CN117070939B - 一种视觉引导的阀门球体自动修复方法及修复设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视觉引导的阀门球体自动修复方法及修复设备，涉及阀门球体修复领域，该方法包括以下步骤：采用深度相机装置扫描阀门球体，获得实时的阀门球体模型；将实时阀门球体模型与理论模型进行比对，获得阀门球体的缺损模型；根据获得的缺损模型，生成修复轨迹，驱动机械臂带动激光熔覆装置进行缺损修复；该修复方法根据深度相机装置获取的阀门球体的模型，指定出修复轨迹和修复方式，最终通过修复设备进行自动修复，保证修复质量，提高阀门球体的再利用率。

Description

一种视觉引导的阀门球体自动修复方法及修复设备
技术领域
本发明属于阀门球体修复领域，更具体地，涉及一种视觉引导的阀门球体自动修复方法及修复设备。
背景技术
阀门对管道的作用主要体现在介质分流、截断、压力调节等方面，其最常见的安全问题就是阀门泄露，泄露主要分成内漏与外漏，不管是哪种形式的泄露，都会造成十分严重的安全隐患，甚至导致重大安全事故发生。
阀门球体由于工作过程中直接和介质接触，受到介质的冲击和压力，容易引起球体的损坏、缺失，阀门球体的破损将直接影响阀门截断、压力调节等功能的实现。因此，亟需一种将破损的阀门球体进行快速修复的方法及装备，以提高阀门球体的再利用率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复方法及修复设备，该修复方法根据深度相机装置获取的阀门球体的模型，指定出修复轨迹和修复方式，最终通过修复设备进行自动修复，保证修复质量，提高阀门球体的再利用率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复方法，该方法包括以下步骤：
采用深度相机装置扫描阀门球体，获得实时的阀门球体模型；
将实时阀门球体模型与理论模型进行比对，获得阀门球体的缺损模型；
根据获得的缺损模型，生成修复轨迹，驱动机械臂带动激光熔覆装置进行缺损修复。
可选地，所述采用深度相机装置扫描阀门球体包括：
所述深度相机装置对工作台的位置标定第一位置；
所述深度相机装置对所述机械臂的末端的位置标定第二位置。
可选地，所述获得实时的阀门球体模型包括：
所述深度相机装置对所述阀门球体进行多角度的拍照；
通过视觉处理算法对各角度的深度照片进行信息的融合，获得所述阀门球体的实时三维模型。
可选地，所述实时阀门球体模型与理论模型进行比对包括：
根据所述阀门球体的安装夹具的特征点位，获得所述安装夹具与所述机械臂的坐标系的坐标关系T1；
根据深度照片的特征点位，获得所述阀门球体的空间位置，确定所述阀门球体与所述安装夹具的坐标关系T2；
根据TI和T2的信息，构建所述阀门球体在所述机械臂的坐标系的坐标关系T3。
可选地，所述生成修复轨迹包括：
基于所述缺损模型的深度，规划出所述激光熔覆装置的修复轨迹R1；
基于所述缺损模型的横截面积，规划出所述激光熔覆装置的修复轨迹R2；
根据修复轨迹R1和修复轨迹R2，生成所述激光熔覆装置的修复轨迹R3。
可选地，所述激光熔覆装置的修复方式包括：
对所述缺损模型按深度划分成多层，按层进行修复；
对所述缺损模型按横截面积分成多区域，按区域进行修复。
本发明还提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复设备，包括：
底座，与机械臂的一端连接，所述机械臂的另一端活动设置有深度相机装置和激光熔覆装置；
工作台，设置在所述底座的一侧，所述工作台通过翻转电机与阀门球体连接；
控制单元，与所述深度相机装置和所述激光熔覆装置控制连接。
可选地，所述机械臂的另一端设置有摇臂和转动电机，所述激光熔覆装置设置在所述机械臂的轴向延长线上，所述摇臂在所述转动电机的驱动下沿所述机械臂的轴线进行转动，所述摇臂的转动端与所述深度相机装置连接。
可选地，所述工作台上还设置有安装支架和两个转动支架，所述安装支架呈U型，所述安装支架的两端通过所述翻转电机与所述阀门球体连接，所述转动支架在所述安装支架两侧转动设置，所述转动支架与测试装置连接，所述转动支架在水平方向上进行转动。
