CN118046297A - 一种基于3d扫描定位的铸件打磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，涉及工艺打磨技术领域，解决了现有技术中根据固定的模板对铸件进行打磨而导致的打磨效率不高的技术问题；本发明设置了3D扫描定位模块、控制模块、HMI与手柄模块、传感器模块；本发明通过3D扫描定位技术对需打磨铸件的表面进行扫描，得到未打磨铸件的三维模型数据，对三维模型数据上需要打磨的位置进行标记，输入三维重建模型得到打磨最佳路径，控制模块控制打磨头完成打磨过程，并实时监测打磨头的实时状态参数，根据实时状态参数对打磨系统进行调整，能够使打磨更加精准，提高打磨的精度与打磨效率。

Description

一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统

技术领域

本发明属于工艺打磨技术领域，具体是一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统。

背景技术

在制造业领域，尤其是汽车、航空航天和重工制造等行业，铸件的质量对产品的性能、安全和寿命具有重要影响。随着技术的进步，铸件的复杂性和精度需求逐渐增加，而传统的铸件打磨方法由于其效率低下和精度难以保证的问题，已经无法满足现代制造业的需求，机器人打磨系统的出现，能够有效的提升打磨效率，在精度上，通过技术的改善也能逐渐提高铸件打磨的精度。

公开号为CN109249292A的发明专利公开了一种铸件智能打磨系统，包括PC机、绗架机器人、测量环节和打磨环节，所述的PC机与测量环节、打磨环节、绗架机器人的控制器构成局域控制网络，绗架机器人的控制器通过与PC机通信控制绗架机器人从生产线抓取并运送铸件至打磨环节打磨，将打磨好的铸件送测量环节测量，测量后将合格品输送至成品出口处；该发明利用要打磨的铸件标准图纸或标准的铸件样本输入PC机处理来进行铸件的打磨，不能根据需要打磨的铸件的实际情况来进行打磨；本发明利用3D扫描定位技术来对需要打磨的铸件进行扫描分析，可以精准定位到铸件表面需要处理的位置，实现精准效率的打磨；并且现有技术存在铸件由不同材质组成，打磨时因打磨头的材质与铸件的材质不适用而导致打磨的精度不高的问题，本发明对铸件不同区域的材质进行信息标记，并根据材质的不同使用不同的打磨头进行打磨，可以提高铸件不同区域的打磨精度，进而提高铸件整体的打磨精度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，用于解决在对铸件表面进行打磨时打磨的精度较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，包括：3D扫描定位模块、控制模块、HMI与手柄模块、传感器模块；

所述3D扫描定位模块包括3D扫描单元与定位单元；

所述3D扫描单元用于对未打磨铸件的全部表面进行3D扫描，获得铸件表面的三维数据，对三维数据进行处理得到铸件的三维模型数据；在三维模型数据上标记铸件区域，并将三维模型数据与标准数据输送到控制模块；其中，铸件区域包括需打磨区域和无需打磨区域，通过人工进行识别标记；

所述定位单元用于根据三维模型数据和标准数据对未打磨铸件表面需要打磨的位置进行定位，设定打磨头在打磨不同位置时的姿态；

所述传感器模块用于监测打磨头在打磨过程中的实时状态参数，并输送到控制模块；其中，实时状态参数包括力、定位、速度；

所述控制模块包括路径规划单元、运行监测单元、紧急保护单元；

路径规划单元用于规划打磨头的最佳打磨路径；

运行监测单元用于根据最佳打磨路径与标准数据，监测打磨过程中铸件与打磨头的状态并控制打磨头完成打磨过程，将打磨头的实时状态参数输送到HMI与手柄模块；

安全保护单元用于及时对设备进行紧急停止；

HMI与手柄模块用于接收到运行监测单元输送的实时状态参数，根据实时状态参数及时对打磨系统进行调整；打磨完成后将打磨铸件与标准铸件进行比对，检测打磨的质量，得到打磨结果，根据打磨结果通过HMI与手柄模块对打磨系统进行操作和打磨系统参数的调整。

现有技术中打磨铸件的过程中，没有针对铸件可能由多个材质的材料组成的问题而进行解决；本发明通过标记不同区域的材质信息，在打磨时替换使用不同的打磨头进行打磨，从而提高区域的打磨精度，能够提高对铸件打磨的打磨精度。

