[发明专利]基于点云投影变截距轮廓偏移提取鞋模三维喷胶轨迹算法

说明书

本发明采用基于点云投影变截距轮廓偏移提取鞋模三维喷胶轨迹算法，解决了如今制鞋行业鞋模喷胶过程中依靠人工喷胶以及示教和离线编程方式控制执行机构进行加工等方式无法及时适应加工工况变化的局限性。本发明通过对鞋模进行线结构光扫描获得的点云特征，使用直通、统计以及栅格滤波进行点云的预处理，再通过数据降维获得平面鞋模的点云轮廓，使用变截距轮廓偏移算法和B样条拟合获得了准确的鞋模喷胶轨迹，通过三维引导加工技术能有效进行鞋模的智能化加工，是制鞋喷胶工艺上的极大提升。本发明的变截距轮廓偏移算法不仅仅适用在鞋模喷胶上，对于其他复杂曲面三维轨迹获取也同样适用。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种基于点云投影变截距轮廓偏移提取鞋模三维喷胶轨迹算法。

背景技术

近年来我国制鞋产业迅速发展，已成为世界上最大的鞋类制造基地和出口基地。但是如今我国制鞋行业仍然依靠大量廉价劳动力维持生产，产业大而不强，缺少自动化以及智能化，企业在国内外激烈的市场竞争中急需改变现有模式，力求采用机械替代人工的简单及重复的劳动，实现鞋类生产的智能化。近年来随着我国科技的高速发展，机器视觉、三维重构、深度学习、智能化生产设备等技术日益成熟，使得制鞋行业能往智能制造的领域迈进，采用机器自动化生产替代人工能有效解决人工生产过程中鞋模的喷胶、喷涂工艺质量的参差不齐，以及喷胶过程中粘胶剂对人体的危害。机器代替人工还能有效地控制胶膜厚度和喷涂面积，能够保证胶膜的均匀性和厚度的一致性，提高胶粘质量，以及鞋模的美观性。另外，由于传统的示教和离线编程方式控制执行机构进行加工等方式，一旦工作环境或目标产品工件发生变化，机器人不能及时适应这些变化，将会导致喷胶等作业的失败；所以，在很多如鞋模喷胶等工业生产环境下，需要工业机器人具有类似人一样的眼睛，能够在作业过程中进行识别、分析、处理等更高级的智能功能。目前，以机器视觉为核心的引导加工技术正在逐步成为现代智能制造的核心技术；因此,本发明在传统的示教和离线编程方式控制执行机构进行加工的方式上提出一种全新的基于点云投影变截距轮廓偏移提取鞋模三维喷胶轨迹算法，通过算法的发明实时获取鞋模喷胶轨迹进行机器人的引导加工。

发明内容

本发明提供一种基于点云投影变截距轮廓偏移提取鞋模三维喷胶轨迹算法；该三维轨迹提取算法不仅适用于获取鞋模喷胶轨迹，而且适用于其他复杂曲面产品的轨迹提取。

本发明提出一种基于点云投影变截距轮廓偏移提取鞋模三维喷胶轨迹算法，包括以下步骤：

S1、鞋模点云预处理，即利用线结构光获取鞋模点云数据，及逆行一系列点云预处理操作；

S2、鞋模点云数据降维处理，将预处理后的点云投影到XOY平面上，再使用PCA算法得到点云的主要方向并建立坐标系；

S3、凸包算法提取轮廓，采用凸包算法应用到投影鞋模点云边缘轮廓的提取中；

S4、投影轮廓变截距偏移，以二维点云重心C及中点P求得偏移点，根据鞋模不同偏移区进行点云偏移，求得鞋模喷胶的点云轮廓；

S5、B样条曲线拟合偏移轮廓，通过变截距偏移算法得到的轮廓点存在局部重叠和局部稀疏的问题，采用B样条曲线拟合获取鞋模喷胶轨迹。

进一步改进在于，所述步骤S1具体包括：

所述鞋模点云的预处理包括高度方向直通滤波处理、统计滤波去除离群点处理和体素栅格滤波精简点云处理；

所述高度方向直通滤波处理是利用高度方向直通滤波方法去除平面支撑的算法，借鉴图像处理中前景和背景分离的思想，在点云高度方向直方图中根据阈值的选取分割出目标的鞋模点云数据，去除背景及部分干扰的点云；

所述统计滤波去除离群点是通过高度方向直通滤波处理后剩下部分干扰点云主要是一些离群点，统计滤波算法通过判断统计点与其所有邻近点间的距离来实现，若得到的统计平均距离超出标准范围，则为离群点，假设空间点p及其领域n个邻近点，则离群点判别公式如下：