可选地，所述测试装置包括打磨端头和涂覆端头，所述打磨端头与所述涂覆端头相对设置，在所述安装支架的两个侧面分别设置有所述打磨端头，所述打磨端头与所述转动支架可拆卸连接。
本发明提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复方法及修复设备，其有益效果在于：该修复设备通过深度相机装置对阀门球体进行各个角度的拍照，配合着翻转电机能够获取实时的阀门球体模型，再经过信息比对确定缺损模型的空间位姿，指定修复轨迹和修复方式，通过激光熔覆装置对缺陷位置进行修复，在修复完成后，采用涂覆端头对打磨端头的表面添加显色剂，再采用打磨端头与阀门球体进行贴合，检验阀门球体的修复效果，直到满足修复要求，最后通过打磨端头对阀门球体的表面进行打磨。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种视觉引导的阀门球体自动修复方法的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种视觉引导的阀门球体自动修复方法的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的机械臂的端部的结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的工作台的内部结构示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的打磨端头与阀门球体的位置示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的打磨端头与阀门球体在贴合状态下位置示意图一。
图7示出了根据本发明的一个实施例的打磨端头与阀门球体在贴合状态下位置示意图二。
附图标记说明：
1、深度相机装置；2、阀门球体；3、机械臂；4、激光熔覆装置；5、底座；6、工作台；7、翻转电机；8、摇臂；9、安装支架；10、转动支架；11、打磨端头；12、涂覆端头。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复方法，该方法包括以下步骤：
采用深度相机装置扫描阀门球体，获得实时的阀门球体模型；
将实时阀门球体模型与理论模型进行比对，获得阀门球体的缺损模型；
根据获得的缺损模型，生成修复轨迹，驱动机械臂带动激光熔覆装置进行缺损修复。
具体的，该自动修复方法通过深度相机装置对阀门球体进行拍照扫描，深度相机装置和阀门球体都能转动设置，这样能够获取更多角度的照片信息，最后经过处理就能得到实时的阀门球体模型，根据与理论的阀门球体模型对比，确定缺损模型的空间位姿，指定出激光熔覆装置的修复方案，对阀门球体进行修复，实现自动修复过程，并且修复位置和修复效率能够得到保证。
可选地，采用深度相机装置扫描阀门球体包括：
深度相机装置对工作台的位置标定第一位置；
深度相机装置对机械臂的末端的位置标定第二位置。
具体的，由于深度相机装置和激光熔覆装置同时通过工作台固定在地面上，然后工作台通过机械臂的自由联动，带着深度相机装置和激光熔覆装置进行定位和修复工作，在对阀门球体进行拍照扫描时，深度相机装置先对工作台进行位置标定，确定一个稳定不变的参考点，然后对机械臂末端进行位置标定，这样就能获取深度相机装置的位置，然后对阀门球体进行深度拍照扫描，就能获取带有空间坐标系的模型信息。
可选地，获得实时的阀门球体模型包括：
深度相机装置对阀门球体进行多角度的拍照；
通过视觉处理算法对各角度的深度照片进行信息的融合，获得阀门球体的实时三维模型。
具体的，在获得整个阀门球体模型的过程中，阀门球体需要配合转动，深度相机装置在机械臂的带动下，弥补阀门球体转动角度的限制，能够在阀门球体的360°全方位下进行拍照，再通过视觉处理算法进行照片信息进行融合、经过降噪、顺滑和优化等处理过程，获得完整的实时阀门球体三维模型。
可选地，实时阀门球体模型与理论模型进行比对包括：