优选的，所述对未打磨铸件进行3D扫描，包括：

利用固定式扫描仪配合旋转平台对未打磨铸件各表面进行扫描，得到铸件表面的三维数据，并将未打磨铸件的三维数据输入三维重建软件得到未打磨铸件的三维模型数据。

本发明通过3D扫描技术与3D建模软件，获得铸件表面的三维模型数据，可以得到铸件表面需要打磨的位置信息，对需要打磨位置进行定位。

优选的，所述路径规划单元用于规划打磨头最佳的打磨路径，包括：

提取未打磨铸件的三维模型数据，人工对三维模型数据中的需打磨区域进行标记得到标准三维模型数据，将标准三维模型数据与路径约束条件结合，通过工业机器人编程软件得到对未打磨铸件进行打磨的打磨最佳路径；其中，路径约束条件包括打磨时间最短或者打磨的路径最短。

优选的，所述运行监测单元用于监测打磨过程中铸件与打磨头的状态并控制打磨头完成打磨过程，包括：

提取打磨最佳路径与打磨头在打磨不同位置的姿态；

控制打磨头在打磨时按照打磨最佳路径改变姿态，并在打磨不同材质区域时，替换打磨头进行打磨，控制打磨头完成打磨。

本发明在对不同材质的区域进行打磨时，使用不同的打磨头进行打磨，选择更加适合对铸件材质打磨的打磨头，能够提高对该区域的打磨精度，也能提高打磨的效率。

优选的，所述根据实时状态参数及时对打磨系统进行调整，包括：

提取实时状态参数；

根据实时状态参数，对打磨使用的打磨工具进行更换或者调整打磨系统的参数以及调整打磨压力与打磨速度。

本发明根据打磨头的实时状态参数，对打磨系统进行调整，改变打磨时的力、速度，使打磨精度更高。

优选的，所述将打磨铸件与标准铸件进行比对，包括：

将打磨铸件与标准铸件分别使用3D扫描技术进行扫描，得到打磨铸件的三维模型数据与标准铸件的三维模型数据，对两组数据进行对比，得到打磨铸件与标准铸件的差异，根据差异对打磨系统的参数进行调整。

本发明将打磨后铸件与标准铸件进行3D扫描得到三维模型数据，比较打磨后铸件与标准铸件的三维模型数据进行差异对比，得到铸件表面未打磨完全处的位置信息，对打磨系统进行调整，在打磨未打磨完全处时增加压力或者减缓速度，能够对打磨系统进一步优化，使其打磨精度更高。

优选的，所述根据打磨头的实时状态参数及时对打磨系统进行调整，包括：

通过HMI与手柄模块显示实时状态参数，观察打磨头的实时状态参数变化，当打磨头出现工作压力异常、进给速度异常以及磨损这些情况发生时，操作员通过手柄操作界面对打磨系统进行调整。

本发明通过在打磨过程中观察打磨系统的实时状态参数，当出现打磨异常情况时，通过操作界面可以对打磨系统及时进行调整，避免出现铸件或者打磨头损坏，保证打磨的精度与效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过3D扫描定位技术对需打磨铸件的表面进行扫描，得到未打磨铸件的三维模型数据，对三维模型数据上需要打磨的位置进行标记，输入三维重建模型得到打磨最佳路径，控制打磨头完成打磨过程，并实时监测打磨头的实时状态参数，根据实时状态参数对打磨系统进行调整，能够使打磨更加精准，提高打磨的精度与打磨效率。

2.本发明将打磨后的铸件与标准铸件分别进行3D扫描得到其三维模型数据并进行差异对比，得到差异结果，根据差异结果对打磨系统进行操作调整；能够直观的观察到当前打磨铸件与标准铸件之间的差异，可以及时的对打磨系统进行调整从而提高铸件打磨的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统组成图。

图2为本发明的原理流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明第一方面实施例提供了一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，包括：3D扫描定位模块、控制模块、HMI与手柄模块、传感器模块；

所述3D扫描定位模块包括3D扫描单元与定位单元；

所述3D扫描单元用于对未打磨铸件的全部表面进行3D扫描，获得铸件表面的三维数据，对三维数据进行处理得到铸件的三维模型数据；在三维模型数据上标记铸件区域，并将三维模型数据与标准数据输送到控制模块；其中，铸件区域包括需打磨区域和无需打磨区域，通过人工进行识别标记；

