CN117506644B - 一种钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻石打磨技术领域，并具体公开了一种钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法，包括有机架以及设置于所述机架上的相机机构、托盘机构和打磨机构，所述打磨机构包括有金刚石磨盘组件和夹持组件，钻石储存于所述托盘机构上，所述夹持组件夹取钻石，所述相机机构拍摄钻石，所述夹持组件夹取钻石移动至所述金刚石磨盘组件上打磨，打磨后所述夹持组件夹取钻石移动至所述相机机构进行检测，并放置于所述托盘机构中。上述钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法，具备以下优势精度高:实现高度精确的物体形状和尺寸测量；自动化:提高效率并降低劳动成本；质量控制:实时监测切割和打磨过程；减少浪费:优化切割位置减少切割损失，提高资源利用率。

Description

一种钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法

技术领域

本发明涉及钻石打磨技术领域，尤其是涉及一种钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法。

背景技术

钻石作为宝石行业的核心领域，其切割和打磨过程是决定其质量和价值的关键步骤之一。传统的钻石切割和打磨是一项高度精密的工艺，需要经验丰富的匠人来执行。这种手工操作存在以下挑战：人工错误:由于人为因素，如疲劳和专业水平的不同，切割和打磨过程中可能会出现错误，导致钻石的浪费和降低质量。时间成本:手工操作需要大量时间，限制了产量，影响了宝石行业的供应链。浪费:由于手工切割和打磨可能导致钻石损失，这种浪费对行业和环境都有负面影响。质量控制:传统方法难以实现一致的质量控制，不同工匠之间的技术差异可能导致产品差异。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法，以解决上述技术问题，实现自动化、高精度、提高打磨质量、减少浪费。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻石打磨机器人，包括有机架以及设置于所述机架上的相机机构、托盘机构和打磨机构，所述打磨机构包括有金刚石磨盘组件和夹持组件，钻石储存于所述托盘机构上，所述夹持组件夹取钻石，所述相机机构拍摄钻石，所述夹持组件夹取钻石移动至所述金刚石磨盘组件上打磨，打磨后所述夹持组件夹取钻石移动至所述相机机构进行检测，并放置于所述托盘机构中；所述夹持组件包括有夹持机械手和夹持驱动组件，所述夹持驱动组件驱动所述夹持机械手移动；所述夹持机械手包括有固定座、转动座、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第一臂、第二臂、第三臂和内夹缩咀，所述第一电机安装于所述固定座上，所述第二电机安装于所述转动座上；所述第三电机安装于所述第一臂上，所述第四电机安装于所述第二臂上，所述内夹缩咀安装于所述第三臂上，所述第一电机驱动所述转动座转动，所述第二电机驱动所述第一臂摆动，所述第三电机驱动所述第二臂摆动，所述第四电机驱动所述第三臂摆动。

作为一种优选的技术方案，所述金刚石磨盘组件包括有金刚石磨盘和磨盘电机，所述磨盘电机驱动所述金刚石磨盘旋转。

作为一种优选的技术方案，所述托盘机构包括有托盘和托盘驱动组件，所述托盘驱动组件驱动所述托盘移动。

作为一种优选的技术方案，所述相机机构包括有相机组件和相机驱动组件，所述相机驱动组件驱动所述相机组件移动。

作为一种优选的技术方案，所述相机组件包括有相机、相机支架和光源，所述相机和所述光源安装于所述相机支架上，且所述光源设置于所述相机的下方。

作为一种优选的技术方案，其进一步包括有吸尘组件，所述吸尘组件安装于所述机架上。

本发明还提供另外一种方案：一种钻石三维重建方法，包括有定位成像模块、语义分割模块和雕刻算法模块，包括有以下步骤：

S1、所述相机通过所述定位成像模块定位钻石的位置，并对钻石进行拍摄形成图片，随后输送至所述语义分割模块上；

S2、所述语义分割模块通过基于深度学习的语义分割算法，自动识别并将照片组合形成钻石外轮廓；

S3、所述雕刻算法模块建设钻石三维图像；

S4、根据该三维图像设计打磨需要形状，夹持机械手夹持钻石至金刚石磨盘进行打磨，打磨完成后，夹持机械手夹持钻石移动至相机进行拍摄。

作为一种优选的技术方案，在步骤S3中，包括有以下步骤：

S3.1、构建一个边长为L的立方体体素网络，单个体素的边长为L/a,其中心作为空间坐标原点，a≥8；

S3.2、输入钻石外轮廓；

S3.3、剔除轮廓投影外的体素；

S3.4、将轮廓投影切割成体素边长为的立方体体素网络，b≥1，并剔除轮廓投影外的体素；

S3.5、将轮廓投影切割成体素边长为的立方体体素网络，b≥1，并剔除轮廓投影外的体素；

...