根据阀门球体的安装夹具的特征点位，获得安装夹具与机械臂的坐标系的坐标关系T1；
根据深度照片的特征点位，获得阀门球体的空间位置，确定阀门球体与安装夹具的坐标关系T2；
根据TI和T2的信息，构建阀门球体在机械臂的坐标系的坐标关系T3。
具体的，将实时阀门球体模型与理论模型进行对比过程中，先对固定阀门球体的安装夹具进行拍照测量，将安装夹具在机械臂的坐标系内的坐标位置确定；然后，将阀门球体在安装夹具的坐标系内的坐标位置确定，经过机械臂、安装夹具和阀门球体三者相互之间的关系，确定阀门球体在机械臂的坐标系内的坐标位置，这样就统一了实时阀门球体模型与理论模型的参考坐标系，能够准确的确定缺损模型的位置和体积，便于激光熔覆装置进行阀门球体修复。
可选地，生成修复轨迹包括：
基于缺损模型的深度，规划出激光熔覆装置的修复轨迹R1；
基于缺损模型的横截面积，规划出激光熔覆装置的修复轨迹R2；
根据修复轨迹R1和修复轨迹R2，生成激光熔覆装置的修复轨迹R3。
具体的，在制定激光熔覆装置的修复轨迹时，对于缺损模型的深度和横截面积需要具体分析，存在深度较大的缺损模型，激光熔覆装置从底部向顶部进行提拉式修复，存在横截面积较大的缺损模型，激光熔覆装置从一端向另一端进行平移式修复，激光熔覆装置根据两种修复方式的轨迹进行优化，生成最终的激光熔覆装置修复轨迹。
可选地，激光熔覆装置的修复方式包括：
对缺损模型按深度划分成多层，按层进行修复；
对缺损模型按横截面积分成多区域，按区域进行修复。
本发明还提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复设备，包括：
底座，与机械臂的一端连接，机械臂的另一端活动设置有深度相机装置和激光熔覆装置；
工作台，设置在底座的一侧，工作台通过翻转电机与阀门球体连接；
控制单元，与深度相机装置和激光熔覆装置控制连接。
具体的，该自动修复设备中，机械臂的固定端设置在底座上，机械臂的移动端连接有深度相机装置和激光熔覆装置，机械臂采用三轴以上形式，这样机械臂能够实现对阀门球体的多角度拍照和修复操作，工作台用于放置阀门球体，翻转电机能够带动阀门球体沿固定轴线方向进行转动，配合机械臂的摆动，实现阀门球体360°的全角度覆盖拍照扫描，控制单元根据深度相机装置拍照信息来给激光熔覆装置发送缺损模型的空间位姿。
在一个实施例中，工作台和翻转电机可以看作为阀门球体的安装夹具，在深度相机装置对阀门球体进行拍照时，翻转电机处于停工状态，待拍照后，翻转电机切换为工作状态，便于采集到阀门球体多角度的拍照信息；在阀门球体进行研磨时，翻转电机为工作状态，带动阀门球体转动的同时与转动的打磨端头配合，实现阀门球体的外表面打磨。
可选地，机械臂的另一端设置有摇臂和转动电机，激光熔覆装置设置在机械臂的轴向延长线上，摇臂在转动电机的驱动下沿机械臂的轴线进行转动，摇臂的转动端与深度相机装置连接。
具体的，激光熔覆装置在深度相机装置的外周转动设置，在激光熔覆装置对缺损模型进行修复时，深度相机装置能够对缺损模型外周信息进行确认，这样能够保证激光熔覆装置的修复位置和修复角度正确，还能确保在对缺损模型周围阀门球体表面进行监控，避免修复过程对阀门球体其他位置造成高温变形。
可选地，工作台上还设置有安装支架和两个转动支架，安装支架呈U型，安装支架的两端通过翻转电机与阀门球体连接，转动支架在安装支架两侧转动设置，转动支架与测试装置连接，转动支架在水平方向上进行转动。
具体的，在工作台上通过安装支架来放置翻转电机，通过转动支架带动测试装置在安装支架两侧进行转动，对激光熔覆装置修复后的阀门球体进行检测，确认是否达到修复标准，这样可以节省深度相机装置进行二次拍照扫描过程。
可选地，测试装置包括打磨端头和涂覆端头，打磨端头与涂覆端头相对设置，在安装支架的两个侧面分别设置有打磨端头，打磨端头与转动支架可拆卸连接。
