本发明专利技术公开了一种基于三维扫描仪的打磨算法，属于机械加工领域。准备工作，标定三维扫描仪坐标系；机器人示教扫描位置和扫描姿态；扫描工件获得三维数据；使用三维数据拟合待打磨区域附件工件表面方程，计算待打磨区域边界、面积和高度；根据待打磨区域面积和打磨工艺参数规划路径，计算路径控制点，根据表面方程计算每个路径控制点附近机器人的打磨姿态；根据高度计算打磨次数，机器人沿着打磨路径、调整至打磨姿态进行打磨；打磨完毕后评估打磨效果。能够实现工件待打磨区域的平面磨和曲面磨，其中平面打磨能够达到高精度和高稳定性，曲面打磨能够实现打磨区域和工件本体之间平滑过度的打磨效果。滑过度的打磨效果。滑过度的打磨效果。
【技术实现步骤摘要】
一种基于三维扫描仪的打磨算法和装置
[0001]本专利技术属于机械加工
，尤其是一种基于三维扫描仪的打磨算法。
技术介绍
[0002]目前，在各类金属材料加工领域，打磨工序大多还停留在由人工操作的阶段，打磨的机械化和自动化水平很低，尤其是大尺寸零件的打磨基本停留在人工锤击和砂轮打磨阶段，现场作业环境恶劣，工人劳动强度大，且打磨产生的金属粉尘对工人身体健康有害，急需机器人在此领域代替人工。
[0003]现有技术中，通常采用一下几种方法：对于公差非常小的工件，如厨卫水龙头等，可以通过机器人示教路径的方法，人工标记工件上的全部打磨点位，存入机器人控制器后形成固定的打磨路径。这种方法的缺点是：对于同类型待打磨工件，打磨的路径存入机械臂之后是固化的不可变的，并且由于这种打磨方法在打磨工件时完全遵循预先设定的打磨路径(即示教路径)，这就要求待打磨的工件的公差非常小，一旦公差超限，就会导致预先设定的打磨路径偏离待打磨区域，打磨时就很容易损伤工件本体。
[0004]对于公差较小的工件，采用人工示教打磨路径结合自动路径纠偏的方法。这种方法需要根据工件的种类预先设定打磨路径(即示教路径)在实际打磨过程中再根据待打磨区域进行自动路径纠偏。以上方法的缺点在于：对于公差达到1mm以上的超大型工件(长两米以上)，示教打磨路径方法需要大量繁琐的人工示教工作，而压力式柔性打磨工具适用的范围较小，无法用来打磨特殊材料制作的工件；这种人工示教方法应用于待打磨点位非常多的工件时，需要对每一个打磨点位都进行准确的人工示教，将耗费大量工时，且一旦人工示教出现问题，后续打磨工序也将会出现问题，整道打磨工序对人工要求非常高。
[0005]综上所述，需要开发一种可以应用于表面一致性差、公差很大(大于1mm)且尺寸超大的工件的全自动路径规划打磨算法。
技术实现思路
[0006]为了克服上述技术缺陷，本专利技术提供一种基于三维扫描仪的打磨算法和装置，以解决
技术介绍
所涉及的问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于三维扫描仪的打磨算法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、准备工作，标定三维扫描仪坐标系；
[0009]步骤2、机器人示教扫描位置和扫描姿态；
[0010]步骤3、扫描工件获得数据；
[0011]步骤4、拟合打磨区域所在平面或曲面方程，计算打磨区域边界，面积和高度；
[0012]步骤5、计算打磨姿态，计算打磨路径控制点；
[0013]步骤6、自动规划打磨路径，沿路经打磨；
[0014]步骤7、打磨效果评估。
[0015]优选地或可选地，所述步骤4还包括如下步骤：
[0016]步骤41、根据三维扫描仪得到的三维数据，拟合打磨区域所在曲面方程或者平面方程表面方程；
[0017]步骤42、计算打磨区域边界和高度，计算边界的最小外接矩形或圆，计算矩形或圆的面积。
[0018]优选地或可选地，所述步骤41还包括如下步骤：
[0019]步骤411、对数据进行随机降采样；
[0020]步骤412、使用降采样的数据拟合曲面方程或平面方程；
[0021]步骤413、重复步骤11至12，获得多个曲面方程或平面方程。
[0022]步骤414、用降采样之前的数据对所有拟合得到的曲面方程或平面方程逐一进行校验，获得拟合程度最好的方程，将这个方程作为打磨区域所在曲面方程或者平面方程表面方程。
[0023]优选地或可选地，所述步骤42还包括如下步骤：
[0024]步骤421、筛选出三维扫描仪得到的三维数据中z轴坐标值大于阈值的数据点，计算打磨区域边界和高度；
[0025]步骤422、根据打磨区域边界，计算最小外接矩形或最小外接圆；
[0026]步骤423、计算最小外接矩形或最小外接圆的面积。
[0027]优选地或可选地，所述步骤5还包括如下步骤：
[0028]步骤51、根据待打磨区域外接矩形或者外接圆规划砂轮打磨路径；
[0029]步骤52、根据待打磨区域所在的曲面或平面的方程计算控制点邻域内曲面或平面的法向量，计算该控制点邻域内机器人打磨姿态，即机器人运行到控制点时的姿态。
[0030]优选地或可选地，所述步骤51还包括：
