适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及构件喷涂技术领域，具体涉及一种适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法。该适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法，包括以下步骤：步骤1：融合扫描帧：获取各激光雷达的扫描帧，将各激光雷达对应的扫描帧融合为一个扫描帧；步骤2：对扫描帧进行点云滤波处理；步骤3：提取边缘特征及面特征；步骤4：轮廓参数化；步骤5：生成喷涂轨迹，提供一种适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法。

【技术实现步骤摘要】
适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法
本专利技术涉及构件喷涂
，具体涉及一种适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法。
技术介绍
随着产业升级，对工业喷涂生产领域的需求逐步增大。目前对于小批量、多种类钢构件的喷涂，如果继续采用传统的喷涂方式如手工喷涂、示教离线喷涂机器人，则远远无法适应钢构件的流水线喷涂作业方式。手工喷涂存在效率低、质量差、漆膜厚度不均匀、危害身体健康等弊端。钢构件在流水线上的摆放位姿比较随意，而示教离线喷涂机器人则要求相对于钢构件的位姿具有一致性。不同型号、不同系列、不同摆放位姿的工件都需要定制一套喷涂作业程序，存在柔性作业差、成本高、效率低、编程工作量大、安全性低、操作复杂繁琐等弊端。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法，流水线传送带上通过安装支架安装固定激光雷达，各激光雷达的连线横跨流水线传送带的上方均匀分布，相邻激光雷达的扫描范围交叉设置，激光雷达扫描流水线传送带输送的构件，包括以下步骤：步骤1：融合扫描帧：获取各激光雷达的扫描帧，将各激光雷达对应的扫描帧融合为一个扫描帧；步骤2：对扫描帧进行点云滤波处理；步骤3：提取边缘特征及面特征；步骤4：轮廓参数化；步骤5：生成喷涂轨迹。所述激光雷达的个数为3个，自流水线传送带一侧向另一侧依次为1号激光雷达、2号激光雷达及3号激光雷达，所述步骤1中具体步骤如下：将1号激光雷达和3号激光雷达每周期的扫描帧通过空间变换对齐到2号激光雷达每周期的扫描帧中，形成构件某一时刻完整的扫描帧，则i时刻构件的扫描帧公式如下：式中Fi1为1号激光雷达i时刻的扫描帧，Fi2为2号激光雷达i时刻的扫描帧，Fi3为3号激光雷达时刻的扫描帧，T12为1号激光雷达到2号激光雷达的变换矩阵，T32为3号激光雷达到2号激光雷达的变换矩阵，Fi为构件i时刻的扫描帧。步骤2包括以下子步骤：2-1:通过直通滤波器对扫描帧Fi提取满足约束条件的内点，其中zmin为构件顶面最高点的范围阈值，zmax为构件底面最低点的范围阈值，ymin为流水线传送带最小宽度处坐标，ymax为流水线传送带最大宽度处坐标；2-2：利用RadiusOutlierRemoval滤波器对上述内点进行去除离群点的操作，其中搜索半径R,最小近邻数量K为与点云数据分布相关的超参数；2-3：最后使用体素网格滤波器对经过步骤2-2处理后的点云数据进行下采样，其中叶子节点尺寸L为与点云数据分布相关的超参数，经过上述三个滤波器处理后的扫描帧记为Fi′。步骤3中对构件轮廓扫描帧Fi′提取特征点Fi＝{Fie,Fip}，其中Fie为边缘点，边缘点是喷枪动作的节点，Fip为平面点，平面点对应待喷涂区域；具体方法为利用求取每一个离散点的曲率，其中S为待求点的邻域集合，为局部坐标系L下第k扫描帧的第i个的坐标点，为局部坐标系L下第k扫描帧的第j个的坐标点。步骤4中，根据构件的类型设定边缘点阈值ce和平面点阈值cp，大于ce的设置为边缘点，小于cp的设置为平面点；每两个边缘点之间都存在n个平面点，利用最小二乘多项式直线拟合求出每一段平面点的直线方程yi＝fi(x)，对构件的扫描帧轮廓数据进行参数化表示，根据喷涂工艺设定离散步长△j，对参数方程进行离散化将扫描帧数据转化均匀分布的离散点。步骤5中根据步骤4中的轮廓参数化方程和离散点，结合相关喷涂工艺参数，形成具有时间和速度特性的喷涂轨迹g＝f(v,t)，再利用公式G＝Tg，其中T为2号激光雷达到喷涂机械臂的转换矩阵，进行变换对齐到喷涂机械臂作业空间内。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)适用于多类型钢构件的流水线式柔性喷涂作业；(2)相比于重建完整3D模型的方法，具有计算量小、实时性高、通用性强、效率高等优势，在做到即时扫描即时喷涂的的同时还能节省产线的布置空间，节约生产成本。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的流程图。图3是槽钢构件的轮廓示意图。图中：1、1号激光雷达；2、2号激光雷达；3、3号激光雷达；4、安装支架；5、构件；6、流水线传送带。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例做进一步描述：实施例如图1至图3所示，流水线传送带6上通过安装支架4安装固定激光雷达，各激光雷达的连线横跨流水线传送带6的上方均匀分布，相邻激光雷达的扫描范围交叉设置，安装支架4横跨流水线传送带6通过地脚固定好，避免与流水线传送带6的直接接触，激光雷达安装在安装支架4上，激光雷达扫描流水线传送带6输送的构件5，激光雷达连接控制系统，控制系统通信连接喷涂机械臂，喷涂机械臂上设置有喷涂装置，包括以下步骤：步骤1：融合扫描帧：获取各激光雷达的扫描帧，将各激光雷达对应的扫描帧融合为一个扫描帧；激光雷达的个数为3个，自流水线传送带6一侧向另一侧依次为1号激光雷达1、2号激光雷达2及3号激光雷达3，本实施例设置将3颗LMS4111激光雷固定安装在安装支架4上，一颗即2号激光雷达2位于产线正中间，另外两颗即1号激光雷达1及3号激光雷达3分别固定于产线外侧，形成交叉扫描视场，完成对流水线上构件的完全覆盖，具体分布如图1所示。步骤1中具体步骤如下：将1号激光雷达1和3号激光雷达3每周期的扫描帧通过空间变换对齐到2号激光雷达每周期的扫描帧中，形成构件某一时刻完整的扫描帧，则i时刻构件的扫描帧公式如下：式中Fi1为1号激光雷达1i时刻的扫描帧，Fi2为2号激光雷达2i时刻的扫描帧，Fi3为3号激光雷达3时刻的扫描帧，T12为1号激光雷达到2号激光雷达的变换矩阵，T32为3号激光雷达到2号激光雷达的变换矩阵，Fi为构件i时刻的扫描帧。其中变换矩阵T12、T32需要根据激光雷达的安装位姿提前计算标定，R1、t1为1号激光雷达到2号激光雷达的旋转矩阵和平移向量，R3、t3为3号激光雷达到2号激光雷达的旋转矩阵和平移向量。计算每一帧数据点与激光雷达x轴夹角LMS4111激光雷达的视场角范围为[-35°,35°]，剔除接近视场角边缘的点。步骤2：对扫描帧进行点云滤波处理；获取的点云数据由于测量随机误差，如设备精度、现场环境、安装误差等，会产生一些噪声点和离群点并且数据密度不均匀，对后期数据处理如特征点提取等产生很大的影响。因此设置步骤2包括以下子步骤：2-1:通过直通滤波器对扫描帧Fi提取满足约束条件的内点，即构件i时刻的完整轮廓扫描帧。其中zmin为构件顶面最高点的范围阈值，zmax为构件底面最低点的范围阈值，ymin为流水线传送带最小宽度处坐标，ymax为流水线传送带最大宽度处坐标；2-2：利用RadiusOutlierRemoval滤波器对上述内点进行去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法，流水线传送带(6)上通过安装支架(4)安装固定激光雷达，各激光雷达的连线横跨流水线传送带(6)的上方均匀分布，相邻激光雷达的扫描范围交叉设置，激光雷达扫描流水线传送带(6)输送的构件(5)，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：融合扫描帧：获取各激光雷达的扫描帧，将各激光雷达对应的扫描帧融合为一个扫描帧；/n步骤2：对扫描帧进行点云滤波处理；/n步骤3：提取边缘特征及面特征；/n步骤4：轮廓参数化；/n步骤5：生成喷涂轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法，流水线传送带(6)上通过安装支架(4)安装固定激光雷达，各激光雷达的连线横跨流水线传送带(6)的上方均匀分布，相邻激光雷达的扫描范围交叉设置，激光雷达扫描流水线传送带(6)输送的构件(5)，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：融合扫描帧：获取各激光雷达的扫描帧，将各激光雷达对应的扫描帧融合为一个扫描帧；
步骤2：对扫描帧进行点云滤波处理；
步骤3：提取边缘特征及面特征；
步骤4：轮廓参数化；
步骤5：生成喷涂轨迹。


