CN110385616A - 基于视觉检测的铸件自动打磨方法 - Google Patents

基于视觉检测的铸件自动打磨方法 Download PDF

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Abstract

一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法，包括以下步骤：建立数据库：建立不同铸件标准件的三维图形数据库，每个铸件标准件均设定打磨区域；铸件识别：扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域；或者直接调取铸件相对应的铸件标准件，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域；确定打磨基面：对铸件的实际打磨区域表面扫描，得到第二三维数据，同时设定打磨基面；实施打磨：将铸件实际打磨区域打磨至打磨基面。使用这种局部扫描局部打磨的方式打磨大型铸件，提高了工作效率。

Description

基于视觉检测的铸件自动打磨方法
技术领域
本发明涉及铸件打磨领域，尤其涉及一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法。
背景技术
大型铸件如船用发动机机架，机床床身、底座等，其长度能超过5米，重量能达到20吨以上。在这些大型铸件的浇注过程中所形成的浇冒口、合模缝、毛刺等尺寸也很大，人工打磨时不仅危险系数高，工作量巨大而且耗材严重。目前所采用的手动实时控制机器人带动打磨头进行打磨的方案，很大程度上降低了人工的工作强度并提高了打磨效率。但在人为操作机器人带动打磨头工作的过程中仍存在以下问题：一、磨削量不受控，会对打磨主轴与机器人的关节造成过大冲击，影响设备寿命；二、人工操作机器人打磨会存在磨削过量的风险；三、不同的操作人员对铸件打磨的程度不会严格保持一致，因此通过人工操作机器人打磨后的铸件表面标准不统一。四、仍然需要人工专注操作，设备的自动化水平低。
同时这种大型铸件铸造时会留有较大的余量，进行全自动打磨的时候精度就相对难控制，现有技术借助于视觉传感器实现铸件自动打磨的过程是将铸件整体扫描后与标准模型做拟合，打磨掉多出的部分，但是对于余量大的铸件来说，尤其是大型铸件，这种整体打磨的方式并不适用，耗时长，且结果不是很理想，所以需要一种新的自动打磨方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法，本发明公开的一个方面解决的一个技术问题是提供一种适合于大余量铸件的打磨方法，提高效率，高效完成打磨工作。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：
一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法，包括以下步骤：
建立数据库：建立不同铸件标准件的三维图形数据库，每个铸件标准件均设定打磨区域；
铸件识别：扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域；或者直接调取铸件相对应的铸件标准件，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域；
确定打磨基面：对铸件的实际打磨区域表面扫描，得到第二三维数据，同时设定打磨基面；
实施打磨：将铸件实际打磨区域打磨至打磨基面。
优选的，所述铸件识别步骤中，将铸件摆放在平台上，扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，扫描得到铸件表面的第一三维数据；或者扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，同时通过旋转平台或者沿设定路径移动平台的方式，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面；或者保持平台固定，且扫描装置沿设定工作轨道动态扫描铸件，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面。
优选的，所述铸件识别步骤中，铸件摆放在已知坐标系的平台上，扫描装置同时扫描平台及摆放在平台上的铸件，得到摆放在平台上的铸件的第三三维数据，即根据平台坐标系，得到铸件的三维形状的坐标系数据。
优选的，所述铸件识别步骤中，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，得到铸件标准件三维图形及对应的坐标系数据，根据第三三维数据得到铸件的三维图形及对应的坐标系数据，在铸件标准件三维图形的中心与铸件三维图形的中心重合的基础上将铸件标准件三维图形与铸件三维图形拟合，根据铸件标准件的三维图形数据库中设定的打磨区域，将设定的打磨区域沿坐标轴投影到相对应的铸件三维图形上，即得到铸件上实际打磨区域及实际打磨区域的坐标系数据。
优选的，所述确定打磨基面步骤中，根据得到的铸件实际打磨区域坐标系数据，将扫描装置移动到实际打磨区域上方，对实际打磨区域进行扫描，得到有等高线的实际打磨区域的第二三维数据。
优选的，所述建立数据库步骤中，还包括将每个设定打磨区域的表面形状设置为标准基面，且标准基面三维图形中设置有等高线。
优选的，在所述打磨区域的所述标准基面上设定至少一个非打磨基准面，且非打磨基准面有对应的等高线。
优选的，所述铸件标准件非打磨基准面沿某一坐标平移后与铸件所在面重合。
优选的，所述确定打磨基面步骤中，根据铸件标准件设定打磨区域三维图像和铸件实际打磨区域三维图像，拟合设定打磨区域的边界与实际打磨区域的边界，将铸件标准件的非打磨基准面投影到铸件实际打磨区域三维图像上，得到铸件实际非打磨基准面，根据非打磨基准面在所述标准基面中的等高线数据，得到铸件实际标准基面，设定实际标准基面为打磨基面。
优选的，所述铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界重合。
由上述技术方案可知，本发明公开的一个方面带来的一个有益效果是，通过在铸件标准件上设定打磨区域，从而在铸件上找到对应的实际打磨区域，然后对实际打磨区域进行扫描，然后完成打磨，使用这种局部扫描局部打磨的方式打磨大型铸件，效率提高了很多，效果也好，不存在人工参与导致的误差，能较快较好的完成大型铸件的打磨工作。