所述定位单元用于对未打磨铸件表面需要打磨的位置进行定位，设定打磨头在打磨不同位置时的位置与姿态。

示例性的，3D扫描单元采用高精度的激光3D扫描仪，对铸钢铸件的所有表面进行3D扫描，获取铸件表面的三维数据，将三维数据输入NX软件得到三维模型数据；人工对三维模型数据中需要进行打磨的位置进行标记，得到需打磨区域和无需打磨区域。

在另外一个实施例中，也可以对铸钢铸件不同区域的材质进行识别，标记三维模型中质地较硬的区域为碳素钢区域，标记质地较软的区域为石墨区域，将材质信息作为标准数据，将三维模型数据和标准数据输送至控制模块。

通过机器人视觉技术，对铸件的三维模型数据进行分析，对碳素钢区域和石墨区域上需要打磨的位置进行定位，并确定对碳素钢区域和石墨区域进行打磨时打磨头的不同位置与姿态，在开始对碳素钢区域进行打磨时，从区域边缘的毛刺处开始打磨，姿态为正向打磨；在对石墨区域进行打磨时，从浇铸口开始打磨，姿态为正向打磨，能够使打磨的精度更高。

所述传感器模块用于监测打磨头在打磨过程中的实时状态参数，并输送到控制模块；其中，实时状态参数包括力、定位、速度。

示例性的，传感器模块包括力传感器、定位传感器和速度传感器；力传感器用于监测打磨头在打磨过程中的压力；当打磨头的工作压力过小，会导致无法打磨除去铸件表面上的杂质，当打磨头的工作压力过大，会导致设备损坏；本实施例中打磨头在打磨碳素钢区域时压力较小，调整增大打磨压力。

定位传感器用于实时监测打磨头的位置并与最佳打磨路径进行对比；当打磨头的位置偏离最佳打磨路径，会导致有些需要打磨的位置无法打磨或者打磨的时间变长或者打磨路径变长，导致打磨效率变低，通过HMI与手柄模块进行控制打磨头回到最佳打磨路径。

速度传感器则用于监测打磨头的速度参数；预设的打磨速度为v，实时检测打磨头的速度，比较打磨头的速度，当打磨头的速度小于v时，会导致无法去除铸件表面的杂质，通过HMI与手柄模块调高打磨头的速度；当打磨头速度大于v时，会导致打磨头过载，系统停止运行，通过HMI与手柄模块调低打磨头的速度。

传感器将监测到的实时状态参数输送到控制模块，为控制系统提供实时、准确的反馈信息，操作员根据参数数据及时对打磨系统的参数进行调整。

控制模块：包括路径规划单元、运行监测单元、紧急保护单元；

路径规划单元用于规划打磨头最佳的打磨路径；

运行监测单元用于监测打磨过程中铸件与打磨头的状态并控制打磨头完成打磨过程，并实时将打磨头的参数输送到HMI与手柄模块；

安全保护单元用于打磨过程中打磨头出现过载时触发过载保护与紧急停止。

示例性的，以打磨的路径最短为路径约束条件，将铸件的三维模型数据输入RobotStudio软件中，选择打磨头的型号与路径约束条件为到的路径最短，得到打磨头对未打磨铸件进行打磨的最佳打磨路径。

需要说明的是，本申请对使用的三维重建软件不进行限定，也可使用NX和PROE等软件完成三维模型的重建。

运行检测单元用于得到最佳打磨路径后，控制打磨头进行打磨并通过传感器实时监测打磨过程中打磨头的状态。

打磨过程中将传感器检测到的实时状态参数同步到HMI和手柄模块的显示屏上。

安全保护单元：当打磨系统出现机器故障、电气故障、打磨头的负载超过额定值、异常噪音或振动、温度过高、气压过高或过低的情况时，系统自动停止运行，以免设备损坏和事故发生。

HMI与手柄模块用于接收到运行监测单元输送的实时状态参数，根据实时状态参数及时对打磨系统进行调整；打磨完成后将打磨铸件与标准铸件进行比对，检测打磨的质量，得到打磨结果，根据打磨结果通过HMI与手柄模块对打磨系统进行操作和打磨系统参数的调整。

示例性的，打磨完成后，将打磨铸件与标准铸件分别进行3D扫描得到三维数据，通过NX软件得到打磨铸件的三维模型数据。

将打磨铸件的三维模型数据与标准铸件的三维模型数据进行比对，在打磨铸件边缘和连接处发现有差异，部分毛刺未打磨清除，通过操作界面对打磨系统进行调整，在打磨铸件边缘和连接处时增加工作压力，将未打磨清除的毛刺打磨干净。

