铸锻物料激光标刻系统设计及关键技术研究

摘要

物料自动标识是实现制造企业信息化的关键技术。铸锻行业具有典型的离散制造特点，其生产过程温度高，生产环境恶劣，加工出的零部件样式多且表面粗糙，传统技术很难实现零部件标识。激光直接标刻技术是近年来兴起的新型标识技术，其在铸锻行业应用存在很多问题，主要包括：传统激光打标机难以适应铸锻行业各种空间位置和各种零件形状的实际标刻需求；激光加工参数选取困难，且由于铸锻物料表面质量低，导致实际标刻的QR码（Quick Response Code，快速响应矩阵码）图像难以识别；系统信息化水平较低，使用效率低下。针对这些问题，本文研究铸锻物料激光标刻技术，为激光标刻技术在铸锻行业应用提供系统解决方案，主要研究内容如下： （1）根据铸锻行业实际加工需求，分析铸锻物料生产应用场景，明确了设计难点，给出了系统设计目标。 （2）提出了针对铸锻物料的移动式激光打标机总体设计方案，设计了激光打标机整体结构及主要零部件结构；利用Autodesk Inventor软件对激光打标机进行了三维造型与装配仿真，并对核心部件——激光定位机构进行了有限元分析，验证了它的设计参数。 （3）通过分析激光加工参数，针对铸锻物料设计并完成了加工参数正交实验，并基于实验结果给出了激光加工参数。 （4）提出了基于模拟退火-BP（back propagation，反向传播）神经网络的铸锻物料表面QR码识别算法，对铸锻物料表面受到粗糙凹坑、锈蚀、污渍等因素污染的QR码图像进行复原处理并识别，提高了QR码识别成功率。 （5）针对企业需求，设计并实现了激光标刻数据平台及系统辅助程序，提高了系统的信息化水平。 本文所设计的铸锻物料激光标刻系统能解决目前激光标刻技术在铸锻行业应用的实际问题，并已投入西北某集团企业现场实际生产使用，达到了预期的使用效果。铸锻物料激光标刻系统可以在铸锻行业进行推广，也为其它行业激光标刻技术的研究提供了参考，具有十分重要的意义。

目录

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 激光标刻技术研究现状

1.2.1 激光标刻技术概述

1.2.2 铸锻物料信息标记技术现状

1.3 二维码标识技术概况及研究现状

1.3.1 二维码标识技术概况

1.3.2 激光标刻QR码技术的研究现状

1.3.3 金属表面QR码识别技术研究现状

1.4 课题任务来源及章节安排

第2章 铸锻物料激光标刻系统分析

2.1 引言

2.2 脉冲光纤激光器工作原理

2.3 应用场景分析

2.4 铸锻物料激光标刻系统分析

2.4.1 移动式激光打标机

2.4.2 激光加工参数及QR码识别

2.4.3 激光标刻数据平台

2.5 本章小结

第3章 移动式激光打标机机械结构设计

3.1 引言

3.2 移动式激光打标机总体设计方案

3.3 移动式激光打标机整体设计

3.3.1 移动式激光打标机整体结构

3.3.2 移动式激光打标机工作原理及步骤

3.4 移动式激光打标机主要零部件设计

3.4.1 移动底座及电控操作台设计

3.4.2 激光器定位机构设计

3.4.3 移动式激光打标机三维装配仿真

3.5 激光器定位机构有限元分析

3.5.1 立柱的静力学分析

3.5.2 横梁-A的静力学分析

3.5.3 横梁-B的静力学分析

3.5.4 激光器定位机构整体位移分析

3.6 本章小结

第4章 激光标刻QR码加工参数及其识别算法研究

4.1 引言

4.2 激光标刻QR码试验方案设计

4.2.1 激光标刻QR码图像质量评价

4.2.2 激光器加工参数分析

4.2.3 正交试验设计

4.2.4 正交试验结果分析

4.3 铸锻物料表面QR码图像处理分析

4.3.1 铸锻物料表面二维码图像质量分析

4.3.2 QR码图像处理分析

4.4 局部自适应阈值分割及中值滤波

4.5 污损QR码图像复原算法实现

4.5.1 BP神经网络拓扑结构及算法过程

4.5.2 模拟退火-BP神经网络设计

4.5.3 QR码图像复原模型设计

4.6 实验设计与结论

4.6.1 实验设计

4.6.2 实验结果及结论

4.7本章小结

第5章 激光标刻数据平台设计与实现

5.1 引言

5.2 激光标刻数据平台需求分析

5.2.1 系统分析

5.2.2 系统采集需求分析

5.2.3 数据存储需求分析

5.2.4 数据处理与使用需求分析

5.2.5 系统非功能性需求

5.3系统设计与实现

5.3.1 系统总体框架设计

5.3.2 系统功能分析

5.3.3 数据库设计设计

5.3.4 各功能模块设计

5.3.5 激光标刻数据平台展示

5.4 辅助程序设计

5.4.1 激光器在线打标程序设计

5.4.2 二维码扫码程序设计

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读工程硕士学位期间所发表的专利及著作权

附录B 攻读工程硕士学位期间所参与项目