CN112123028B - 一种大铸件粗打磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大铸件粗打磨系统，包括：多目视觉测量单元，大铸件位姿调整单元和机器人打磨单元。多目视觉测量单元在多个相机的实时图像上显示大铸件在理想空间位姿下多个第一关键几何特征的投影位置，通过计算得到多个第一关键几何特征的三维位置，进而计算得到大铸件相对于理想空间位姿之间的旋转平移关系；位姿调整平台根据计算得到的旋转平移关系对大铸件进行位姿调整；重复上述调整过程，直至大铸件多个第二关键几何特征的成像位置与理想位姿下多个第二关键几何特征的投影位置相一致；打磨机器人根据理想位姿下的固定目标路径对大铸件打磨清理，解决了形状复杂、精度较差、定位困难的大型铸件粗打磨过程难以实现自动化的问题。

Description

一种大铸件粗打磨系统

技术领域

本发明涉及铸件打磨领域，具体而言，涉及一种大铸件粗打磨系统。

背景技术

大铸件广泛应用于发电、航天、船舶等行业，其中毛坯件粗打磨环节是其加工过程中必不可少的工艺，由于大型铸件形状复杂，精度较差，定位比较困难，主要由人工完成，劳动强度极大，作业环境极其恶略，打磨工人招工越来越难，打磨环节产能低下已经成为制约大铸件生产的瓶颈问题，急需开发者机械化自动化的打磨设备提供铸件打磨环节的生产效率。在大型铸件自动化打磨方面，主要有两类设备，一类是针对形状较为规则以及需要打磨的特征较为规则的大型铸件，此类设备将铸件毛坯件固定好，然后由打磨机器人沿固定路径打磨；另一类是利用三维扫描仪测量铸件外形三维数据，自动规划路径，并通过专用的龙门机构及打磨装置，对大型铸件进行打磨。

通过机器人沿固定路径打磨的设备技术，仅能打磨形状规则的铸件以及规则的特征，功能较弱，应用面窄。通过三维扫描仪测量铸件外形，规划路径最后由机器人进行打磨的装置，由于铸件毛坯件精度较差，三维外形扫描并规划路径可靠性不高，且操作复杂，成本较高，目前基本停留在研究阶段，未能真正在工程中解决大铸件的粗打磨问题。

发明内容

本发明提出一种大铸件粗打磨系统，以至少解决形状复杂、精度较差、定位困难的大型铸件粗打磨过程难以实现自动化的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种大铸件粗打磨方法，包括：确定大铸件三维位姿；基于上述三维位姿对大铸件进行位姿调整；判断大铸件是否调整到了理想位姿；打磨机器人对处于理想位姿的大铸件进行粗打磨。

可选的，确定大铸件三维位姿，包括：获取大铸件在多个相机下的多个第一图像，人工确定大铸件上多个第一关键几何特征在上述多个第一图像上的位置，得到上述多个第一关键几何特征的三维位置。

可选的，依据上述多个第一关键几何特征的三维位置，通过最小二乘法计算得到大铸件相对于理想位姿的旋转平移关系。

可选的，依据上述旋转平移关系，对大铸件进行位姿调整。

可选的，判断大铸件是否调整到了理想位姿，包括：获取大铸件在多个相机下的多个第二图像，人工在上述多个第二图像上判断大铸件多个第二关键几何特征的成像位置与大铸件在理想位姿下在上述多个第二图像上的投影是否一致，不一致则再次检测大铸件空间位姿并调整，一致则结束。

可选的，对于处于理想位姿的大铸件，打磨机器人依据大铸件在理想位姿下的目标打磨路径对大铸件进行粗打磨处理。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种大铸件粗打磨装置，包括：通过人工借助多目视觉检测单元，用于确定大铸件相对于理想位姿的旋转平移关系以及大铸件是否处于理想位姿；大铸件调整模块，用于依据上述旋转平移关系对大铸件位姿进行调整；机器人打磨模块，用于大铸件在理想位姿下的目标打磨路径对大铸件进行粗打磨。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种大铸件多目视觉平台。该平台获取大铸件在多个相机下的第一多幅图像，人工确定大铸件上多个第一关键几何特征在上述第一多幅图像上的位置，对于每一个关键几何特征，至少需要确定在两幅图像中的位置，从而根据三维重构算法计算得到每一个关键几何特征的三维位置。根据上述多个第一关键几何特征的实测三维位置与上述多个第一关键几何特征的理想位置，通过最小二乘法计算得到大铸件相对于理想位姿的旋转平移关系。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种大铸件姿态调整平台。该姿态调整平台具有三向平动和三向转动六可自由度，在本发明实施例根据大铸件当前位置与理想位姿之间的旋转平移关系调整大铸件位姿。

