再制造轧辊缺陷测量与模型重建技术研究

论文摘要

轧辊是使金属产生塑性变形的工具,轧辊在工作过程中极易产生辊面剥落等缺陷,近年来利用激光再制造修复轧辊缺陷的技术得到了很大推广,激光再制造修复轧辊缺陷时,往往需要对轧辊缺陷部位进行人工测量和加工路径规划,严重影响了激光再制造过程的自动化。因此,利用先进的现代测量手段,实现对再制造轧辊局部缺陷部位的测量,重建待修复区域的三维形貌,将对后续实现自动化加工路径规划产生重要意义。本文主要在已有零件三维形貌测量方法的基础上,设计出一套轧辊缺陷测量与重构系统。本文主要从以下几方面进行了研究：综述了零件三维形貌测量技术的研究现状,阐述了本文的研究意义；阐述了轧辊缺陷测量的基本原理和缺陷模型重建基本理论,提出了基于扫描测距法的再制造轧辊缺陷测量方法；设计了轧辊缺陷测量系统的总体方案,搭建了测量系统的硬件平台,对相关主要硬件如测距传感器、数据采集卡等进行了分析和选型；以图形化编程工具LabVIEW为开发平台,编写了轧辊缺陷测量系统软件,该软件包括数据采集系统、数据处理系统和缺陷拟合系统三个版块,可以实现对轧辊缺陷的三维扫描测量和逆向拟合重建；对缺陷测量与重建系统进行了实验验证,利用现场标定完毕的测距传感器,对带有沟槽缺陷的实验工件进行了扫描测量,并重建出了缺陷的三维形貌,提取出了缺陷的三维边界,并对实验结果进行了误差分析,对影响缺陷测量精度的相关因素进行了讨论；利用拟合缺陷曲面的三维点云数据,借助于PRO/E边界混合实体特征,重构出缺损零件的实体模型,并将其与完好零件CAD模型进行布尔运算,提取出缺损部位的三维模型作为激光再制造的几何实体模型。本文研究的轧辊缺陷测量与重构系统可以基本实现对缺陷的三维测量和模型重建,最终获得的缺陷再制造实体模型可以借助PRO/NC模块生成加工代码,指导激光再制造修复轧辊缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 轧辊及轧辊缺陷
• 1.1.2 轧辊缺陷的激光再制造修复
• 1.2 课题研究目的与意义
• 1.3 和课题有关的国内外研究现状分析
• 1.3.1 零件三维形貌测量的研究现状分析
• 1.3.2 再制造零件三维测量的国外研究现状
• 1.3.3 再制造零件三维测量的国内研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 轧辊缺陷测量与重建基本原理
• 2.1 轧辊缺陷扫描测量原理
• 2.2 缺陷测量数据的预处理
• 2.2.1 点云数据预处理方法
• 2.2.2 噪音点去除
• 2.2.3 测量数据平滑滤波
• 2.3 轧辊缺陷模型重建原理
• 2.3.1 曲面重构算法概述
• 2.3.2 网格节点数据的插值算法
• 2.3.3 轧辊缺陷曲面重构算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 轧辊缺陷测量系统硬件设计
• 3.1 轧辊缺陷测量总体方案设计
• 3.2 测量系统的硬件组成
• 3.3 关键元器件选型
• 3.3.1 测距传感器
• 3.3.2 数据采集卡
• 3.3.3 光电测距传感器的电源
• 3.4 硬件系统接线图
• 3.5 本章小结
• 第4章 轧辊缺陷测量系统软件设计
• 4.1 测量软件开发环境LabVIEW
• 4.2 测量软件总体设计
• 4.3 数据采集系统软件设计
• 4.4 数据处理系统软件设计
• 4.4.1 采集数据的滤波降噪
• 4.4.2 采集点三维参数整合
• 4.5 缺陷拟合系统软件设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 测量系统实验验证及误差分析
• 5.1 传感器标定实验
• 5.1.1 实验方案
• 5.1.2 实验结果分析
• 5.2 缺陷测量与重建实验
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 精度分析与误差控制
• 5.3.1 测量系统流程图
• 5.3.2 影响缺陷测量精度的因素分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 再制造模型的提取和重构
• 6.1 PRO/E及PRO/NC介绍
• 6.2 基于MATLAB和PRO/E的实体重构
• 6.2.1 *.ibl格式三维数据文件的获取
• 6.2.2 利用PRO/E边界混合生成缺陷曲面
• 6.2.3 待修复缺陷实体模型重构
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文