一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統技術方案

本發明專利技術適用于機器人噴涂技術領域，提供了一種基于三維視覺的鋼構件噴涂系統，該系統包括：點云采集模塊，采集鋼構件噴涂面的輪廓數據，并將采集的輪廓數據發送至計算機；計算機、基于輪廓數據構建鋼構件噴涂面的三維模型，并基于噴涂面的三維模型來離線規劃噴涂軌跡，將生成的噴涂軌跡發送至噴涂控制器；噴涂控制器按照規劃的噴涂軌跡控制噴涂機器人進行噴涂。本發明專利技術實施例提供的基于三維視覺技術的噴涂系統可以快速、準確地實現不同型號鋼構件的識別及相關噴涂位置信息的獲取；此外，激光雷達傳感器具有測量范圍大，能夠準確獲取物體的三維信息，且穩定性相當高，魯棒性好，不易受到外界環境的影響。

A steel member spraying system based on 3D vision technology

The invention is suitable for the field of robot spraying technology, and provides a steel piece spraying system based on three-dimensional vision. The system includes: point cloud acquisition module, collect the contour data of the spraying surface of steel parts, and send the collected contour data to the computer. The computer, based on the contour data, construct the three spray surface of the steel structure. The spray trajectory is planned off-line based on the 3D model of the spray surface, and the spray trajectory generated is sent to the spray controller. The spraying controller is used to control the spraying robot in accordance with the planned spraying trajectory. The spraying system based on three-dimensional vision technology provided by the invention can quickly and accurately realize the recognition of different types of steel members and the acquisition of relevant spraying position information. In addition, the laser radar sensor has a large measuring range and can accurately obtain the three-dimensional information of the object, and the stability is quite high, and the robustness is good. It is not easily affected by the external environment.

