[发明专利]一种基于三维扫描仪的打磨算法和装置

说明书

本发明公开了一种基于三维扫描仪的打磨算法，属于机械加工领域。准备工作，标定三维扫描仪坐标系；机器人示教扫描位置和扫描姿态；扫描工件获得三维数据；使用三维数据拟合待打磨区域附件工件表面方程，计算待打磨区域边界、面积和高度；根据待打磨区域面积和打磨工艺参数规划路径，计算路径控制点，根据表面方程计算每个路径控制点附近机器人的打磨姿态；根据高度计算打磨次数，机器人沿着打磨路径、调整至打磨姿态进行打磨；打磨完毕后评估打磨效果。能够实现工件待打磨区域的平面磨和曲面磨，其中平面打磨能够达到高精度和高稳定性，曲面打磨能够实现打磨区域和工件本体之间平滑过度的打磨效果。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，尤其是一种基于三维扫描仪的打磨算法。

背景技术

目前，在各类金属材料加工领域，打磨工序大多还停留在由人工操作的阶段，打磨的机械化和自动化水平很低，尤其是大尺寸零件的打磨基本停留在人工锤击和砂轮打磨阶段，现场作业环境恶劣，工人劳动强度大，且打磨产生的金属粉尘对工人身体健康有害，急需机器人在此领域代替人工。

现有技术中，通常采用一下几种方法：对于公差非常小的工件，如厨卫水龙头等，可以通过机器人示教路径的方法，人工标记工件上的全部打磨点位，存入机器人控制器后形成固定的打磨路径。这种方法的缺点是：对于同类型待打磨工件，打磨的路径存入机械臂之后是固化的不可变的，并且由于这种打磨方法在打磨工件时完全遵循预先设定的打磨路径(即示教路径)，这就要求待打磨的工件的公差非常小，一旦公差超限，就会导致预先设定的打磨路径偏离待打磨区域，打磨时就很容易损伤工件本体。

对于公差较小的工件，采用人工示教打磨路径结合自动路径纠偏的方法。这种方法需要根据工件的种类预先设定打磨路径(即示教路径)在实际打磨过程中再根据待打磨区域进行自动路径纠偏。以上方法的缺点在于：对于公差达到1mm以上的超大型工件(长两米以上)，示教打磨路径方法需要大量繁琐的人工示教工作，而压力式柔性打磨工具适用的范围较小，无法用来打磨特殊材料制作的工件；这种人工示教方法应用于待打磨点位非常多的工件时，需要对每一个打磨点位都进行准确的人工示教，将耗费大量工时，且一旦人工示教出现问题，后续打磨工序也将会出现问题，整道打磨工序对人工要求非常高。

综上所述，需要开发一种可以应用于表面一致性差、公差很大(大于1mm)且尺寸超大的工件的全自动路径规划打磨算法。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种基于三维扫描仪的打磨算法和装置，以解决背景技术所涉及的问题。

第一方面，本发明提供一种基于三维扫描仪的打磨算法，包括如下步骤：

步骤1、准备工作，标定三维扫描仪坐标系；

步骤2、机器人示教扫描位置和扫描姿态；

步骤3、扫描工件获得数据；

步骤4、拟合打磨区域所在平面或曲面方程，计算打磨区域边界，面积和高度；

步骤5、计算打磨姿态，计算打磨路径控制点；

步骤6、自动规划打磨路径，沿路经打磨；

步骤7、打磨效果评估。

优选地或可选地，所述步骤4还包括如下步骤：

步骤41、根据三维扫描仪得到的三维数据，拟合打磨区域所在曲面方程或者平面方程表面方程；

步骤42、计算打磨区域边界和高度，计算边界的最小外接矩形或圆，计算矩形或圆的面积。

优选地或可选地，所述步骤41还包括如下步骤：

步骤411、对数据进行随机降采样；

步骤412、使用降采样的数据拟合曲面方程或平面方程；