根据本发明实施例的另一个方面，多目视觉平台也同于检测调整后的大铸件是否处于理想位姿。获取大铸件在多个相机下的第二多幅图像，根据投影算法将理想位姿下大铸件关键第二几何特征投影显示在上诉第二多幅图像上，人工对比上述第二关键特征在上述第二多幅图像中的成像位置与投影位置是否一致，是则表示大铸件当前处于理想位姿，否则需要继续调整。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种机器人打磨单元。该单元机器人执行大铸件在理想位姿下依据固定目标路径的粗打磨作业。

本发明实施例中，通过大铸件上多个第一关键几何特征的在多个相机的第一多幅图像上的成像位置确定大铸件相对于理想位姿的旋转平移关系，基于上述旋转平移关系调整大铸件的位姿，通过判断大铸件上多个第二关键几何特征在第二多幅图像上的位置与理想位姿下在多幅第二图像上的投影位置是否一致，确定大铸件是否调整到了理想位姿，最后打磨机器人对于处理理想位姿下的大铸件沿固定目标路径进行打磨。本发明有效解决了精度较差的大铸件毛坯件空间定位问题，并通过调整平台将大铸件调整至理想位姿，不需要重规划打磨路径，从而提高了大铸件粗打磨可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种大铸件粗打磨方法的流程图；

图2是本发明实施例的一种大铸件粗打磨系统装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

01、相机#I，02、相机#II，03、相机#III，04、打磨机器人，05、相机#IV，06、大铸件调整平台，07、大铸件，08，相机#V，09、相机#VI

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种大铸件粗打磨系统的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种大铸件粗打磨方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，确定大铸件相对于理想位姿的旋转平移关系；

步骤S104，基于所述旋转平移关系调整大铸件位姿；

步骤S106，判断调整后的大铸件是否处于理想位姿，是则继续，否则返回步骤S102，再次对大铸件进行调整；

步骤S108，打磨机器人基于理想位姿下的目标打磨路径对大铸件进行粗打磨作业。

图2是根据本发明实施例的一种大铸件粗打磨系统的结构示意图，上述大铸件粗打磨系统包括：相机#I 01、相机#II 02、相机#III 03、相机#IV 05、相机#V 08、相机#VI 09组成的视觉检测单元，大铸件调整平台06和打磨机器人04，其中：

在本发明实施例中，通过多目视觉获取大铸件多幅第一图像，依据大铸件上多个第一关键几何特征在上述多幅第一图像上的位置，基于三维重建技术，实现上述多个第一关键几何特征的三维空间定位，通过最小二乘法得到大铸件相对于理想位姿的旋转平移关系；大铸件调整平台局域上述旋转平移关系调整大铸件位姿；调整完成后，多目相机获取大铸件多幅第二图像，依据大铸件在理想位姿下多个第二关键几何特征在上述多幅第二图像上的投影位置是否与其成像位置一致判断大铸件是否调整到了理想位姿；最好打磨机器人根据大铸件处于理想位姿状态下的固定目标路径进行粗打磨作业。

可选的，本申请实施例中，基于多目视觉的大铸件多个第一关键几何特征在多幅第一图像上的位置由人工在图像上确定，从而保证多个第一关键几何特征三维定位的准确性和可靠性。

可选的，本申请实施例中，大铸件调整平台具备三向平移和三向转动六个自由度，执行大铸件的全位姿调整作业。

可选的，本申请实施例中，基于通过人工判断大铸件在理想位姿下多个第二关键几何特征在多个第二图像上的投影位姿与其实际成像位置是否一致来判断大铸件是否调整到了理想位姿，从而保证了大铸件在进行粗打磨之前的位姿准确性和可靠性。

