[发明专利]三维数字化钢轨激光修复装置和修复方法

权利要求书

1.三维数字化钢轨激光修复装置，其特征在于：包括激光熔敷机器人系统和三维模型重建系统；

所述机器人系统包括工控机、机器人、机器人控制器、激光发生器、激光焊枪、金属粉送粉器和喷头；所述机器人控制器连接所述机器人和所述工控机，所述机器人控制器连接有激光控制器和送粉控制器，所述激光控制器连接所述激光焊枪，所述送粉控制器连接所述金属粉送粉器，所述激光扫描仪连接所示视频采集卡再连接所述工控机；

所述三维模型重建系统包括激光扫描仪和视频采集卡，所述视频采集卡和所述工控机相连，所述激光扫描仪连接所述视频采集卡。

2.如权利要求1所述的修复装置，其特征在于：所述工控机连接有显示装置。

3.如权利要求3所述的修复装置，其特征在于：所述工控机设置有系统控制软件，所述系统控制软件控制整个系统的各部分协同工作，从而自动完成修复任务。

4.如权利要求3所述的修复装置，其特征在于：所述工控机设置有网络连接装置，从而能够通过有线或者无线的方式联网工作。

5.三维数字化钢轨激光修复方法，其特征在于：包括使用上述权利要求4所述修复装置的激光扫描三维模型重建方法和三维模型驱动机器人的控制方法，以及激光熔敷技术。

6.如权利要求5所述的修复方法，其特征在于：所述激光扫描三维模型重建方法，包括，步骤a，工作人员根据钢轨破损程度确认钢轨待修复位置和范围；

步骤b，将三维数字化钢轨激光熔敷机器人放置在确定的位置，保证待修复部分在机器人作业范围之内；

步骤c，运动平台沿钢轨运动，线结构光投射在钢轨表面，CCD摄像机实时采集扫描线信息；

步骤d，通过运动平台运动可以直接读取x坐标，通过CCD摄像机实时采集扫描线信息可以得到y、z坐标；

步骤e，经图像处理、三维重建后获得由扫描点组成的被扫描物体表面的三维形状位置信息；

步骤f，经工控机软件系统，可将x、y、z激光扫描仪坐标系统经变换矩阵转化到ax、ay、az机器人坐标系统中，最终可以得到实际破损钢轨的真实模型。

7.如权利要求5所述的修复方法，其特征在于：所述三维模型驱动机器人的控制方法，包括，步骤A，经激光扫描三维模型重建，得到实际破损钢轨真实模型后，与标准钢轨模型进行数据对比，可得待加工部分的三维数字模型；

步骤B，工作人员在操作界面设置好加工行距、层高、加工方位等参数后，软件系统自动分析待加工三维数字模型，对待加工模型进行分层、分条处理，并规划出机器人的运动路径序列；

步骤C，操作界面显示器，将规划好的机器人运动路径序列，经运动模拟后，真实的模拟整个修复过程；

步骤D，工作人员确认模拟修复过程后，机器人进行激光熔敷作业，直至修复完成。

8.如权利要求5所述的修复方法，其特征在于：所述激光熔敷技术逐层对钢轨破损部位进行精确修复，提高零件表面的硬度、耐磨性等机械性能，提高材料的使用寿命。