【技術實現步驟摘要】
一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統
本專利技術屬于機器人噴涂
，提供了一種混基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統。
技術介紹
鋼構件具有強度高、自身重量輕、高可靠性、高抗震性、高工業化程度、可塑性強、施工簡便，周期短等綜合優勢，被廣泛應用于大型廠房建設、市政基礎設施建設、電力、橋梁等行業。但其也存在著易腐蝕、耐火性差等缺點，因此在鋼構件件表面進行涂裝保護，以延長鋼構件的使用壽命和增加安全性能，是必不可少的工藝環節。目前在實際鋼構件件噴涂作業中，主要通過人工完成相關噴涂作業。人工噴涂不但效率低、涂料浪費嚴重，而且人工長期處于有毒有害的生產環境，必然對工人的健康造成損害。噴涂機器人是工業機器人的最大應用領域之一，被國內外企業廣泛應用于汽車、電器、五金等產品的噴涂生產線上。噴涂機器人的廣泛應用不但提高了企業的生產效率，而且還能使工人從惡劣的工作環境中解放出來，專利號為201620133374.5的一種鋼構件噴涂裝置，該裝置只能針對特定型號鋼構件進行噴涂。
技術實現思路
本專利技術實施例提供一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統，旨在解決現有的鋼構件噴涂裝置只能針對特定型號的鋼構件進行噴涂的問題。本專利技術是這樣實現的，一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統，該系統包括：點云采集模塊、與點云采集模塊通信連接的計算機、與計算機通信連接的噴涂控制器、以及與噴涂控制器通信連接的噴涂機器人；其中，點云采集模塊，采集鋼構件噴涂面的輪廓數據，并將采集的輪廓數據發送至計算機，所述鋼構件放置于噴涂工作區域；計算機、基于輪廓數據構建鋼構件噴涂面的三維模型，并基于噴涂面的三維模型來離線規劃噴涂軌跡，將生成的噴涂軌跡發送至噴涂控制器；噴涂控制器按照規劃的噴涂軌跡控制噴涂機器人進行噴涂。進一步的，所述點云采集模塊包括：設有導軌的直線模組，導軌的滑動方向與鋼構件的延伸方向平行；及與直線模組導軌滑動連接的激光雷達傳感器，激光雷達傳感器的激光器位于鋼構件噴涂面的正上方。本專利技術是這樣實現的，一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統的噴涂方法，所述方法包括如下步驟：S1、基于觸發信號控制云采集模塊采集剛構件噴涂面的輪廓數據，并將采集的輪廓數據發送至計算機；S2、計算機基于噴涂面的輪廓數據構建噴涂面的三維模型，并基于噴涂面的三維模型離線噴涂軌跡的規劃，將規劃好的噴涂軌跡發送至噴涂控制器；S3、噴涂控制器基于噴涂軌跡控制機器人進行噴涂。進一步的，所述基于噴涂面的三維模型離線噴涂軌跡的規劃具體包括如下步驟：S21、計算噴涂面的最小包圍盒，最小包圍盒是指完全包裹噴涂面的最小立方體；S22、以最小包圍盒的任一面作為標定平面，生成一組平行于標定平面的平面簇，任意兩相鄰平面間的間距為d；S23、將平面簇中的各平面與噴涂面的交線作為一條噴涂行程，基于平面簇的生成順序對所有的噴涂行程進行排序；S24、在每條噴涂行程兩端的反向延長線上分別添加一軌跡點，將前一噴涂行程末端對應的軌跡點與后一噴涂行程起點對應的軌跡點進行直線連線，即形成噴涂路徑。進一步的，最小包圍盒的獲取方法具體包括如下步驟：S211、獲取噴涂面在繞世界坐標系x軸旋轉過程中的最小軸對稱包圍盒，稱為x軸最小軸對稱包圍盒；S212、將x軸最小軸對稱包圍盒對應的噴涂面繞世界坐標系y軸旋轉，獲取旋轉過程中的最小軸對稱包圍盒，稱為x-y平面最小軸對稱包圍盒；S213、將x-y平面最小軸對稱包圍盒對應的噴涂面繞世界坐標系z軸旋轉，獲取旋轉過程中的最小軸對稱包圍盒，稱為世界坐標系最小軸對稱包圍盒，即噴涂面的最小包圍盒。進一步的，x軸最小軸對稱包圍盒的獲取方法具體包括如下步驟：S2111、將噴涂面繞世界坐標系x軸α角旋轉，獲取每次旋轉后對應位置噴涂面的軸對稱包圍盒及該軸對稱包圍盒的體積；S2112、將當前獲取的軸對稱包圍盒的體積與當前最小軸對稱包圍盒的體積進行比較；S2113、若當前獲取的軸對稱包圍盒的體積小于當前最小軸對稱包圍盒的體積，則將當前獲取的軸對稱包圍盒作為當前最小的軸對稱包圍盒，S2114、將當前位置的噴涂面繼續繞世界坐標系x軸旋α角，旋轉至當前獲取的軸對稱包圍盒的體積大于等于當前最小軸對稱包圍盒的體積為止，則將當前最小軸對稱包圍盒作為x軸方向的最小軸對稱包圍盒；若噴涂面繞世界坐標系x軸的旋轉角度累計達到360度，則停止繞世界坐標系x軸旋轉，并將繞世界坐標系x軸的最終旋轉位置對應軸對稱包圍盒作為x軸最小軸對稱包圍盒。進一步的，x-y平面最小對稱包圍盒的獲取方法具體包括如下步驟：S2121、將x軸最小軸對稱包圍盒對應的噴涂面繞世界坐標系y軸β角旋轉，獲取每次旋轉后對應位置噴涂面的軸對稱包圍盒及該軸對稱包圍盒的體積；S2122、將當前獲取的軸對稱包圍盒的體積與當前最小軸對稱包圍盒的體積進行比較；S2123、若當前獲取的軸對稱包圍盒的體積小于當前最小軸對稱包圍盒的體積，則將當前獲取的軸對稱包圍盒作為當前最小的軸對稱包圍盒，S2124、將當前位置的噴涂面繼續繞世界坐標系y軸旋轉β角，旋轉至當前將獲取的軸對稱包圍盒的體積大于等于當前最小軸對稱包圍盒的體積為止，則將當前最小軸對稱包圍盒作為x-y平面最小軸對稱包圍盒；若噴涂面繞世界坐標系y軸的旋轉角度累計達到360度，則停止繞世界坐標系y軸旋轉，并將繞世界坐標系y軸的最終旋轉位置對應軸對稱包圍盒作為x-y平面最小軸對稱包圍盒。進一步的，世界坐標系最小軸對稱包圍盒的獲取方法具體包括如下步驟：S2131、將x-y平面最小軸對稱包圍盒對應的噴涂面繞世界坐標系z軸γ角旋轉，獲取每次旋轉后對應位置噴涂面的軸對稱包圍盒及該軸對稱包圍盒的體積；S2132、將當前獲取的軸對稱包圍盒的體積與當前最小軸對稱包圍盒的體積進行比較；S2133、若當前獲取的軸對稱包圍盒的體積小于當前最小軸對稱包圍盒的體積，則將當前獲取的軸對稱包圍盒作為當前最小的軸對稱包圍盒，S2134、將當前位置的噴涂面繼續繞世界坐標系z軸旋γ角，旋轉至當前將獲取的軸對稱包圍盒的體積大于等于當前最小軸對稱包圍盒的體積為止，則將當前最小軸對稱包圍盒作為世界坐標系最小軸對稱包圍盒；若噴涂面繞世界坐標系z軸的旋轉角度累計達到360度，則停止繞世界坐標系z軸旋轉，并將繞世界坐標系z軸的最終旋轉位置對應軸對稱包圍盒作為世界坐標系最小軸對稱包圍盒。進一步的，在步驟S24之后包括：S25、對噴涂行程進行平滑處理。進一步的，噴涂行程平滑處理過程具體如下步驟：S251、在噴涂行程上取N個點，N個點均勻分布在噴涂行程上；S252、依次計算連續三個相鄰點構成的圓的半徑r；S253、若判斷曲率1/r大于設定閾值，則剔除中間點；S254、將與中間點相鄰的兩個點連成直線作，為噴涂行程。進一步的，所述半徑的計算公式如下：其中，v12＝p2-p1，v23＝p3-p2，v13＝p3-p1，p1是指連續三個相連點中第一個點的坐標，p2是指連續三個相連點中第二個點的坐標、p3是指連續三個相連點中第三個點的坐標。進一步的，所述步驟S23具體包括如下步驟：S231、判斷噴涂行程中是否存在斷點，即計算噴涂行程數量是否等于平面簇中的平面的數量，若判斷結果為是，則噴涂行程中不存在斷點，若判斷結果為否，則執行步驟S232至步驟S233；S232、判斷斷點所在噴涂行程，即基于噴涂行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統，其特征在于，所述系統包括：點云采集模塊、與點云采集模塊通信連接的計算機、與計算機通信連接的噴涂控制器、以及與噴涂控制器通信連接的噴涂機器人；其中，點云采集模塊，采集鋼構件噴涂面的輪廓數據，并將采集的輪廓數據發送至計算機，所述鋼構件放置于噴涂工作區域；計算機、基于輪廓數據構建鋼構件噴涂面的三維模型，并基于噴涂面的三維模型來離線規劃噴涂軌跡，將生成的噴涂軌跡發送至噴涂控制器；噴涂控制器按照規劃的噴涂軌跡控制噴涂機器人進行噴涂。

