CN112318320A - 基于3d视觉相机的工件打磨系统及方法 - Google Patents

基于3d视觉相机的工件打磨系统及方法 Download PDF

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李志成
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Abstract

本发明提供基于3D视觉相机的工件打磨系统,包括进料小车、出料小车、第一输送导轨、第二输送导轨、运输机器人、打磨机器人、打磨平台，进料小车放置在第一输送导轨上，出料小车放置在第二输送导轨上，第一输送导轨在第二输送导轨一侧，运输机器人、打磨机器人以及打磨平台均放置在第一输送导轨和第二输送导轨之间，打磨机器人和运输机器人放置在打磨平台两侧，打磨机器人包括第一机器臂、打磨设备，打磨设备安装在第一机器臂顶端，打磨设备上安装有3D视觉相机，3D视觉相机与外部工控机连接。本申请中的基于3D视觉相机的工件打磨系统，整个过程无需人工介入处理，节省了对待打磨工件的打磨时间，得到的打磨轨迹坐标更加精准。

Description

基于3D视觉相机的工件打磨系统及方法
技术领域
本发明涉及工件打磨领域，尤其涉及基于3D视觉相机的工件打磨系统及方法。
背景技术
随着制造业平面小构件的产品多样化以及人工打磨效率不足，打磨质量存在差异，人工成本逐渐提高，自动打磨产品迫在眉睫。目前的打磨装置中的自动打磨是采用单一的打磨模板对待打磨工件进行打磨，对于待打磨工件与打磨模板的匹配关系是通过人工肉眼来确定，当每一件待打磨工件需要打磨时，操作人员肉眼测量待打磨工件的尺寸，并根据手动测量的尺寸选择对应的打磨模板，现有打磨装置对于待打磨工件的打磨过程依然需要人工介入处理，导致整个打磨的时间过长。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供基于3D视觉相机的工件打磨系统，其能解决现有打磨装置对于待打磨工件的打磨过程依然需要人工介入处理，导致整个打磨的时间过长的问题。
本发明的目的之二在于提供基于3D视觉相机的工件打磨方法，其能解决现有打磨装置对于待打磨工件的打磨过程依然需要人工介入处理，导致整个打磨的时间过长的问题。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
基于3D视觉相机的工件打磨系统，包括进料小车、出料小车、第一输送导轨、第二输送导轨、运输机器人、打磨机器人、打磨平台，所述进料小车放置在第一输送导轨上，所述出料小车放置在第二输送导轨上，所述第一输送导轨在所述第二输送导轨一侧，所述运输机器人、所述打磨机器人以及所述打磨平台均放置在所述第一输送导轨和所述第二输送导轨之间，所述打磨机器人和所述运输机器人放置在所述打磨平台两侧，所述打磨机器人包括第一机器臂、打磨设备，所述打磨设备安装在所述第一机器臂顶端，所述打磨设备上安装有3D视觉相机，所述3D视觉相机与外部工控机连接，所述进料小车和所述出料小车的数量均为两个；
待打磨工件放置在所述进料小车上，所述进料小车在所述第一输送导轨上运动至所述运输机器人位置处，所述运输机器人抓取所述进料小车上的待打磨工件，并将待打磨工件放置在打磨平台上，所述打磨机器人上的3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像，所述3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据，外部工控机将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标，外部工控机将所述打磨轨迹坐标发送至打磨机器人，打磨机器人根据所述打磨轨迹坐标对待打磨工件进行打磨，运输机器人将打磨好的待打磨工件抓取至所述出料小车上，所述出料小车在所述第二输送导轨上将打磨好的待打磨工件运出。
进一步地，所述打磨设备包括支架、打磨机以及铣刀，所述支架固定在所述第一机器臂顶端，所述打磨机和所述铣刀分别固定在所述支架上，所述打磨机和所述铣刀位于所述支架两侧，所述3D视觉相机固定在所述打磨机的一侧。
进一步地，所述打磨机和所述铣刀上均安装有力觉传感器。
进一步地，所述运输机器人包括第二机器臂和机器人抓手，所述机器人抓手固定在所述第二机器臂的顶端。
进一步地，所述机器人抓手上设置有电磁铁，所述电磁铁用于吸取待打磨工件。
进一步地，所述3D视觉相机由若干环形设置的摄像头组成。
进一步地，还包括打磨围栏，在所述打磨平台、所述运输机器人以及所述打磨机器人外部设置一打磨围栏，所述打磨平台、所述运输机器人以及所述打磨机器人均位于所述打磨围栏内部。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
基于3D视觉相机的工件打磨方法，所述方法应用于本申请中的基于3D视觉相机的工件打磨系统，包括以下步骤：
工件摆放，控制所述运输机器人将进料小车上的待打磨工件抓取至打磨平台上摆放；
