CN112731863A - 一种鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其包括，获取鞋模的三维激光点云；根据三维激光点云生成鞋模三维网格数据；提取鞋模三维网格数据的顶面及侧面；根据顶面及侧面的数据规划打磨路径；对打磨路径进行检测优化。本发明还提供一种存储介质及一种鞋模表面打磨轨迹生成系统，本发明提供的鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统使得鞋模在尺寸上有差别时，摆脱对人工的依赖，提高生产效率，同时降低鞋底打磨的次品率，由数控程序控制机器人对鞋底自动打磨，实现全自动化的鞋底打磨。

Description

一种鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统

技术领域

本发明涉及地表温度提取技术领域，尤其涉及一种鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统。

背景技术

在制鞋行业，为了方便给鞋底擦胶使其粘合鞋帮，需要对鞋底表面均匀打磨起毛。目前，大多数鞋厂都是采用人工打磨的方式，需要有经验的打磨工人手持鞋底，沿着高速转动的磨轮将鞋底的底面和侧面打磨起毛。这种传统的打磨方式不仅生产效率低，而且次品率高，打磨的质量主要取决于打磨工人的经验和状态，很不稳定，即便是同一个工人打磨出来的成品也不太一样。另一方面，高速转动的磨轮具有较强破坏力，人工打磨过程需要用手紧握鞋底贴近磨轮，具有一定危险性，而且打磨时会有大量的粉末飞出，对工人的身体健康也有损害。

随着数字化生产技术在制鞋行业中的应用，机器人逐步应用到鞋底打磨工序中。目前打磨轨迹普遍采用手动示教的方法来获取，一定程度可以实现打磨工序的自动化。但这种半自动化的打磨方式在实际应用过程中，还是难以应对大批量的不同尺寸的鞋底打磨场景，而且即便是同尺寸的鞋底也有细微差别，导致仍然有较高的次品率。

为了摆脱对人工的依赖，提高生产效率，同时降低鞋底打磨的次品率，就需要探索出“自适应规划不同鞋底打磨轨迹”的方法，然后传送给数控程序，再由数控程序控制机器人对鞋底自动打磨，就能实现全自动化的鞋底打磨。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统解决大批量不同尺寸鞋底打磨场景中尺寸存在细微差别导致次品率较高的问题。

为了达到上述目的，本发明解决技术问题的技术方案是提供一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其包括：获取鞋模的三维激光点云；根据三维激光点云生成鞋模三维网格数据；提取鞋模三维网格数据的顶面及侧面；根据顶面及侧面的数据规划打磨路径；对打磨路径进行检测优化。

进一步,所述获取鞋模的三维激光点云包括：在工作台上设置标志点；利用相机构建坐标系原点；生成三维激光点云。

进一步，所述根据三维激光点云生成鞋模三维网格数据包括：重建生成三维网格数据；剔除鞋模意外的无效数据点。

进一步，所述提取鞋模三维网格数据的顶面及侧面包括：获取每个网络顶点的法向；计算每个网格顶点的法向与竖直方向的夹角，并给定一个角度阈值；根据角度阈值的取值，将顶面顶点的所有临接三角面记为顶面网格，将侧面顶点的所有临接三角面记为侧面网格。

进一步，所述根据顶面及侧面的数据规划打磨路径包括：分别对顶面和侧面进行UV划分；以UV作为打磨轮在鞋模表面的轮辙，生成磨轮轨迹点。

进一步，所述对打磨路径进行检测优化包括：计算每个轨迹点的曲率；去掉曲率中的离群点。

进一步，所述生成三维激光点云为利用三维激光扫描仪对鞋模表面进行扫描，直接获取鞋模的三维激光点云。

进一步，所述角度阈值为30°。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述鞋模表面打磨轨迹生成方法。

本发明还提供一种鞋模表面打磨轨迹生成系统，其包括处理器和存储器,所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现鞋模表面打磨轨迹生成方法。

与现有技术相比，本发明所提供的鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统具有以下有益效果：

通过建立三维网格数据后，生成鞋模的打磨轨迹，使得鞋模在尺寸上有差别时，摆脱对人工的依赖，提高生产效率，同时降低鞋底打磨的次品率，由数控程序控制机器人对鞋底自动打磨，实现全自动化的鞋底打磨。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法的步骤流程示意图；

图2为图1中步骤S1的另一实施例的步骤流程图；

图3为图1中步骤S2的另一实施例的步骤流程图；

图4为图1中步骤S3的另一实施例的步骤流程图；

图5为图1中步骤S4的另一实施例的步骤流程图；

图6为图1中步骤S5的另一实施例的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其包括：

S1，获取鞋模的三维激光点云；

具体的，在打磨开始前，在打磨的工作台上设置好标志点，利用相机等图像建立坐标原点，并获取工作台上各个标志点的坐标，然后将鞋模放置于工作台上，使用三维激光扫描仪扫描鞋模，以获取鞋模的三维激光点，即鞋模上各个标志点的坐标。