【技術特征摘要】
1.一種基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統，其特征在于，所述系統包括：點云采集模塊、與點云采集模塊通信連接的計算機、與計算機通信連接的噴涂控制器、以及與噴涂控制器通信連接的噴涂機器人；其中，點云采集模塊，采集鋼構件噴涂面的輪廓數據，并將采集的輪廓數據發送至計算機，所述鋼構件放置于噴涂工作區域；計算機、基于輪廓數據構建鋼構件噴涂面的三維模型，并基于噴涂面的三維模型來離線規劃噴涂軌跡，將生成的噴涂軌跡發送至噴涂控制器；噴涂控制器按照規劃的噴涂軌跡控制噴涂機器人進行噴涂。2.如權利要求1所述的基于三維視覺技術的剛構件噴涂系統，其特征在于，所述點云采集模塊包括：設有導軌的直線模組，導軌的滑動方向與鋼構件的延伸方向平行；及與直線模組導軌滑動連接的激光雷達傳感器，激光雷達傳感器的激光器位于鋼構件噴涂面的正上方。3.一種如權利要求1或2所述的基于三維視覺技術的鋼構件噴涂系統的噴涂方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：S1、基于觸發信號控制點云采集模塊采集鋼構件噴涂面的輪廓數據，并將采集的輪廓數據發送至計算機；S2、計算機基于噴涂面的輪廓數據構建噴涂面的三維模型，并基于噴涂面的三維模型離線噴涂軌跡的規劃，將規劃好的噴涂軌跡發送至噴涂控制器；S3、噴涂控制器基于噴涂軌跡控制機器人進行噴涂。4.如權利要求3所述的基于三維視覺技術的鋼構件噴涂方法，其特征在于，所述基于噴涂面的三維模型離線噴涂軌跡的規劃具體包括如下步驟：S21、計算噴涂面的最小包圍盒，最小包圍盒是指完全包裹噴涂面的最小立方體；S22、以最小包圍盒的任一面作為標定平面，生成一組平行于標定平面的平面簇，任意兩相鄰平面間的間距為d；S23、將平面簇中的各平面與噴涂面的交線作為一條噴涂行程，基于平面簇的生成順序對所有的噴涂行程進行排序；S24、在每條噴涂行程兩端的反向延長線上分別添加一軌跡點，將前一噴涂行程末端對應的軌跡點與后一噴涂行程起點對應的軌跡點進行直線連線，即形成噴涂路徑。5.如權利要求4所述的基于三維視覺技術的剛構件噴涂方法，其特征在于，最小包圍盒的獲取方法具體包括如下步驟：S211、獲取噴涂面在繞世界坐標系x軸旋轉過程中的最小軸對稱包圍盒，稱為x軸最小軸對稱包圍盒；S212、將x軸最小軸對稱包圍盒對應的噴涂面繞世界坐標系y軸旋轉，獲取旋轉過程中的最小軸對稱包圍盒，稱為x-y平面最小軸對稱包圍盒；S213、將x-y平面最小軸對稱包圍盒對應的噴涂面繞世界坐標系z軸旋轉，獲取旋轉過程中的最小軸對稱包圍盒，稱為世界坐標系最小軸對稱包圍盒，即噴涂面的最小包圍盒。6.如權利要求5所述的基于三維視覺技術的剛構件噴涂方法，其特征在于，x軸最小軸對稱包圍盒的獲取方法具體包括如下步驟：S2111、將噴涂面繞世界坐標系x軸α角旋轉，獲取每次旋轉后對應位置噴涂面的軸對稱包圍盒及該軸對稱包圍盒的體積；S2112、將當前獲取的軸對稱包圍盒的體積與當前最小軸對稱包圍盒的體積進行比較；S2113、若當前獲取的軸對稱包圍盒的體積小于當前最小軸對稱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁秋杰，陳健，余偉，
申請(專利權)人：蕪湖哈特機器人產業技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽,34