自由曲面不仅具有良好的外形表现力而且表现出优异的力学性能,在航空航天、车辆船舶、机械模具等领域的应用中日益剧增。同时,具有复杂形状的自由曲面零件给自动化堆焊修复带来了巨大困难,不仅表现在自动化堆焊的焊缝跟踪、焊枪偏差的及时调节,在待堆焊曲面的表面识别上表现的更为突出。目前,对复杂形状零件的修复主要是人工进行堆焊,在堆焊过程中的恶劣环境不仅严重损坏人们的身体健康而且也使得人工堆焊的焊接质量得不到很好的保证。同时,伴随着工业技术的进步,零件的尺寸变得更加巨大,使人工堆焊的工作变得更加繁重,迫切需要新的自动化堆焊自由曲面的焊接技术。本文主要对旋转电弧自动化堆焊自由曲面做进一步研究,文章的主要思想是通过对采样点云进行分析来对自由曲面进行识别。首先,建立自由曲面采样点关系模型,描述采样点在曲面表面的分布规律,寻求采样点云在空间绝对坐标系中的位置坐标;其次,对散乱采样点云规则化,识别点云特征曲线并提取出偏差信息,最后,通过面片拟合对曲面进行重建,完成待焊接表面的识别。具体内容如下:首先,建立旋转电弧堆焊自由曲面模型,对旋转电弧对自由曲面采样点提取原理进行模型描述,通过自由曲面表面采样点关系模型,确定出各点在绝对坐标系下的位置,并给出各采样点间的坐标关系。其次,对采样点云中表现出的特征进行分析,识别点云特征线并提取出焊缝偏差信息,以离散采样点云为基础,构造出散乱采样点云与规则化点云之间的数学模型。以主成分分析法为基本手段,结合特征点在主平面投影点处切向量夹角不连续的特征对特征点进行提取,通过特征点约束函数对特征点进行筛选,提取点云特征曲线并提取出焊缝偏差信息。然后,寻求散乱采样点云间的位置关系,并以八叉树的形式储存在立方体盒中,以点云曲率标准差阈值和点云分割深度为点云分割基础,对散乱采样点云中各点进行聚类,把整体点云分割成具有不同特征的各点云子集,并使得子立方体盒中有较好的点云密度,实现了子集中点云精确光滑的面片拟合。最后,利用面片拼接对曲面进行重建,寻找面片拼接处的曲面方程,结合差商算法对导数运算替代实现拼接处光滑过渡的思想,完成曲面的重建。结合以上的焊缝跟踪及曲面重建方法,利用试验数据,通过仿真对算法进行分析,其中识别结果中焊缝左向误差最大为0.36mm,焊缝右方向偏差最大为0.24mm;重建的最大偏差处为0.34mm,满足了对自由曲面的识别要求。