具体的，测试装置包括打磨端头和涂覆端头，这两种端头设置在工作台内部，当阀门球体通过激光熔覆装置修复完成后，需要对阀门球体的修复质量进行确认，通过涂覆端头将显色剂覆在打磨端头上，这样打磨端头的表面就能形成一层厚度均匀的显色剂，由于打磨端头与阀门球体的型面完全吻合，当打磨端头与阀门球体贴合，就能显示出凹陷的位置，随着阀门球体的转动一定角度，打磨端头就与阀门球体贴合一次，同时打磨端头也会随着转动支架旋转角度，最终将整个阀门球体均粘有显色剂，根据显色剂的测试情况，采用激光熔覆装置继续修复；当阀门球体的显色剂测试没有凹陷位置后，将打磨端头上的显色剂清除，将研磨砂和润滑油加到阀门球体和打磨端头之间，将阀门球体和打磨端头同步转动，打磨端头对阀门球体的外表面进行全方位的研磨，不仅对修复之后的凸出部分打磨掉，还对阀门球体进行深度保养，提高阀门球体的使用寿命。
在一个实施例中，显色剂可以采用红丹粉。
实施例
如图1至图7所示，本发明提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复方法，该方法包括以下步骤：
采用深度相机装置1扫描阀门球体2，获得实时的阀门球体模型；
将实时阀门球体模型与理论模型进行比对，获得阀门球体的缺损模型；
根据获得的缺损模型，生成修复轨迹，驱动机械臂3带动激光熔覆装置4进行缺损修复。
在本实施例中，采用深度相机装置1扫描阀门球体2包括：
深度相机装置1对工作台的位置标定第一位置；
深度相机装置1对机械臂3的末端的位置标定第二位置。
在本实施例中，获得实时的阀门球体模型包括：
深度相机装置1对阀门球体2进行多角度的拍照；
通过视觉处理算法对各角度的深度照片进行信息的融合，获得阀门球体2的实时三维模型。
在本实施例中，实时阀门球体模型与理论模型进行比对包括：
根据阀门球体的安装夹具的特征点位，获得安装夹具与机械臂3的坐标系的坐标关系T1；
根据深度照片的特征点位，获得阀门球体2的空间位置，确定阀门球体2与安装夹具的坐标关系T2；
根据TI和T2的信息，构建阀门球体2在机械臂3的坐标系的坐标关系T3。
在本实施例中，生成修复轨迹包括：
基于缺损模型的深度，规划出激光熔覆装置4的修复轨迹R1；
基于缺损模型的横截面积，规划出激光熔覆装置4的修复轨迹R2；
根据修复轨迹R1和修复轨迹R2，生成激光熔覆装置4的修复轨迹R3。
在本实施例中，激光熔覆装置4的修复方式包括：
对缺损模型按深度划分成多层，按层进行修复；
对缺损模型按横截面积分成多区域，按区域进行修复。
本发明还提供了一种视觉引导的阀门球体自动修复设备，包括：
底座5，与机械臂3的一端连接，机械臂3的另一端活动设置有深度相机装置1和激光熔覆装置4；
工作台6，设置在底座5的一侧，工作台6通过翻转电机7与阀门球体2连接；
控制单元，与深度相机装置1和激光熔覆装置4控制连接。
在本实施例中，机械臂3的另一端设置有摇臂8和转动电机，激光熔覆装置4设置在机械臂3的轴向延长线上，摇臂8在转动电机的驱动下沿机械臂3的轴线进行转动，摇臂8的转动端与深度相机装置1连接。
在本实施例中，工作台6上还设置有安装支架9和两个转动支架10，安装支架9呈U型，安装支架9的两端通过翻转电机7与阀门球体2连接，转动支架10在安装支架9两侧转动设置，转动支架10与测试装置连接，转动支架10在水平方向上进行转动。
在本实施例中，测试装置包括打磨端头11和涂覆端头12，打磨端头11与涂覆端头12相对设置，在安装支架9的两个侧面分别设置有打磨端头11，打磨端头11与转动支架10可拆卸连接。
综上，该视觉引导的阀门球体自动修复设备在对阀门球体2进行拍照扫描时，机械臂3带动深度相机装置1进行各个角度的拍照，与此同时翻转电机7也带动阀门球体2进行转动，覆盖阀门球体2的全角度采集信息，形成实时的阀门球体2的三维模型，然后在与理论模型进行比对，确定缺损模型的空间位姿和修复方式，这样就可以通过激光熔覆装置4对阀门球体2进行修复作业，当阀门球体修复后，通过带有显色剂的打磨端头11对阀门球体2全方位的贴合，这样能够发现阀门球体2的凹陷部，继续通过激光熔覆装置4对其进行修复，当阀门球体修复符合工艺要求后，将打磨端头11的显色剂擦除，通过转动支架10带动打磨端头11在安装支架9两侧转动，这样打磨端头11就能在阀门球体2外周转动，实现对阀门球体2的研磨。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