S3.n、将轮廓投影切割成体素边长为的立方体体素网络，并剔除轮廓投影外的体素，从而构成高精度的钻石三维图像。

本发明的有益效果在于：上述钻石打磨机器人以及钻石三维重建方法，具备以下优势：精度高:三维重建可以实现高度精确的物体形状和尺寸测量，确保切割和打磨的精度；自动化:基于三维模型的自动化方法可以取代手工操作，提高效率并降低劳动成本；质量控制:三维重建技术可以实时监测切割和打磨过程，确保产品质量的一致性；减少浪费:通过优化切割位置减少切割损失，可以减少宝石浪费，提高资源利用率。

附图说明

图1为本发明涉及的钻石打磨机器人的结构示意图；

图2为本发明涉及的夹持机械手的结构示意图；

图3为本发明涉及的钻石三维重建方法的流程示意图；

图4为本发明涉及的钻石的体素网络图。

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。

如图1所示，一种钻石打磨机器人，包括有机架1以及设置于机架1上的相机机构2、托盘机构3、打磨机构4和吸尘机构5，相机机构2用于拍摄钻石，托盘机构3用于储存钻石，打磨机构4用于将钻石打磨，吸尘机构5接通负气压，用于吸附打磨钻石形成粉尘，在本实施例中，打磨机构4设置有四个，能够同时对四颗钻石进行打磨。

相机机构2包括有相机组件22和相机驱动组件21，相机驱动组件21驱动相机组件22移动。相机组件22包括有相机222、相机支架221和光源223，相机222和光源223安装于相机支架221上，且光源223设置于相机222的下方。

托盘机构3包括有托盘32和托盘驱动组件31，托盘驱动组件31驱动托盘32移动。

请结合图1和图2所示，打磨机构4包括有金刚石磨盘组件42和夹持组件41，夹持组件41用于夹持钻石，并移动至金刚石磨盘组件42进行打磨。夹持组件41包括有夹持机械手412和夹持驱动组件411，夹持驱动组件411驱动夹持机械手412移动。夹持机械手412包括有固定座4121、转动座4122、第一电机4126、第二电机4127、第三电机4128、第四电机4129、第一臂4123、第二臂4124、第三臂4125和内夹缩咀4130，第一电机4126安装于固定座4121上，第二电机4127安装于转动座4122上，第三电机4128安装于第一臂4123上，第四电机4129安装于第二臂4124上，内夹缩咀4130安装于第三臂4125上，第一电机4126驱动转动座4122转动，第二电机4127驱动第一臂4123摆动，第三电机4128驱动第二臂4124摆动，第四电机4129驱动第三臂4125摆动。内夹缩咀4130内设置有气涨轴，当气涨轴涨起时，其下端的夹爪打开，当气涨轴收缩时，其下端的夹爪闭合，以夹紧钻石。金刚石磨盘组件42包括有金刚石磨盘422和磨盘电机421，磨盘电机421驱动金刚石磨盘422旋转。

请结合图3和图4所示，一种钻石三维重建方法，包括有定位成像模块、语义分割模块和雕刻算法模块，定位成像模块能够对钻石进行高精度的定位和成像，通过相机222获取钻石在加工过程中的实时图像和成像坐标，为后续的三维重建提供基础数据，语义分割模块则是通过基于深度学习的语义分割算法，通过让深度学习模型学习人工标注的钻石的外轮廓图片，实现自动化的推断钻石外轮廓，解决钻石火彩导致的轮廓难以分割的问题，语义分割算法相比传统的阈值分割算法，可以将钻石的轮廓进行更准确的提取，从而提高三维重建的精度，雕刻算法模块通过体素雕刻算法，利用语义分割模块提取的轮廓对钻石进行三维重建处理，体素雕刻算法可以有效地处理钻石表面缺乏纹理和半透明材质等特性，从而实现高精度的三维重建，包括有以下步骤：

步骤0、启动前，操作人员将待加工的钻石放置于托盘32上。

步骤1、夹持驱动组件411驱动夹持机械手412移动至托盘32上，夹持机械手412夹取待打磨钻石，并移动至相机222的下方，相机222通过定位成像模块定位钻石的位置，并对钻石进行拍摄形成图片，随后输送至语义分割模块上，随后夹持机械手412转动多个角度，使相机222拍摄多个角度照片。