具体实施方式
对发明实施例的一个技术方案做进一步的详细阐述。
实施例1：
一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法，包括以下步骤：
S01建立数据库：建立不同铸件标准件的三维图形数据库，每个铸件标准件均设定打磨区域；具体的就是根据不同铸件的设计，将会产生合模缝、毛刺、浇冒口的区域圈出来，在铸件标准件上设置为打磨区域，打磨区域的最好圈的范围绍大一些，涵盖需要打磨的模缝、毛刺、浇冒口区域，还要涵盖不需要打磨的区域，这样的话，将每个打磨区域的表面形状设置为标准基面，最佳的标准基面三维图形中设置有等高线，方便进一步数据分析，然后在打磨区域中的不需要打磨的区域中选择至少一个非打磨基准面，最佳的，在标准基面的三维图形等高线中标注出非打磨基准面的等高线，从而知道非打磨基准面在标准基面中的相对位置。铸件标准件设定打磨区域的边界的选择也有注意事项，打磨区域边界设置在不需要打磨区域上，以方便后续工作。
S02铸件识别：扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域。其中扫描装置可以是面阵3D相机、三维立体扫描仪等可以扫描得到三维数据的装置。
具体的，“扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配”这个步骤有如下多种实施方式：
一种就是将铸件摆放在平台上，扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，扫描得到铸件表面的第一三维数据，例如扫描得到的第一三维数据可以是铸件表面局部的三维数据，也就是在所有铸件相同的特定部位有能识别铸件的三维数据，这样扫描装置只要在某一个设定工作位置就能扫描铸件的三维数据，从而与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，从而匹配相对应的铸件标准件。也可以是铸件的一个整体表面，将得到的第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，从而匹配相对应的铸件标准件。
另一种就是将铸件摆放在平台上，扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，同时通过旋转平台或者沿设定路径移动平台的方式，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面，即将得到的第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，从而匹配相对应的铸件标准件。
还有一种就是保持平台固定，且扫描装置沿设定工作轨道动态扫描铸件，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面，即得到第一三维数据。将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配。
铸件摆放的平台是已知坐标系的，扫描装置同时扫描平台及摆放在平台上的铸件，得到摆放在平台上的铸件的第三三维数据，上面所述的第一三维数据可以和第三三维数据是一样的，也就是第一三维数据中就有已知坐标系的平台作为参照物。
根据平台坐标系，得到铸件的三维形状的坐标系数据。将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，得到铸件标准件三维图形及对应的坐标系数据，根据第三三维数据得到铸件的三维图形及对应的坐标系数据，在铸件标准件三维图形的中心与铸件三维图形的中心重合的基础上将铸件标准件三维图形与铸件三维图形拟合，根据铸件标准件的三维图形数据库中设定的打磨区域，将设定的打磨区域沿坐标轴投影到相对应的铸件三维图形上，即得到铸件上实际打磨区域及实际打磨区域的坐标系数据。这个过程铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界重合，也就是打磨区域的边界是不会存在合模缝、毛刺、浇冒口等结构，以发生铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界不重合的情况。
S03确定打磨基面：对铸件的实际打磨区域表面扫描，得到第二三维数据，同时设定打磨基面。
具体的，根据得到的铸件实际打磨区域坐标系数据，将扫描装置移动到实际打磨区域上方，对实际打磨区域进行扫描，得到有等高线的实际打磨区域的第二三维数据。根据铸件标准件设定打磨区域三维图像和铸件实际打磨区域三维图像，拟合设定打磨区域的边界与实际打磨区域的边界，将铸件标准件的非打磨基准面投影到铸件实际打磨区域三维图像上，得到铸件实际非打磨基准面，根据非打磨基准面在所述标准基面中的等高线数据，得到铸件实际标准基面，设定实际标准基面为打磨基面。这其中，铸件标准件非打磨基准面沿某一坐标平移后与铸件所在面重合。也就是说非打磨基准面不会存在合模缝、毛刺、浇冒口等结构，以发生铸件标准件非打磨基准面沿某一坐标平移后与铸件所在面不重合的情况。
S04实施打磨：将铸件实际打磨区域打磨至打磨基面。
已知了铸件实际打磨区域的三维形状及坐标系，而且也知道了打磨基面，也就是要打磨到的基面，如此进行打磨，将打磨区域中高出打磨基面的部分都打磨掉，最终得到的就是打磨后的产品，实际打磨区域达到了与标准铸件外形一致的效果。
这一步骤中，为了提高打磨精度，将扫描装置与打磨头相邻设置，且两者同步运动，这样比扫描装置与打磨头分开成两台设备提高了精度，因为是公用同一个坐标系，所以不存在重新定位等操作，高效且高精度。
实施例2：
与实施例1不同的是铸件识别步骤，具体如下所示。
S02铸件识别：直接输入铸件型号，从数据库中调取铸件相对应的铸件标准件，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域。其中扫描装置可以是面阵3D相机、三维立体扫描仪等可以扫描得到三维数据的装置。
具体的，铸件摆放的平台是已知坐标系的，扫描装置同时扫描平台及摆放在平台上的铸件，得到摆放在平台上的铸件的第三三维数据。