采用深度相机装置扫描阀门球体，获得实时的阀门球体模型；
将实时阀门球体模型与理论模型进行比对，获得阀门球体的缺损模型；
根据获得的缺损模型，生成修复轨迹，驱动机械臂带动激光熔覆装置进行缺损修复；
该方法利用视觉引导的阀门球体自动修复设备进行修复，所述修复设备包括：
底座，与所述机械臂的一端连接，所述机械臂的另一端活动设置有所述深度相机装置和所述激光熔覆装置；
工作台，设置在所述底座的一侧，所述工作台通过翻转电机与所述阀门球体连接；
控制单元，与所述深度相机装置和所述激光熔覆装置控制连接；
所述工作台上还设置有安装支架和两个转动支架，所述安装支架呈U型，所述安装支架的两端通过所述翻转电机与所述阀门球体连接，所述转动支架在所述安装支架两侧转动设置，所述转动支架与测试装置连接，所述转动支架在水平方向上进行转动；
所述测试装置包括打磨端头和涂覆端头，所述打磨端头与所述涂覆端头相对设置，所述打磨端头与所述阀门球体的型面相配合，在所述安装支架的两个侧面分别设置有所述打磨端头，所述打磨端头与所述转动支架可拆卸连接；
当所述阀门球体通过所述激光熔覆装置修复完成后，对所述阀门球体的修复效果进行确认，通过所述涂覆端头将显色剂覆在所述打磨端头上，所述打磨端头的表面形成厚度均匀的显色剂，将所述打磨端头与所述阀门球体贴合，就能显示出所述阀门球体的凹陷位置，随着所述阀门球体的转动，所述打磨端头与所述阀门球体的每个位置均进行贴合，根据显色剂的涂覆情况，采用所述激光熔覆装置继续修复；
当所述阀门球体通过显色剂测试显示没有凹陷位置时，将所述打磨端头上的显色剂清除，将研磨砂和润滑油加到所述阀门球体和所述打磨端头之间，采用所述打磨端头对所述阀门球体的外表面进行研磨。
2.根据权利要求1所述的视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，所述采用深度相机装置扫描阀门球体包括：
所述深度相机装置对工作台的位置标定第一位置；
所述深度相机装置对所述机械臂的末端的位置标定第二位置。
3.根据权利要求2所述的视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，所述获得实时的阀门球体模型包括：
所述深度相机装置对所述阀门球体进行多角度的拍照；
通过视觉处理算法对各角度的深度照片进行信息的融合，获得所述阀门球体的实时三维模型。
4.根据权利要求3所述的视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，所述实时阀门球体模型与理论模型进行比对包括：
根据所述阀门球体的安装夹具的特征点位，获得所述安装夹具与所述机械臂的坐标系的坐标关系T1；
根据深度照片的特征点位，获得所述阀门球体的空间位置，确定所述阀门球体与所述安装夹具的坐标关系T2；
根据TI和T2的信息，构建所述阀门球体在所述机械臂的坐标系的坐标关系T3。
5.根据权利要求4所述的视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，所述生成修复轨迹包括：
基于所述缺损模型的深度，规划出所述激光熔覆装置的修复轨迹R1；
基于所述缺损模型的横截面积，规划出所述激光熔覆装置的修复轨迹R2；
根据修复轨迹R1和修复轨迹R2，生成所述激光熔覆装置的修复轨迹R3。
6.根据权利要求5所述的视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，所述激光熔覆装置的修复方式包括：
对所述缺损模型按深度划分成多层，按层进行修复；
对所述缺损模型按横截面积分成多区域，按区域进行修复。
7.根据权利要求1所述的视觉引导的阀门球体自动修复方法，其特征在于，所述机械臂的另一端设置有摇臂和转动电机，所述激光熔覆装置设置在所述机械臂的轴向延长线上，所述摇臂在所述转动电机的驱动下沿所述机械臂的轴线进行转动，所述摇臂的转动端与所述深度相机装置连接。
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