步骤2、语义分割模块通过基于深度学习的语义分割算法，自动识别并将照片组合形成钻石外轮廓。

步骤3、雕刻算法模块建设钻石三维图像，并包括有以下步骤：步骤3.1、构建一个边长为L的立方体体素网络，单个体素的边长为L/8,其中心作为空间坐标原点（即形成图4中的网格）；步骤3.2、输入钻石外轮廓（即深色阴影）；步骤3.3、保留可能位于钻石外轮廓投影内的体素（即浅色阴影）并剔除轮廓投影外的体素；步骤3.4、将轮廓投影切割成体素边长为L/16的立方体体素网络，并剔除轮廓投影外的体素；步骤3.5、将轮廓投影切割成体素边长为L/24的立方体体素网络，并剔除轮廓投影外的体素；...步骤3.n、将轮廓投影切割成体素边长为L/2048的立方体体素网络，并剔除轮廓投影外的体素，从而构成高精度的钻石三维图像，此时构成待打磨钻石的三维图像。

步骤4、根据该三维图像设计打磨需要形状，夹持机械手412夹持钻石至金刚石磨盘422进行打磨，打磨完成后，夹持机械手412夹持钻石移动至相机222进行拍摄，以检查打磨质量。

此外，本发明还可以通过引入深度学习模型，对钻石的材质和光照变化进行预测和补偿，进一步提高三维重建的精度和稳定性。深度学习模型可以通过学习大量的钻石图像和对应的三维模型，学习到钻石的材质和光照变化对三维重建的影响，从而在三维重建过程中对这些影响进行预测和补偿。

总的来说，本发明通过引入体素雕刻算法和语义分割算法，结合深度学习和多视角成像技术，实现了对钻石加工过程中的高精度三维重建，为钻石加工自动化提供了强大的技术支持。

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种应用于钻石打磨机器人的钻石三维重建方法，其特征在于，该钻石打磨机器人包括有机架以及设置于所述机架上的相机机构、托盘机构和打磨机构，所述打磨机构包括有金刚石磨盘组件和夹持组件，钻石储存于所述托盘机构上，所述夹持组件夹取钻石，所述相机机构拍摄钻石，所述夹持组件夹取钻石移动至所述金刚石磨盘组件上打磨，打磨后所述夹持组件夹取钻石移动至所述相机机构进行检测，并放置于所述托盘机构中；所述夹持组件包括有夹持机械手和夹持驱动组件，所述夹持驱动组件驱动所述夹持机械手移动；所述夹持机械手包括有固定座、转动座、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第一臂、第二臂、第三臂和内夹缩咀，所述第一电机安装于所述固定座上，所述第二电机安装于所述转动座上；所述第三电机安装于所述第一臂上，所述第四电机安装于所述第二臂上，所述内夹缩咀安装于所述第三臂上，所述第一电机驱动所述转动座转动，所述第二电机驱动所述第一臂摆动，所述第三电机驱动所述第二臂摆动，所述第四电机驱动所述第三臂摆动；

所述金刚石磨盘组件包括有金刚石磨盘和磨盘电机，所述磨盘电机驱动所述金刚石磨盘旋转；

所述托盘机构包括有托盘和托盘驱动组件，所述托盘驱动组件驱动所述托盘移动；

所述相机机构包括有相机组件和相机驱动组件，所述相机驱动组件驱动所述相机组件移动；

所述相机组件包括有相机、相机支架和光源，所述相机和所述光源安装于所述相机支架上，且所述光源设置于所述相机的下方；

所述钻石打磨机器人进一步包括有吸尘组件，所述吸尘组件安装于所述机架上；

该钻石三维重建方法包括有定位成像模块、语义分割模块和雕刻算法模块，包括有以下步骤：

S1、所述相机通过所述定位成像模块定位钻石的位置，并对钻石进行拍摄形成图片，随后输送至所述语义分割模块上；

S2、所述语义分割模块基于深度学习的语义分割算法，自动识别并将照片组合形成钻石外轮廓；

S3、所述雕刻算法模块建设钻石三维图像；

S4、根据该三维图像设计打磨需要形状，夹持机械手夹持钻石至金刚石磨盘进行打磨，打磨完成后，夹持机械手夹持钻石移动至相机进行拍摄；

在步骤S3中，包括有以下步骤：

S3.1、构建一个边长为L的立方体体素网络，单个体素的边长为L/a,其中心作为空间坐标原点，a≥8；

S3.2、输入钻石外轮廓；

S3.3、剔除轮廓投影外的体素；

S3.4、将轮廓投影切割成体素边长为的立方体体素网络，b≥1，并剔除轮廓投影外的体素；

S3.5、将轮廓投影切割成体素边长为的立方体体素网络，b≥1，并剔除轮廓投影外的体素；

...

S3.n、将轮廓投影切割成体素边长为的立方体体素网络，并剔除轮廓投影外的体素，从而构成高精度的钻石三维图像。