可选的，本申请实施例中，处于理想位姿下的大铸件打磨目标路径需要提前示教或者计算完成，在本申请实施例中执行在理想位姿下对大铸件按照固定目标路径进行粗打磨，从而保证了每次打磨的一致性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大铸件粗打磨系统，其特征在于，所述大铸件粗打磨系统由多目视觉测量单元，大铸件位姿调整单元以及机器人打磨单元组成，包括：

多目视觉测量单元，获取大铸件在多个相机下的多个第一图像，通过大铸件多个第一关键几何特征在所述多个第一图像上的成像位置，计算得到大铸件的当前位姿与理想位姿之间的旋转平移关系，获取大铸件在多个相机下的多个第二图像，通过大铸件多个第二关键几何特征在所述多个第二图像上的投影位置与所述第二关键几何特征在所述多个第二图像上的成像位置判断大铸件当前位姿与理想位姿是否一致；

大铸件姿态调整单元根据所述大铸件当前姿态与理想姿态之间的旋转平移关系对大铸件进行姿态调整；

机器人打磨单元根据理想位姿下的固定目标路径，对大铸件分型面披锋缺陷进行打磨清理。

2.根据权利要求1所述的大铸件粗打磨系统，其特征在于，通过所述多目视觉测量单元检测大铸件的当前空间位姿与理想空间位姿之间的旋转平移关系，包括：

通过成像模型计算并在所述多个第一图像上显示大铸件在理想位姿下所述多个第一关键几何特征的投影几何图像，人工在所述多个第一图像上确定所述多个第一关键几何特征的实际成像位置；

基于所述多个第一关键几何特征在所述多个第一图像上的实际成像位置，计算确定所述第一关键几何特征的实际空间位置，并通过所述多个第一关键几何特征的实际空间位置，计算确定所述大铸件的空间位姿相对于理想位姿的旋转平移关系。

3.根据权利要求1所述的大铸件粗打磨系统，其特征在于，通过所述多目视觉测量单元确定大铸件是否处于理想位姿，包括：

通过成像模型计算并在所述多个第二图像上显示大铸件在理想位姿下所述多个第二关键几何特征的投影几何图像；

人工确认所述多个第二关键几何特征在多个第二图像上的多个投影几何图像与所述多个第二关键几何特征在多个第二图像上实际成像是否重合，是则大铸件处于理想位姿。

4.根据权利要求1所述的大铸件粗打磨系统，其特征在于，通过大铸件位姿调整单元调整大铸件位姿，包括：

所述大铸件位姿调整单元具有空间三向平移、三向旋转六个自由度，可实现大铸件的全方位位姿调整；

所述大铸件位姿调整单元根据所述多目视觉测量单元确定的所述大铸件空间位姿相对于理想位姿的旋转平移关系对大铸件进行位姿调整。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的大铸件粗打磨系统，其特征在于，通过所述多目视觉测量单元和大铸件姿态调整单元将大铸件调整至理想位姿，包括：

第一获取步骤，获取所述大铸件在多个相机下的多个第一图像，并在所述多个第一图像上显示大铸件多个第一关键几何特征的投影图像；

第一确定步骤，人工确定大铸件多个第一关键几何特征在多个第一图像上的成像位置，得到多个第一关键几何特征的空间位置，通过所述第一关键几何特征的空间位置，确定大铸件当前位姿与理想位姿之间的旋转平移关系；

第一调整步骤，大铸件姿态调整单元根据所示大铸件当前位置与理想位姿之间的选择平移关系对大铸件位姿进行调整；

第二获取步骤，获取所述大铸件在多个相机下的多个第二图像，并在所述多个第二图像上显示大铸件多个第二关键几何特征的投影图像；

第一判断步骤，人工判断所述大铸件多个第二关键几何特征在多个第二图像上的成像位置与所述多个第二关键几何特征在多个第二图像项的投影图像是否一致，如果否，则返回第一获取步骤，如果是，则结束。

6.根据权利要求1所述的大铸件粗打磨系统，其特征在于，通过机器人打磨单元对于处于理想位姿的大铸件进行粗打磨，包括：

所述机器人打磨单元由多自由度机器人、打磨头和相应传感器组成；

所述多自由度机器人沿着固定目标路径对所述大铸件进行打磨。

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