根据平台坐标系，得到铸件的三维形状的坐标系数据。将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，得到铸件标准件三维图形及对应的坐标系数据，根据第三三维数据得到铸件的三维图形及对应的坐标系数据，在铸件标准件三维图形的中心与铸件三维图形的中心重合的基础上将铸件标准件三维图形与铸件三维图形拟合，根据铸件标准件的三维图形数据库中设定的打磨区域，将设定的打磨区域沿坐标轴投影到相对应的铸件三维图形上，即得到铸件上实际打磨区域及实际打磨区域的坐标系数据。这个过程铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界重合，也就是打磨区域的边界是不会存在合模缝、毛刺、浇冒口等结构，以发生铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界不重合的情况。
实施例3：
当打磨大型铸件，且需要得到的标准件为平整平面的时候，一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法，包括以下步骤：
S01建立数据库：建立不同铸件标准件的三维图形数据库，每个铸件标准件均设定打磨区域；具体的就是根据不同铸件的设计，将会产生合模缝、毛刺、浇冒口的区域圈出来，在铸件标准件上设置为打磨区域，打磨区域的最好圈的范围绍大一些，涵盖需要打磨的模缝、毛刺、浇冒口区域，还要涵盖不需要打磨的平整区域，这样的话，将每个打磨区域的平整表面形状设置为标准基面，而且标准基面是在同一等高线上，这种情况就不需要选择非打磨基准面了，或者说标准基面与非打磨基准面是重合的同一平面，铸件标准件设定打磨区域的边界的选择也有注意事项，打磨区域边界设置在不需要打磨区域上，也就是打磨区域的边界也是与标准基面在同一等高线上。
S02铸件识别：扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域。其中扫描装置可以是面阵3D相机、三维立体扫描仪等可以扫描得到三维数据的装置。
具体的，“扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配”这个步骤有如下多种实施方式：
一种就是将铸件摆放在平台上，扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，扫描得到铸件表面的第一三维数据，例如扫描得到的第一三维数据可以是铸件表面局部的三维数据，也就是在所有铸件相同的特定部位有能识别铸件的三维数据，这样扫描装置只要在某一个设定工作位置就能扫描铸件的三维数据，从而与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，从而匹配相对应的铸件标准件。也可以是铸件的一个整体表面，将得到的第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，从而匹配相对应的铸件标准件。
另一种就是将铸件摆放在平台上，扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，同时通过旋转平台或者沿设定路径移动平台的方式，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面，即将得到的第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，从而匹配相对应的铸件标准件。
还有一种就是保持平台固定，且扫描装置沿设定工作轨道动态扫描铸件，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面，即得到第一三维数据。将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配。
铸件摆放的平台是已知坐标系的，扫描装置同时扫描平台及摆放在平台上的铸件，得到摆放在平台上的铸件的第三三维数据，上面所述的第一三维数据可以和第三三维数据是一样的，也就是第一三维数据中就有已知坐标系的平台作为参照物。
根据平台坐标系，得到铸件的三维形状的坐标系数据。将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，得到铸件标准件三维图形及对应的坐标系数据，根据第三三维数据得到铸件的三维图形及对应的坐标系数据，在铸件标准件三维图形的中心与铸件三维图形的中心重合的基础上将铸件标准件三维图形与铸件三维图形拟合，根据铸件标准件的三维图形数据库中设定的打磨区域，将设定的打磨区域沿坐标轴投影到相对应的铸件三维图形上，即得到铸件上实际打磨区域及实际打磨区域的坐标系数据。这个过程铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界重合，也就是打磨区域的边界是不会存在合模缝、毛刺、浇冒口等结构，以发生铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界不重合的情况。
S03确定打磨基面：对铸件的实际打磨区域表面扫描，得到第二三维数据，同时设定打磨基面。
具体的，根据得到的铸件实际打磨区域坐标系数据，将扫描装置移动到实际打磨区域上方，对实际打磨区域进行扫描，得到有等高线的实际打磨区域的第二三维数据。根据铸件标准件设定打磨区域三维图像和铸件实际打磨区域三维图像，拟合设定打磨区域的边界与实际打磨区域的边界，实际打磨区域的边界所在平面即为标准基面，设定标准基面为打磨基面。
S04实施打磨：将铸件实际打磨区域打磨至打磨基面。
已知了铸件实际打磨区域的三维形状及坐标系，而且也知道了打磨基面，也就是要打磨到的基面，如此进行打磨，将打磨区域中高出打磨基面的部分都打磨掉，最终得到的就是打磨后的产品，实际打磨区域达到了与标准铸件外形一致的效果。
综上所述，利用上述方法，全程均是计算机控制，精度提高的同时，杜绝了之前人工操作出现的各种问题，使用立体扫描装置结合等高线的做法，提高了精度，可以实现大型铸件的快捷打磨，因为现在模具水平的提高，尤其是使用打印砂型的方法得到的砂型进行浇注得到的铸件表面相较之前的铸件光滑了很多，尤其大型铸件，表面很多时候都不需要打磨整理，仅仅是合模缝、毛刺、浇冒口等结构需要打磨处理，使用整体打磨的方式就不适用了，而选用本发明所述方案，识别铸件之后就知道需要打磨区域，然后对于实际打磨区域进行扫描，找到打磨基面，从而完成打磨工作，局部扫描局部打磨，节约时间并且提高效率。

