时图像数据，采用预设算法对钨针实时图像数据进行图像识别以及位置计算，得到当前钨针针尖位置像素坐标数据并计算钨针位置偏差p(△x,△y)，根据钨针位置偏差p(△x,△y)对钨针位置进行校正。

28、优选的，电弧增材制造钨针位置检测校正装置包括：钨针组件、图像拍摄单元、钨针校正组件和计算单元，钨针校正组件连接钨针组件和计算单元，图像拍摄单元连接计算单元，图像拍摄单元对钨针组件进行拍摄，计算单元根据图像拍摄单元拍摄的图像计算初始位置像素坐标p(x0,y0)、对钨针实时图像数据进行图像识别以及位置计算，得到当前钨针针尖位置像素坐标数据并计算钨针位置偏差p(△x,△y)，钨针校正组件根据钨针位置偏差p(△x,△y)校正钨针组件。

29、优选的，钨针组件包括：钨针枪套、钨针、焊丝夹持机构、导丝管以及焊丝、钨针固定在钨针枪套内部，焊丝固定在导丝管内部，焊丝夹持机构夹持导丝管，焊丝夹持机构和钨针枪套通过钨针校正组件连接。

30、优选的，钨针校正组件包括传动设备、驱动器和运动控制卡，运动控制卡连接计算单元和驱动器，驱动器连接传动设备，传动设备连接焊丝夹持机构和钨针枪套，传动设备可以进行水平面两个方向的运动，运动平面为相机中轴线所在的垂直平面。

31、优选的，计算单元包括工控机，工控机连接图像拍摄单元和运动控制卡。

32、优选的，图像拍摄单元包括环形灯和工业相机，工业相机与工控机连接，环形灯与工业相机同轴安装，环形灯套在工业相机的镜头上。

33、优选的，钨针枪套、传动设备、钨针、焊丝夹持机构、导丝管和焊丝均安装固定在外部运动机构上，需要对钨针位置进行检测与校正时，通过外部运动机构将钨针枪套、传动设备、钨针、焊丝夹持机构、导丝管和焊丝移动到标定设定位置进行钨针位置检测，外部运动机构可以是机器人或机床，或者自主开发的运动平台。

34、优选地，标定设定位置可以在机器人或机床中设定工件坐标系。

35、优选地，图像识别包括图像滤波、增强、归一化、校正、模版匹配、边缘检测、特征提取以及偏差计算。

36、优选地，传动设备可以是单轴或多轴的，进行1个方向或多个方向上的调整。

37、与现有技术相比，本技术的有益效果是：

38、1、本电弧增材制造钨针位置检测校正方法能够准确检测钨针位置并得到钨针偏差位置数据对钨针位置进行校正；

39、2、本电弧增材制造钨针位置检测校正装置可以根据工业相机采集到的钨针位置图像数据，计算得到钨针位置偏差，得到位置调控指令，最后依据调控指令实现对传动设备的精准调控，进而确保钨针在更换或修理后位置的一致性，确保电弧增材制造过程的稳定系。并且，通过上位机软件与工业相机及传动设备的通信连接，整个过程为全自动进行，不需要人工参与，使得更换或修理钨针后钨针的位置能够自动归位。

技术实现思路