本发明的工作原理：

本发明通过3D扫描技术对未打磨铸件进行3D扫描得到其三维数据，并对其进行处理得到三维模型数据，并将三维模型数据与标准数据输送到控制模块，识别不同区域，对需要打磨的位置进行标记，确定不同位置所需要用的打磨头的位置与姿态；在控制模块中对打磨的路径进行规划，并通过控制模块监测打磨的过程，控制打磨过程，根据打磨头的实时状态参数对打磨系统进行调整，配置有安全保护单元；将得到的打磨铸件与标准铸件进行清洗，并分别使用3D扫描技术得到两个铸件的三维模型数据，将两组三维模型数据进行比对得到差异结果，并根据差异结果对打磨系统进行调整。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，包括：3D扫描定位模块、控制模块、HMI与手柄模块、传感器模块；

所述3D扫描定位模块包括3D扫描单元与定位单元；

所述3D扫描单元用于对未打磨铸件的全部表面进行3D扫描，获得铸件表面的三维数据，对三维数据进行处理得到铸件的三维模型数据；在三维模型数据上标记铸件区域，并将三维模型数据与标准数据输送到控制模块；其中，铸件区域包括需打磨区域和无需打磨区域，通过人工进行识别标记；

所述定位单元用于根据三维模型数据和标准数据对未打磨铸件表面需要打磨的位置进行定位，设定打磨头在打磨不同位置时的姿态；

所述传感器模块用于监测打磨头在打磨过程中的实时状态参数，并输送到控制模块；其中，实时状态参数包括力、定位、速度；

所述控制模块包括路径规划单元、运行监测单元、紧急保护单元；

路径规划单元用于规划打磨头的最佳打磨路径；

运行监测单元用于监测打磨过程中铸件与打磨头的状态并控制打磨头完成打磨过程，将打磨头的实时状态参数和实时定位输送到HMI与手柄模块；

安全保护单元用于及时对设备进行紧急停止；

HMI与手柄模块用于接收到运行监测单元输送的实时状态参数，根据实时状态参数及时对打磨系统进行调整；打磨完成后将打磨铸件与标准铸件进行比对，检测打磨的质量，得到打磨结果，根据打磨结果通过HMI与手柄模块对打磨系统进行操作和打磨系统参数的调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，所述对未打磨铸件进行3D扫描，包括：

利用固定式扫描仪配合旋转平台对未打磨铸件各表面进行扫描，得到铸件表面的三维数据，并将未打磨铸件的三维数据输入三维重建软件得到未打磨铸件的三维模型数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，所述路径规划单元用于规划打磨头最佳的打磨路径，包括：

提取未打磨铸件的三维模型数据，人工对三维模型数据中的需打磨区域进行标记得到标准三维模型数据，将标准三维模型数据与路径约束条件结合，通过工业机器人编程软件得到对未打磨铸件进行打磨的打磨最佳路径；其中，路径约束条件包括打磨时间最短或者打磨的路径最短。

4.根据权利要求1所述的一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，所述运行监测单元用于监测打磨过程中铸件与打磨头的状态并控制打磨头完成打磨过程，包括：

提取打磨最佳路径与打磨头在打磨不同位置的姿态；

根据设定的实时状态参数控制打磨头在打磨时按照打磨最佳路径进行打磨，在打磨不同位置需要更换姿态时进行姿态的更换。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，所述根据实时状态参数及时对打磨系统进行调整，包括：

提取实时状态参数；

根据实时状态参数，对打磨使用的打磨工具进行更换或者调整打磨系统的参数以及调整打磨压力与打磨速度。

6.根据权利要求1所述的一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，所述将打磨铸件与标准铸件进行比对，包括：

将打磨铸件与标准铸件分别使用3D扫描技术进行扫描，得到打磨铸件的三维模型数据与标准铸件的三维模型数据，对两组数据进行对比，得到打磨铸件与标准铸件的差异，根据差异对打磨系统的参数进行调整。

7.根据权利要求1所述的一种基于3D扫描定位的铸件打磨系统，其特征在于，所述根据打磨头的实时状态参数及时对打磨系统进行调整，包括：

通过HMI与手柄模块显示实时状态参数，观察打磨头的实时状态参数变化，当打磨头出现工作压力异常、进给速度异常以及磨损这些情况发生时，操作员通过手柄操作界面对打磨系统进行调整。