在本实施例中，在工作台上贴好标志点，相机世界坐标系以工作台上右下角、右上角、左下角的三个标志点确定，机器人的工件坐标系同理。然后将鞋模以摆正的姿态(鞋模短轴与x轴接近平行，长轴与y轴接近平行，顶面法向与z轴接近平行)固定在工作台上，使用三维激光扫描仪对鞋模表面进行扫描，可直接获取鞋模的三维激光点云。

S2，根据三维激光点云生成鞋模三维网格数据；

具体的，根据点云三维重建技术，生成鞋模表面的三维网格数据，并根据鞋模与标志点的位置关系剔除鞋模以外的无效数据。

在本实施例中，在利用三维激光扫描仪扫描鞋模后，重建的三维网格会包括鞋模表面数据以及一些如工作台表面之类的冗余数据。由于鞋模被固定在工作台上，且标志点也被固定在工作台上，所以鞋模在标志点坐标系下的位置是相对固定的，为了提高后续计算效率，可预设标志点坐标系下能完全包裹鞋模的包围盒，将鞋模表面以外的无效数据剔除掉，包围盒外的数据即无效数据。

S3，提取鞋模三维网格数据的顶面及侧面；

具体的，根据鞋模的三维网格数据，利用网格的顶点法向来区分顶面和侧面，以获取鞋模三维网格数据的顶面及侧面。

在本实施例中，因为鞋模初始状态是在工作台上摆正固定的，所以可以直接根据鞋模网格顶点法向来区分顶面和侧面。首先，通过加权平均当前顶点所有临接三角形法向，计算得到每个网格顶点的法向；然后，计算每个网格顶点的法向与竖直方向z轴(0,0,1)的夹角a。并给定一个角度阈值t，t可取15°到45°之间任意角度。如果a小于t,则记录当前顶点为顶面顶点；如果a大于90°-t，且小于90°+t；则记录当前顶点为侧面顶点。其中，t取值越大，顶面和侧面的范围越大。将顶面顶点的所有临接三角面记为顶面网格，将侧面顶点的所有临接三角面记为侧面网格。优选地，角度阈值t为30°。

S4，根据顶面及侧面的数据规划打磨路径；

具体的，在获取到鞋模顶面及侧面的数据后，对其进行打磨路径的规划。

在本实施例中，为了方便对顶面和侧面进行轨迹规划，需要分别对顶面和侧面进行UV划分。其中，顶面以X轴方向为U线方向，Y轴为V线方向，按照V方向等步长划分。实现思路：构造不同Y值的XOZ平面，与顶面数据进行剖切，得到的剖切线即不同V值的U线。侧面以Z轴方向为U线方向，以朝向Z轴的逆时针方向为V线方向，按照V方向等步长划分。实现思路：首先，构造侧面中值Z处的XOY平面，与侧面网格相交得到一条闭合的V线，再等步长在V线上采点P，以“P点为面上点，P点在V线上的切线方向为面法向”构造剖切面，与侧面数据进行剖切，得到一条经过P点的剖切线即不同V值的U线。

可以将上述UV线看作打磨轮在鞋模表面的“轮辙”。假设磨轮的半径R接近零，取每一条剖切线的重心作为磨轮中心C，并根据剖切线上的点拟合生成磨轮轴向，依此类推生成一系列的磨轮轨迹点。

但实际上打磨轮的半径R都是远大于零，所以还需要将磨轮中心C往外偏置。根据磨轮中心走向(即P点在V线上的切线方向)和磨轮轴向，可叉乘得到偏置方向，最后将C点沿着偏置方向移动R距离，就能初步得到打磨路径。

