涉及激光劃線，具體為一種復(fù)雜航空鋁鎂合金鑄件激光劃線裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空制造業(yè)向高精度、高復(fù)雜度和高自動(dòng)化方向發(fā)展，大量復(fù)雜結(jié)構(gòu)的航空零部件(如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、渦輪外殼等)逐漸采用鋁鎂合金材料鑄造成型。此類鑄件通常具有非對(duì)稱曲面、多級(jí)臺(tái)階、內(nèi)部腔體等復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，對(duì)后續(xù)加工工藝提出了更高的精度和一致性要求。其中，劃線工藝作為加工前的關(guān)鍵準(zhǔn)備步驟，直接影響后續(xù)加工的定位基準(zhǔn)和精度控制，是確保零件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

2、目前，行業(yè)主流的劃線方式仍以人工操作為主，劃線人員依靠劃線平臺(tái)、高度尺、專用模板等輔助工具，通過目測(cè)和經(jīng)驗(yàn)完成工件的定位與劃線。例如，在某些發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件劃線場(chǎng)景中，操作者需多次翻轉(zhuǎn)工件以完成各面的劃線，并通過人工對(duì)齊定位基準(zhǔn)面，導(dǎo)致劃線精度嚴(yán)重依賴于人員經(jīng)驗(yàn)和操作熟練度。這種傳統(tǒng)劃線方式普遍存在如下問題：

3、劃線精度不穩(wěn)定：復(fù)雜曲面和異形結(jié)構(gòu)難以通過簡(jiǎn)單量具和模板準(zhǔn)確匹配，尤其在存在自由曲面或非規(guī)則結(jié)構(gòu)的區(qū)域，人工難以實(shí)現(xiàn)高精度定位與劃線。

4、重復(fù)裝夾誤差大：由于人工需多次翻轉(zhuǎn)工件進(jìn)行多角度劃線，裝夾過程容易引入累積誤差，嚴(yán)重影響整體劃線質(zhì)量。

5、效率低且人力成本高：每件復(fù)雜工件的劃線時(shí)間長(zhǎng)，依賴熟練操作工，難以適應(yīng)批量制造需求。

6、一致性差，無法追溯與記錄：劃線過程缺乏數(shù)字化記錄，不利于工藝標(biāo)準(zhǔn)化管理與質(zhì)量追溯。

7、針對(duì)以上問題，部分研究已開始探索自動(dòng)化劃線方法。例如，有研究提出采用激光投影輔助劃線，通過將cad路徑投射于工件表面進(jìn)行人工描線；也有系統(tǒng)嘗試將工業(yè)機(jī)器人結(jié)合視覺系統(tǒng)用于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)劃線。但這些方法大多局限于平面或規(guī)則結(jié)構(gòu)，難以適應(yīng)復(fù)雜航空鑄件的高曲率、不規(guī)則、多方位等結(jié)構(gòu)特征，且仍存在定位誤差大、坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)接困難、路徑規(guī)劃受限等問題。

8、綜上所述，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜航空鋁鎂合金鑄件的高精度、全自動(dòng)激光劃線，突破傳統(tǒng)人工方式的精度與效率瓶頸，成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的，現(xiàn)有技術(shù)中存在無法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜航空鋁鎂合金鑄件的高精度、全自動(dòng)激光劃線，突破傳統(tǒng)人工方式的精度與效率瓶頸的技術(shù)難題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

2、一種復(fù)雜航空鋁鎂合金鑄件激光劃線裝置，包括：

3、劃線平臺(tái)；

4、可翻轉(zhuǎn)工裝，包括工裝框架和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述工裝框架水平放置于劃線平臺(tái)上，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述工裝框架及被裝夾的鋁鎂合金鑄件實(shí)現(xiàn)多個(gè)固定角度的翻轉(zhuǎn)；

5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件，包括沿x、y、z三個(gè)方向可移動(dòng)的高精度滑臺(tái)模組，所述滑臺(tái)模組安裝于劃線平臺(tái)上。

6、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述劃線平臺(tái)設(shè)置有自動(dòng)調(diào)平找正機(jī)構(gòu)，用于確保平臺(tái)處于水平狀態(tài)。

7、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述可翻轉(zhuǎn)工裝還包括定位裝置，所述定位裝置用于實(shí)現(xiàn)掃描坐標(biāo)系與劃線路徑坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

8、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件頂部設(shè)有安裝架，所述安裝架設(shè)置有第一工位和第二工位，分別用于安裝激光三維成像系統(tǒng)和激光劃線系統(tǒng)。

9、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述激光三維成像系統(tǒng)包括激光掃描儀、圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口，用于對(duì)所述鋁鎂合金鑄件進(jìn)行三維建模并生成劃線區(qū)域圖像；