Claims (10)

1.一种基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立数据库：建立不同铸件标准件的三维图形数据库，每个铸件标准件均设定打磨区域；
铸件识别：扫描装置对铸件至少一个表面扫描得到第一三维数据，将第一三维数据与铸件标准件三维图形数据库中的数据比对，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域；或者直接调取铸件相对应的铸件标准件，根据设定的打磨区域，得到对应的实际打磨区域；
确定打磨基面：对铸件的实际打磨区域表面扫描，得到第二三维数据，同时设定打磨基面；
实施打磨：将铸件实际打磨区域打磨至打磨基面。
2.根据权利要求1所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述铸件识别步骤中，将铸件摆放在平台上，扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，扫描得到铸件表面的第一三维数据；或者扫描装置在设定工作位置静止然后扫描铸件，同时通过旋转平台或者沿设定路径移动平台的方式，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面；或者保持平台固定，且扫描装置沿设定工作轨道动态扫描铸件，得到多个扫描结果，将扫描结果拼接得到铸件表面。
3.根据权利要求1或2中任意一种所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述铸件识别步骤中，铸件摆放在已知坐标系的平台上，扫描装置同时扫描平台及摆放在平台上的铸件，得到摆放在平台上的铸件的第三三维数据，即根据平台坐标系，得到铸件的三维形状的坐标系数据。
4.根据权利要求3所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述铸件识别步骤中，将铸件与相对应所述铸件标准件匹配，得到铸件标准件三维图形及对应的坐标系数据，根据第三三维数据得到铸件的三维图形及对应的坐标系数据，在铸件标准件三维图形的中心与铸件三维图形的中心重合的基础上将铸件标准件三维图形与铸件三维图形拟合，根据铸件标准件的三维图形数据库中设定的打磨区域，将设定的打磨区域沿坐标轴投影到相对应的铸件三维图形上，即得到铸件上实际打磨区域及实际打磨区域的坐标系数据。
5.根据权利要求1或2中任意一项所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述确定打磨基面步骤中，根据得到的铸件实际打磨区域坐标系数据，将扫描装置移动到实际打磨区域上方，对实际打磨区域进行扫描，得到有等高线的实际打磨区域的第二三维数据。
6.根据权利要求1或2中任意一项所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述建立数据库步骤中，还包括将每个设定打磨区域的表面形状设置为标准基面，且标准基面三维图形中设置有等高线。
7.根据权利要求6所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：在所述打磨区域的所述标准基面上设定至少一个非打磨基准面，且非打磨基准面有对应的等高线。
8.根据权利要求7所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述铸件标准件非打磨基准面沿某一坐标平移后与铸件所在面重合。
9.根据权利要求8所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述确定打磨基面步骤中，根据铸件标准件设定打磨区域三维图像和铸件实际打磨区域三维图像，拟合设定打磨区域的边界与实际打磨区域的边界，将铸件标准件的非打磨基准面投影到铸件实际打磨区域三维图像上，得到铸件实际非打磨基准面，根据非打磨基准面在所述标准基面中的等高线数据，得到铸件实际标准基面，设定实际标准基面为打磨基面。
10.根据权利要求9所述的基于视觉检测的铸件自动打磨方法，其特征在于：所述铸件标准件设定打磨区域的边界沿某一坐标平移后与铸件实际打磨区域的边界重合。
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