采集图像，3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像；
点云图像轮廓提取，3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据；
模板匹配，将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配；
生成打磨轨迹点坐标，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标；
工件打磨，外部工控机将所述打磨轨迹坐标发送至打磨机器人，打磨机器人根据所述打磨轨迹坐标对待打磨工件进行打磨。
进一步地，若在预设三维模板数据库中没有匹配到对应的预设三维模板时，根据所述点云图像轮廓数据生成预设轮廓轨迹点集，并将预设轮廓轨迹点集与所述点云图像轮廓数据放入预设三维模板中存入至预设三维模板数据库，根据点云图像轮廓数据对应的预设轮廓轨迹点集中的轮廓轨迹点坐标生成打磨轨迹点坐标，并执行步骤工件打磨。
进一步地，还包括运出工件，运输机器人将打磨好的待打磨工件抓取至所述出料小车上，所述出料小车在所述第二输送导轨上将打磨好的待打磨工件运出。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请中的基于3D视觉相机的工件打磨系统，包括进料小车、出料小车、第一输送导轨、第二输送导轨、运输机器人、打磨机器人、打磨平台，所述进料小车放置在第一输送导轨上，所述出料小车放置在第二输送导轨上，所述第一输送导轨在所述第二输送导轨一侧，所述运输机器人、所述打磨机器人以及所述打磨平台均放置在所述第一输送导轨和所述第二输送导轨之间，所述打磨机器人和所述运输机器人放置在所述打磨平台两侧，所述打磨机器人包括第一机器臂、打磨设备，所述打磨设备安装在所述第一机器臂顶端，所述打磨设备上安装有3D视觉相机，所述3D视觉相机与外部工控机连接，所述进料小车和所述出料小车的数量均为两个；通过3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像，所述3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据，外部工控机将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标，整个过程无需人工介入处理，节省了对待打磨工件的打磨时间，由于采用3D视觉相机对待打磨工件进行识别，使得到的打磨轨迹坐标更加精准。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明的基于3D视觉相机的工件打磨系统的结构示意图；
图2为本发明的基于3D视觉相机的工件打磨系统中运输机器人的结构示意图；
图3为本发明的基于3D视觉相机的工件打磨系统中打磨机器人的结构示意图；
图4为本发明的基于3D视觉相机的工件打磨方法的流程示意图。
图中：1、进料小车；2、出料小车；3、第一输送导轨；4、第二输送导轨；5、运输机器人；51、第二机器臂；52、机器人抓手；521、电磁铁；6、打磨机器人；61、第一机器臂；62、打磨设备；621、支架；622、铣刀；623、打磨机；624、3D视觉相机；7、打磨平台；8、打磨围栏。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-3所示，本申请中的基于3D视觉相机的工件打磨系统，包括进料小车1、出料小车2、第一输送导轨3、第二输送导轨4、运输机器人5、打磨机器人6、打磨平台7，进料小车1放置在第一输送导轨3上，出料小车2放置在第二输送导轨4上，第一输送导轨3在第二输送导轨4一侧，运输机器人5、打磨机器人6以及打磨平台7均放置在第一输送导轨3和第二输送导轨4之间，打磨机器人6和运输机器人5放置在打磨平台7两侧，打磨机器人6包括第一机器臂61、打磨设备62，打磨设备62安装在第一机器臂61顶端，打磨设备62上安装有3D视觉相机624，3D视觉相机624与外部工控机进行有线连接，工控机与3D视觉相机624之间还设置有数据交换机，3D视觉相机624通过数据交换机将采集到图像发送至外部工控机。3D视觉相机624实质为单独的摄像机。打磨设备62包括支架621、打磨机623以及铣刀622，支架621固定在第一机器臂61顶端，打磨机623和铣刀622分别固定在支架621上，打磨机623和铣刀622位于支架621两侧，3D视觉相机624固定在打磨机623的一侧。打磨机623和铣刀622上均安装有力觉传感器，铣刀622上的力觉传感器用于调节铣刀622的铣削力度，可以实现打磨角的平整光滑，保证倒角的平整度与保护磨削工具不易超负荷工作。打磨机623上的力觉传感器用于调节打磨力度。