10、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述激光劃線系統(tǒng)包括激光器、聚焦組件及控制模塊，用于根據(jù)生成的劃線路徑在所述鋁鎂合金鑄件表面進(jìn)行激光劃線操作。

11、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種復(fù)雜航空鋁鎂合金鑄件激光劃線方法，基于所述的裝置實(shí)現(xiàn)，包括：

12、采集鋁鎂合金鑄件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的步驟；

13、識(shí)別鋁鎂合金鑄件的結(jié)構(gòu)特征并確定劃線區(qū)域，生成初始劃線路徑數(shù)據(jù)的步驟；

14、解析坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并基于所述參數(shù)將所述劃線路徑數(shù)據(jù)從掃描坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為劃線執(zhí)行坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)的步驟；

15、生成劃線路徑控制信號(hào)，包括劃線軌跡、劃線速度、激光功率與劃線寬度參數(shù)的步驟。

16、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存介質(zhì)，用于儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被計(jì)算機(jī)讀取時(shí)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的方法。

17、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)，包括處理器和儲(chǔ)存介質(zhì)，當(dāng)所述處理器讀取所述儲(chǔ)存介質(zhì)中儲(chǔ)存的計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的方法。

18、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，作為計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的方法。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益之處在于：

20、通過引入激光三維成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜航空鋁鎂合金鑄件的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度數(shù)字化掃描，能夠完整捕捉復(fù)雜鑄件的曲面細(xì)節(jié)和多級(jí)結(jié)構(gòu)形貌。相比傳統(tǒng)依賴人工量具定位的方式，激光成像系統(tǒng)具備非接觸、快速建模、誤差小等優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)自動(dòng)劃線提供準(zhǔn)確、統(tǒng)一的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，大幅提升了劃線的定位精度和數(shù)字化水平。

21、采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件中的高精密滑臺(tái)模組實(shí)現(xiàn)激光設(shè)備在三維空間內(nèi)的可控移動(dòng)，使得劃線裝置能夠靈活應(yīng)對(duì)鑄件上不同位置、不同角度的劃線需求?，F(xiàn)有系統(tǒng)中，多依賴固定角度加工平臺(tái)或手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，難以覆蓋復(fù)雜面位，而本發(fā)明通過六自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)異形結(jié)構(gòu)全面無死角的劃線路徑執(zhí)行，顯著提高了適應(yīng)能力和劃線質(zhì)量。

22、引入可翻轉(zhuǎn)工裝結(jié)構(gòu)，支持工件在不同角度(如0°、90°、180°、270°)的精準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)，使復(fù)雜鑄件在保持定位精度的前提下可被多視角全面掃描和劃線。與現(xiàn)有技術(shù)中人工翻轉(zhuǎn)后需重新找正對(duì)位不同，本發(fā)明通過一體式翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與工裝框架內(nèi)置的定位裝置實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的自動(dòng)識(shí)別與轉(zhuǎn)換，有效避免了重復(fù)裝夾誤差，確保了劃線基準(zhǔn)的一致性和連續(xù)性。

23、本發(fā)明的激光劃線系統(tǒng)搭載控制系統(tǒng)，可根據(jù)工件材質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)激光功率、劃線速度和劃線寬度，使劃線軌跡適應(yīng)不同區(qū)域的加工要求。傳統(tǒng)手動(dòng)劃線在應(yīng)對(duì)光潔表面或不同反光率材料時(shí)容易出現(xiàn)劃痕深淺不一的問題，而該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了激光參數(shù)的自動(dòng)化匹配，提高了劃線的一致性與清晰度，滿足航空零件精密工藝標(biāo)準(zhǔn)。

24、圖像處理系統(tǒng)與路徑規(guī)劃算法結(jié)合，使得激光劃線路徑能夠根據(jù)三維成像結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)生成，并結(jié)合鑄件結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行路徑優(yōu)化。與傳統(tǒng)模板比對(duì)或經(jīng)驗(yàn)劃線相比，路徑規(guī)劃系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由cad圖到實(shí)物的無縫映射，大幅減少人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了高度一致的劃線過程，對(duì)航空制造流程標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化具有重要意義。

25、控制柜的集成化設(shè)計(jì)將所有系統(tǒng)電源、信號(hào)處理與顯示模塊統(tǒng)一整合，不僅提升了系統(tǒng)操作的便利性，也便于對(duì)整個(gè)劃線流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與參數(shù)調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有劃線設(shè)備中分散式控制結(jié)構(gòu)相比，該方案的控制柜設(shè)計(jì)便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)快速部署與管理，有助于提升設(shè)備的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可維護(hù)性。

26、可以應(yīng)用于復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)件的高精度自動(dòng)劃線工藝中，特別適用于鋁鎂合金鑄件的多面定位與精密標(biāo)記。