[發明專利]一種用于水下船體表層缺陷修復的激光熔覆裝置及方法

有效

• 申請號: 202010836724.5
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112144053B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 倪中華;顧曹涵;孫桂芳;王占棟
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;G06T7/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

1.一種用于水下船體表層缺陷修復的激光熔覆方法，其特征在于，使用激光熔覆裝置，所述激光熔覆裝置包括激光熔覆頭(1)、視覺定位機構(2)、轉動機構(3)和三維移動機構(4)，所述視覺定位機構(2)與激光熔覆頭(1)連接，所述激光熔覆頭(1)與轉動機構(3)連接，所述轉動機構(3)與三維移動機構(4)連接；所述視覺定位機構(2)用于獲得船體表層缺陷圖像；所述轉動機構(3)用于帶動激光熔覆頭(1)轉動調整熔覆角度；所述三維移動機構(4)用于帶動激光熔覆頭(1)在三維空間內移動；

所述方法包括以下步驟：

步驟1)獲取視覺定位機構(2)拍攝的船體表層缺陷圖像，識別所述船體表層缺陷圖像中的缺陷；

步驟2)根據所述船體表層缺陷圖像，得到激光熔覆頭(1)的參考角；

步驟3)參照所述參考角，控制轉動機構(3)帶動激光熔覆頭(1)轉動，調整激光熔覆頭(1)的熔覆角度；

步驟4)啟動激光熔覆頭(1)進行激光熔覆修復作業；

所述步驟2)，具體包括：

建立缺陷處和上述激光熔覆裝置所在的三維直角空間坐標系；

以缺陷處為中心頂點v_i，在所述船體表層缺陷圖像上選取關鍵特征點，建立三角網格點陣；三角網格點陣用一對線性表表示M＝{V,F}，V＝{v_j:1≤j≤n_v}表示頂點表，F＝{f_k:1≤k≤n_F}表示三角片表；

分別計算所述三角網格點陣中每一塊三角片的法向矢量；

根據所述三角網格點陣中所有三角片的法向矢量，利用式(1)計算得到缺陷處的法向矢量：

式中，A_fk表示三角片f_k的面積，N_fk表示三角片f_k的法向矢量，Fⁱ表示包含中心頂點v_i的三角片集合，γ_k表示三角片f_k在中心頂點v_i處的內角；

求取缺陷處的法向矢量在所述三維直角空間坐標系中的角位置(α，β，γ)，將所述角位置作為激光熔覆頭(1)的參考角；

其中，(x，y，z)為缺陷處的法向矢量所在直線上的任意一點。

2.根據權利要求1所述的用于水下船體表層缺陷修復的激光熔覆方法，其特征在于，所述步驟(3)和步驟(4)之間還包括：

根據所述參考角，得到熔覆位置；

控制三維移動機構(4)帶動激光熔覆頭(1)移動到熔覆位置。

3.根據權利要求2所述的用于水下船體表層缺陷修復的激光熔覆方法，其特征在于，所述根據所述參考角，得到熔覆位置，具體包括：

獲得轉動機構(3)的當前位置和轉動機構(3)與激光熔覆頭(1)的激光發射點的距離，利用式(2)計算得到熔覆位置：

式中，(x₁，y₁，z₁)表示熔覆位置，(x₂，y₂，z₂)表示轉動機構(3)的當前位置，l表示轉動機構(3)與激光熔覆頭(1)的激光發射點的距離。

4.根據權利要求1所述的用于水下船體表層缺陷修復的激光熔覆方法，其特征在于，所述視覺定位機構(2)包括雙目相機(21)和相機固定架(22)，所述相機固定架(22)轉動設置在所述激光熔覆頭(1)的頭部，雙目相機(21)安裝在相機固定架(22)上，相機固定架(22)帶動雙目相機(21)沿激光熔覆頭(1)的軸線旋轉；所述雙目相機(21)的兩個相機的光軸平行，且雙目相機(21)的拍攝方向與激光熔覆頭(1)的激光發射方向相同。

5.根據權利要求1所述的用于水下船體表層缺陷修復的激光熔覆方法，其特征在于，所述轉動機構(3)包括第一轉動本體(31)和第二轉動本體(32)，所述第一轉動本體(31)的一端與第二轉動本體(32)的一端轉動連接，所述第一轉動本體(31)的另一端與所述激光熔覆頭(1)的尾部固定連接，所述第二轉動本體(32)的另一端與三維移動機構(4)轉動連接。