S5，对打磨路径进行检测优化；

具体的，在得到初步的打磨路径后，对其进行优化。

在本实施例中，检测打磨路径的正确性，计算每个轨迹点的曲率，去掉曲率明显偏大的“离群点”，然后对较密集的轨迹点进行降采样，提高轨迹点的均匀性和平滑程度。

可以理解，离群点为，偏离轨迹的点，其会导致打磨震荡。

请参阅图2，步骤S1还包括子步骤：

S11，在工作台上设置标志点；

具体的，在放置鞋模并对鞋模进行打磨的工作台上事先放置好标志点。

S12，利用相机构建坐标系原点；

具体的，以工作台上右下角、右上角、左下角的三个标志点确定，机器人的工件坐标系同理。

S13，生成三维激光点云；

具体的，利用坐标系原点与各个标志点之间的位置关系，生成三维激光点云。

请参阅图3，步骤S2还包括子步骤：

S21，重建生成三维网格数据；

具体的，利用点云三维重建技术，生成鞋模表面的三维网格数据。

S22，剔除鞋模意外的无效数据点；

具体的，将位于鞋模表面上的标志点提取出来，形成鞋模表面的三维网格数据，而将鞋模表面意外的标志点剔除。

请参阅图4，步骤S3还包括子步骤：

S31，获取每个网络顶点的法向；

具体的，通过加权平均当前顶点所有临接三角形法向，计算得到每个网格顶点的法向。

S32，计算每个网格顶点的法向与竖直方向的夹角，并给定一个角度阈值；

具体的，算每个网格顶点的法向与竖直方向z轴(0,0,1)的夹角a。并给定一个角度阈值t，t可取15°到45°之间任意角度。

S33，根据角度阈值的取值，将顶面顶点的所有临接三角面记为顶面网格，将侧面顶点的所有临接三角面记为侧面网格；

具体的，如果a小于t,则记录当前顶点为顶面顶点；如果a大于90°-t，且小于90°+t；则记录当前顶点为侧面顶点。其中，t取值越大，顶面和侧面的范围越大。将顶面顶点的所有临接三角面记为顶面网格，将侧面顶点的所有临接三角面记为侧面网格。

请参阅图5，步骤S4还包括子步骤：

S41，分别对顶面和侧面进行UV划分；

具体的，为了方便对顶面和侧面进行轨迹规划，需要分别对顶面和侧面进行UV划分。其中，顶面以X轴方向为U线方向，Y轴为V线方向，按照V方向等步长划分，侧面以Z轴方向为U线方向，以朝向Z轴的逆时针方向为V线方向，按照V方向等步长划分。

S42，以UV作为打磨轮在鞋模表面的轮辙，生成磨轮轨迹点；

具体的，假设磨轮的半径R接近零，取每一条剖切线的重心作为磨轮中心C，并根据剖切线上的点拟合生成磨轮轴向，依此类推生成一系列的磨轮轨迹点。

请参阅图6，步骤S5还包括子步骤：

S51，计算每个轨迹点的曲率；

具体的，对每个轨迹点处的曲率进行计算。

S52，去掉曲率中的离群点；

具体的，去掉曲率点中曲率明显偏大的“离群点”，然后对较密集的轨迹点进行降采样，提高轨迹点的均匀性和平滑程度。

本发明还提供一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述方法步骤。存储介质可以包括如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒(Memory Stick)、XD卡等。

计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可以是个人计算机设备、服务器或其他网络设备等)用以执行本发明方法的全部或部分步骤。

本发明还提供一种鞋模表面打磨轨迹生成系统，鞋模表面打磨轨迹生成系统包括处理器和存储器,存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现鞋模表面打磨轨迹生成方法。

与现有技术相比，本发明所提供的鞋模表面打磨轨迹生成方法、存储介质及系统具有以下有益效果：

通过建立三维网格数据后，生成鞋模的打磨轨迹，使得鞋模在尺寸上有差别时，摆脱对人工的依赖，提高生产效率，同时降低鞋底打磨的次品率，由数控程序控制机器人对鞋底自动打磨，实现全自动化的鞋底打磨。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于，包括：

获取鞋模的三维激光点云；

根据三维激光点云生成鞋模三维网格数据；

提取鞋模三维网格数据的顶面及侧面；

根据顶面及侧面的数据规划打磨路径；

对打磨路径进行检测优化。

2.如权利要求1所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于,所述获取鞋模的三维激光点云包括：

在工作台上设置标志点；

利用相机构建坐标系原点；

生成三维激光点云。

3.如权利要求1所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于，所述根据三维激光点云生成鞋模三维网格数据包括：

重建生成三维网格数据；

剔除鞋模意外的无效数据点。

4.如权利要求1所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于，所述提取鞋模三维网格数据的顶面及侧面包括：

获取每个网络顶点的法向；

计算每个网格顶点的法向与竖直方向的夹角，并给定一个角度阈值；

根据角度阈值的取值，将顶面顶点的所有临接三角面记为顶面网格，将侧面顶点的所有临接三角面记为侧面网格。

5.如权利要求1所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于，所述根据顶面及侧面的数据规划打磨路径包括：

分别对顶面和侧面进行UV划分；

以UV作为打磨轮在鞋模表面的轮辙，生成磨轮轨迹点。

6.如权利要求1所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于，所述对打磨路径进行检测优化包括：

计算每个轨迹点的曲率；

去掉曲率中的离群点。

7.如权利要求2所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于：

所述生成三维激光点云为利用三维激光扫描仪对鞋模表面进行扫描，直接获取鞋模的三维激光点云。

8.如权利要求4所述的一种鞋模表面打磨轨迹生成方法，其特征在于：

所述角度阈值为30°。

9.一种存储介质，其特征在于：

所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1-8中任一项中所述的鞋模表面打磨轨迹生成方法。

10.一种鞋模表面打磨轨迹生成系统，其特征在于，包括：

存储器和处理器，存储器中存储有所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-8中任一项所述的鞋模表面打磨轨迹生成方法。

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