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高铁白车身的点云重构和刀路规划技术
| 论文题名： | 高铁白车身的点云重构和刀路规划技术 |
| 关键词： | 高铁车身;腻子打磨;点云数据;曲面重构;刀轨规划 |
| 摘要： | 众所周知,动车组涂装工艺主要是为了提高铝合金车体表面质量和外观装饰性。由新车车身生产涂装工艺流程可知，生产过程中存在多道打磨工序，包括腻子打磨中的粗磨、精磨，以及每喷涂一次油漆后的打磨。而车体转接部分为曲面，车头形状复杂，且实物模型在经过其他工序处理后与理论模型存在差异。因此，采用机器人进行打磨时缺乏精确的数据模型，而示教的方法显然在精度和打磨效率上难以满足生产需求。现有的腻子打磨多采取落后的手工磨抛作业方式，打磨作业费时、费力、且人工打磨难以保证整车打磨质量的一致性。此外，长时间、高强度的作业环境严重危害技术人员的健康安全。因此，研究高铁车身腻子的机器人打磨具有十分重要的经济和社会意义。 采用机器人技术对腻子进行打磨，首先需要识别出缺陷区域的表面特征，得到其数字模型。基于此，设想通过获取车体表面缺陷区域的点云数据，基于UG进行二次开发，实现对缺陷区域的点云曲面重构，并依此进行刀轨规划，从而应用于机器人腻子打磨的方法改良中。 1.本文首先根据项目依托对现有高铁车体腻子打磨的发展形势、技术难点以及国内外研究现状展开调查，针对视觉技术在机器人加工中的应用，介绍了点云重构技术和基于点云的刀轨规划技术； 2.结合UG二次开发基本和BlockUI Styler模块，分别从点云文件读取、点云坐标提取和重构函数对点云重构插件设计的关键技术展开了说明； 3.分析并对比现有刀轨规划方法，包括刀路拓扑结构、步距和行距控制算法。选取光滑之字形路径作为本课题的拓扑结构，选取等弦高误差法作为本课题的步长控制方法。同时根据等残留高度法提出了一种基于等残留高度计算的变参数法，最后对刀轨规划插件的设计和刀轨规划的总流程进行了说明； 4.对不同种姿态的确定方法进行分析对比，计算刀具在加工刀位点处的工具姿态。介绍了两种不同的齐次矩阵转四元数算法，并基于RAPID语言的程序格式对刀位文件进行后置处理，将其转换成机器人能够识别的加工代码； 5.针对所设计插件的功能，运用Geomagic Quality软件对重构曲面进行精度分析。运用Robot Studio对加工代码进行软件仿真，并在机器人上进行局部腻子打磨实验，验证了刀轨的可行性； 6.针对本文研究内容和已经取得的成果进行总结，同时对课题的不足之处提出建议和改进措施。 |
| 作者： | 方文杰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 丁汉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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