本申请中的运输机器人5包括第二机器臂51和机器人抓手52，机器人抓手52固定在第二机器臂51的顶端。机器人抓手52上设置有电磁铁521，电磁铁521用于吸取待打磨工件。机器人抓手52上还安装有红外传感器，红外传感器用于识别进料小车1上的待打磨工件，当红外传感器识别到进料小车1上的待打磨工件时，机器人抓手52上的电磁铁521吸取待打磨工件。为了防止打磨过程中的打磨碎屑飞溅伤人，本实施例中还设置了打磨围栏8，在打磨平台7、运输机器人5以及打磨机器人6外部设置一打磨围栏8，打磨平台7、运输机器人5以及打磨机器人6均位于打磨围栏8内部。本实施例中的所述3D视觉相机由若干环形设置的摄像头组成，即从不同角度采集待打磨工件的图像，从而得到待打磨工件对应的点云图像。
待打磨工件的打磨过程如下：待打磨工件放置在所述进料小车上，所述进料小车在所述第一输送导轨上运动至所述运输机器人位置处，所述运输机器人抓取所述进料小车上的待打磨工件，并将待打磨工件放置在打磨平台上，所述打磨机器人上的3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像，所述3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据，外部工控机将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标，外部工控机将所述打磨轨迹坐标发送至打磨机器人，运输机器人根据所述打磨轨迹坐标对待打磨工件进行打磨，打磨机器人将打磨好的待打磨工件抓取至所述出料小车上，所述出料小车在所述第二输送导轨上将打磨好的待打磨工件运出。
如图4所示，本申请还提供了基于3D视觉相机的工件打磨方法，所述方法应用与上述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，具体包括以下步骤：
工件摆放，控制所述运输机器人将进料小车上的待打磨工件抓取至打磨平台上摆放；
采集图像，3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像。
点云图像轮廓提取，3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据。
模板匹配，将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配。
生成打磨轨迹点坐标，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标。在此步骤中，若在预设三维模板数据库中没有匹配到对应的预设三维模板，根据所述点云图像轮廓数据生成预设轮廓轨迹点集，并将预设轮廓轨迹点集与所述点云图像轮廓数据放入预设三维模板中存入至预设三维模板数据库，根据点云图像轮廓数据对应的预设轮廓轨迹点集中的轮廓轨迹点坐标生成打磨轨迹点坐标，并执行步骤工件打磨。本实施例中，机器人在进行打磨时的状态为机器人空间运动姿态，机器人空间运动姿态包括X轴运动数据、Y轴运动数据、Z轴运动数据、X轴运动旋转姿态数据、Y轴运动旋转姿态数据、Z轴运动旋转姿态数据，根据X轴运动数据、Y轴运动数据、Z轴运动数据、X轴运动旋转姿态数据、Y轴运动旋转姿态数据、Z轴运动旋转姿态数据生成打磨机器人的打磨轨迹坐标。其中Z轴运动数据可根据打磨机上的力觉传感器进行上下偏移，当打磨机打磨力度过大时，Z轴高度会往上抬减小打磨力度，当打磨机力道过小时，Z轴高度会向下降增加打磨力度；X轴运动旋转姿态数据、Y轴运动旋转姿态数据、Z轴运动旋转姿态数据会根据工件表面的倾斜角度进行调整，确保打磨机与打磨工件倾斜表面的相对姿态。
工件打磨，外部工控机将所述打磨轨迹坐标发送至打磨机器人，打磨机器人根据所述打磨轨迹坐标对待打磨工件进行打磨。
运出工件，运输机器人将打磨好的待打磨工件抓取至所述出料小车上，所述出料小车在所述第二输送导轨上将打磨好的待打磨工件运出。
本申请中的基于3D视觉相机的工件打磨系统，包括进料小车、出料小车、第一输送导轨、第二输送导轨、运输机器人、打磨机器人、打磨平台，所述进料小车放置在第一输送导轨上，所述出料小车放置在第二输送导轨上，所述第一输送导轨在所述第二输送导轨一侧，所述运输机器人、所述打磨机器人以及所述打磨平台均放置在所述第一输送导轨和所述第二输送导轨之间，所述打磨机器人和所述运输机器人放置在所述打磨平台两侧，所述打磨机器人包括第一机器臂、打磨设备，所述打磨设备安装在所述第一机器臂顶端，所述打磨设备上安装有3D视觉相机，所述3D视觉相机与外部工控机连接，所述进料小车和所述出料小车的数量均为两个；通过3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像，所述3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据，外部工控机将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标，整个过程无需人工介入处理，节省了对待打磨工件的打磨时间，由于采用3D视觉相机对待打磨工件进行识别，使得到的打磨轨迹坐标更加精准。