[0031]步骤511、根据外接矩形的面积或外接圆的面积，计算砂轮覆盖外接矩形面积所需要行进的最佳路径；
[0032]步骤512、将最佳路径分割为多个直线路径段，每个路径段就是对应的两个路径控制点之间的最短连线。
[0033]优选地或可选地，所述步骤52包括：
[0034]根据待打磨区域所在的曲面的方程，计算路径控制点与邻域范围内法向量，绘制法向量直方图，确定该控制点领域内占主导地位的法向量，根据该法向量计算机器人在控制点邻域内的打磨姿态。
[0035]优选地或可选地，所述步骤7还包括如下步骤：
[0036]扫描打磨区域，根据三维扫描仪得到的三维数据，计算区域内残余高度，若高度大于阈值，则重复进行步骤4至7。
[0037]第二方面，本专利技术还提供一种基于三维扫描仪的打磨装置，所述装置包括：
[0038]第一预设单元，适于标定三维扫描仪坐标系；
[0039]第二预设单元，适于机器人示教扫描位置和扫描姿态；
[0040]第一输入单元，适于扫描工件获得数据；
[0041]第一计算单元，适于拟合打磨区域所在曲面方程，计算打磨区域边界，面积和高度；
[0042]第二计算单元，适于计算打磨姿态，计算打磨路径控制点；
[0043]第一输出单元，适于自动规划打磨路径，沿路经打磨；
[0044]第一判断单元，适于打磨效果评估。
[0045]第三方面，本专利技术还提供一种基于三维扫描仪的打磨用服务器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现所述基于三维扫描仪的打磨方法的步骤。
[0046]第四方面，一种计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现所述基于三维扫描仪的打磨方法的步骤。
[0047]本专利技术涉及一种基于三维扫描仪的打磨算法和装置，相较于现有技术，具有如下有益效果：本专利技术能够实现工件待打磨区域的平面磨和曲面磨，其中平面打磨能够达到高精度和高稳定性，曲面打磨能够实现打磨区域和工件本体之间平滑过度的打磨效果，同时扫描整个工件和全自动路径规划能够符合生产节拍；本专利技术可应用于不同类型的工件，包括大型和小型工件，特别适用于大型工件一致性非常差或者公差非常大的情况。
附图说明
[0048]图1是本专利技术实施例1中一种基于三维扫描仪的打磨算法的流程示意图。
[0049]图2为本专利技术实施例1中所涉及的面积计算示意；图中框1所示是待打磨区域，框 2所示是待打磨区域所处的工件基准表面。
[0050]图3为本专利技术实施例2中一种基于三维扫描仪的打磨装置。
[0051]图4为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于三维扫描仪的打磨算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、准备工作，标定三维扫描仪坐标系；步骤2、机器人示教扫描位置和扫描姿态；步骤3、扫描工件获得数据；步骤4、拟合打磨区域所在平面或曲面方程，计算打磨区域边界，面积和高度；步骤5、计算打磨姿态，计算打磨路径控制点；步骤6、自动规划打磨路径，沿路经打磨；步骤7、打磨效果评估。2.根据权利要求1所述的基于三维扫描仪的打磨算法，其特征在于，所述步骤4还包括如下步骤：步骤41、根据三维扫描仪得到的三维数据，拟合打磨区域所在曲面方程或者平面方程表面方程；步骤42、根据三维扫描仪得到的三维数据，计算打磨区域边界和高度，计算边界的最小外接矩形或圆，计算外界矩形或圆的面积。3.根据权利要求2所述的基于三维扫描仪的打磨算法，其特征在于，所述步骤41还包括如下步骤：步骤411、对数据进行随机降采样；步骤412、使用降采样的数据拟合曲面方程或平面方程；步骤413、重复步骤11至12，获得多个曲面方程或平面方程。步骤414、用降采样之前的数据对所有拟合得到的曲面方程或平面方程逐一进行校验，获得拟合程度最好的方程，将这个方程作为打磨区域所在曲面方程或者平面方程表面方程。4.根据权利要求2所述的基于三维扫描仪的打磨算法，其特征在于，所述步骤42还包括如下步骤：步骤421、筛选出三维扫描仪得到的三维数据中z轴坐标值大于阈值的数据点，计算打磨区域边界和高度；步骤422、根据打磨区域边界，计算最小外接矩形或最小外接圆；步骤423、计算最小外接矩形或最小外接圆的面积。5.根据权利要求1所述的基于三维扫描仪的打磨算法，其特征在于，所述步骤5还包括如下步骤：步骤51、根据待打磨区域外接矩形或者外接圆规划砂轮打磨路径；步骤52、...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超，季天莹，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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