2.根据权利要求1所述的适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法，其特征在于，所述激光雷达的个数为3个，自流水线传送带(6)一侧向另一侧依次为1号激光雷达(1)、2号激光雷达(2)及3号激光雷达(3)，所述步骤1中具体步骤如下：
将1号激光雷达(1)和3号激光雷达(3)每周期的扫描帧通过空间变换对齐到2号激光雷达每周期的扫描帧中，形成构件某一时刻完整的扫描帧，则i时刻构件的扫描帧公式如下：
式中Fi1为1号激光雷达(1)i时刻的扫描帧，Fi2为2号激光雷达(2)i时刻的扫描帧，Fi3为3号激光雷达(3)时刻的扫描帧，T12为1号激光雷达到2号激光雷达的变换矩阵，T32为3号激光雷达到2号激光雷达的变换矩阵，Fi为构件i时刻的扫描帧。


3.根据权利要求2所述的适用于钢构件自动喷涂装置的轨迹实时提取方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤：
2-1:通过直通滤波器对扫描帧Fi提取满足约束条件的内点，其中zmin为构件顶面最高点的范围阈值，zmax为构件底面最低点的范围阈值，ymin为流水线传送带最小宽度处坐标，ymax为流水线传送带最大宽度处坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，刘剑，黄倩文，王常江，朱忠成，
申请(专利权)人：山东华锐智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37