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：包括进料小车、出料小车、第一输送导轨、第二输送导轨、运输机器人、打磨机器人、打磨平台，所述进料小车放置在第一输送导轨上，所述出料小车放置在第二输送导轨上，所述第一输送导轨在所述第二输送导轨一侧，所述运输机器人、所述打磨机器人以及所述打磨平台均放置在所述第一输送导轨和所述第二输送导轨之间，所述打磨机器人和所述运输机器人放置在所述打磨平台两侧，所述打磨机器人包括第一机器臂、打磨设备，所述打磨设备安装在所述第一机器臂顶端，所述打磨设备上安装有3D视觉相机，所述3D视觉相机与外部工控机连接，所述进料小车和所述出料小车的数量均为两个；
待打磨工件放置在所述进料小车上，所述进料小车在所述第一输送导轨上运动至所述运输机器人位置处，所述运输机器人抓取所述进料小车上的待打磨工件，并将待打磨工件放置在打磨平台上，所述打磨机器人上的3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像，所述3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据，外部工控机将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标，外部工控机将所述打磨轨迹坐标发送至打磨机器人，打磨机器人根据所述打磨轨迹坐标对待打磨工件进行打磨，运输机器人将打磨好的待打磨工件抓取至所述出料小车上，所述出料小车在所述第二输送导轨上将打磨好的待打磨工件运出。
2.如权利要求1所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：所述打磨设备包括支架、打磨机以及铣刀，所述支架固定在所述第一机器臂顶端，所述打磨机和所述铣刀分别固定在所述支架上，所述打磨机和所述铣刀位于所述支架两侧，所述3D视觉相机固定在所述打磨机的一侧。
3.如权利要求2所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：所述打磨机和所述铣刀上均安装有力觉传感器。
4.如权利要求1所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：所述运输机器人包括第二机器臂和机器人抓手，所述机器人抓手固定在所述第二机器臂的顶端。
5.如权利要求4所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：所述机器人抓手上设置有电磁铁，所述电磁铁用于吸取待打磨工件。
6.如权利要求5所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：所述3D视觉相机由若干环形设置的摄像头组成。
7.如权利要求1所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：还包括打磨围栏，在所述打磨平台、所述运输机器人以及所述打磨机器人外部设置一打磨围栏，所述打磨平台、所述运输机器人以及所述打磨机器人均位于所述打磨围栏内部。
8.基于3D视觉相机的工件打磨方法，所述方法应用于权利要求1-7中任意一项所述的基于3D视觉相机的工件打磨系统，其特征在于：包括以下步骤：
工件摆放，控制所述运输机器人将进料小车上的待打磨工件抓取至打磨平台上摆放；
采集图像，3D视觉相机对打磨平台上待打磨工件进行3D采图，得到待打磨工件对应的点云图像；
点云图像轮廓提取，3D视觉相机将所述点云图像发送至外部工控机进行轮廓提取处理，得到点云图像轮廓数据；
模板匹配，将所述点云图像轮廓数据与预设三维模板数据库中的预设三维模板进行匹配；
生成打磨轨迹点坐标，根据匹配到的预设三维模板中的轮廓轨迹点集计算出轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的空间坐标位置，当空间坐标位置在打磨机器人移动范围内时，将所述轮廓轨迹点集中每个轮廓轨迹点的坐标作为打磨轨迹坐标；
工件打磨，外部工控机将所述打磨轨迹坐标发送至打磨机器人，打磨机器人根据所述打磨轨迹坐标对待打磨工件进行打磨。
9.如权利要求8所述的基于3D视觉相机的工件打磨方法，其特征在于：若在预设三维模板数据库中没有匹配到对应的预设三维模板，根据所述点云图像轮廓数据生成预设轮廓轨迹点集，并将预设轮廓轨迹点集与所述点云图像轮廓数据放入预设三维模板中存入至预设三维模板数据库，根据点云图像轮廓数据对应的预设轮廓轨迹点集中的轮廓轨迹点坐标生成打磨轨迹点坐标，并执行步骤工件打磨。
10.如权利要求8所述的基于3D视觉相机的工件打磨方法，其特征在于：还包括运出工件，运输机器人将打磨好的待打磨工件抓取至所述出料小车上，所述出料小车在所述第二输送导轨上将打磨好的待打磨工件运出。
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