基于三維視覺驅(qū)動的非標(biāo)零件多功能加工系統(tǒng)及方法

本發(fā)明涉及零件加工，具體地，涉及一種基于三維視覺驅(qū)動的非標(biāo)零件多功能加工系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、非標(biāo)零件多功能加工工作站的關(guān)鍵技術(shù)在于對零件的定位、零件三維點云處理與識別以及加工軌跡的規(guī)劃與生成。

2、目前主流的非標(biāo)零件自動化加工裝備主要依賴零件圖紙與模型的導(dǎo)入或者零件模版的錄入。前者無法適用于非標(biāo)制造行業(yè)，因為大部分非標(biāo)零件，尤其是肘板、補板、非標(biāo)異型鋼板等零件沒有對應(yīng)的模型，無法進(jìn)行模型或者圖紙的輸入，且依賴模型輸入的方法，在模型編程環(huán)節(jié)流程繁瑣，僅僅將現(xiàn)場工作人員的作業(yè)壓力轉(zhuǎn)移到了編程人員的編程壓力，自動化水平較低；后者依賴現(xiàn)場零件模版錄入，而非標(biāo)零件種類眾多，故需要在設(shè)備運作之前人工錄入大批量的模版，增加了人工成本與時間，且當(dāng)來料框中有新零件，無法在模版庫中匹配時，會造成設(shè)備出錯，故需要嚴(yán)格要求來料零件已經(jīng)錄入零件庫，對前道工序的要求較高。

3、目前大部分零件自動加工裝備僅具備加工功能，上料環(huán)節(jié)需要人工上料，而非標(biāo)零件種類多，多為鋼制件，重量較重，且亂序堆放，人工分揀上料工作強度較大。另外，目前大部分零件加工裝備無法實現(xiàn)快速翻面，如需雙面打磨、銑削，則需要機器人執(zhí)行復(fù)雜的翻面操作，極大降低了自動化生產(chǎn)效率。

4、專利文獻(xiàn)cn114147584a公開了一種船體零件自由邊智能打磨設(shè)備及打磨方法，其技術(shù)方法采用較為早起的二維圖像識別方法，在二維圖像中進(jìn)行輪廓識別。二維圖像的輪廓識別對于現(xiàn)場的采集環(huán)境要求極為嚴(yán)格，現(xiàn)場光照、煙塵等因素均會影響二維圖像的采集質(zhì)量，進(jìn)而影響輪廓識別的精度。同時二維圖像僅能提供二維坐標(biāo)信息，而為了確保打磨質(zhì)量，需要給機器人提供零件準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)信息，故在打磨質(zhì)量方面，二維圖像識別方法存在明顯缺陷。

5、專利文獻(xiàn)cn116551472a公開了一種船舶零件自動打磨方法及系統(tǒng)，其技術(shù)方法是采用人工錄入模版庫信息，在模版庫內(nèi)標(biāo)注零件輪廓及自由邊信息，之后采用模版匹配的方法進(jìn)行自由邊識別與打磨，模版庫的錄入增加了人工成本，降低了自動化作業(yè)效率，且對新零件的適應(yīng)性不強。

6、專利文獻(xiàn)cn113963129a公開了一種基于點云的船舶小構(gòu)件模版匹配與在線識別方法，用于船舶小構(gòu)件打磨裝備上，該方法同樣基于三維點云的模版匹配，利用icp點云匹配，將待打磨零件與零件庫中的模版進(jìn)行配準(zhǔn)，仍需要人工錄入模板庫，增加了人工成本，降低了自動化作業(yè)效率，且對新零件的適應(yīng)性不強。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于三維視覺驅(qū)動的非標(biāo)零件多功能加工系統(tǒng)及方法。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于三維視覺驅(qū)動的非標(biāo)零件多功能加工系統(tǒng)，包括：

3、分揀上料模塊，用于運輸待加工非標(biāo)零件；

4、加工模塊，用于對待加工零件進(jìn)行加工；

5、控制模塊，用于控制分揀上料模塊和加工模塊的運行；

6、所述分揀上料模塊包括：

7、上料分揀托盤，用于放置切割完畢的待加工零件；

8、搬運機器人，用于對上料分揀托盤進(jìn)行三維掃描，將待加工零件搬運至加工區(qū)域；

9、上料區(qū)三維視覺傳感器，用于獲取待加工零件的點云數(shù)據(jù)；

10、磁吸式搬運裝置，用于吸附和釋放待加工零件；

11、所述加工模塊包括：

12、磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺，用于對需要雙面加工的待加工零件進(jìn)行翻面；

13、加工機器人，用于根據(jù)工控機提供的加工路徑執(zhí)行相應(yīng)的零件加工工作；

14、加工區(qū)域三維視覺傳感器，用于對磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺上的待加工零件進(jìn)行三維掃描，獲取待加工零件的三維點云數(shù)據(jù)；

15、可替換加工工具，通過替換不同的加工工具對待加工零件進(jìn)行加工

16、成品托盤，用于存放加工完畢的成品零件。

17、優(yōu)選的，所述控制模塊包括工控機，其上安裝視覺軟件與上位機系統(tǒng)；

18、視覺軟件用于處理三維點云，識別零件質(zhì)心坐標(biāo)，提供給搬運機器人搬運點位與姿態(tài)；自動識別零件輪廓點云與表面點云、待加工零件的邊緣以及需要打磨、噴涂的零件表面點云信息，并將生成的加工軌跡發(fā)送至打磨機器人；

19、上位機系統(tǒng)用于控制機器人的程序運行。

20、優(yōu)選的，所述控制模塊還包括plc控制柜，用于系統(tǒng)的啟停及監(jiān)控控制。

21、優(yōu)選的，所述上料區(qū)三維視覺傳感器和磁吸式搬運裝置安裝于上料區(qū)三維視覺傳感器的末端。

22、優(yōu)選的，所述加工區(qū)域三維視覺傳感器和可替換加工工具安裝于加工機器人的法蘭末端。

23、優(yōu)選的，所述磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺包括第一磁吸式加工工位和第二磁吸式加工工位；通過plc控制工位的充磁以吸附待加工零件；第一磁吸式加工工位能夠與旋轉(zhuǎn)軸連接，通過plc上位機系統(tǒng)使其翻轉(zhuǎn)。

24、優(yōu)選的，所述可替換加工工具能夠替換的工具包括浮動力控打磨頭、浮動力控銑削刀具、浮動力控砂輪片、坡口切割工具和噴涂工具。

25、優(yōu)選的，能夠完成待加工零件的亂序分揀、邊緣銑削、邊緣打磨、邊緣開坡口、表面打磨拋光和表面噴涂。

26、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于三維視覺驅(qū)動的非標(biāo)零件多功能加工方法，包括：

27、步驟s1：令搬運機器人移動至上料分揀托盤上方，使用末端的上料區(qū)三維視覺傳感器掃描上料分揀托盤以獲取原始點云數(shù)據(jù)；

28、步驟s2：將原始點云數(shù)據(jù)發(fā)送至控制模塊，通過點云預(yù)處理算法將上料分揀托盤背景點云以及干擾點云濾除，保留上料分揀托盤上方零件點云；

29、步驟s3：基于視覺軟件的三維點云處理算法自動分割亂序堆放的零件點云，識別最上層可抓取的零件；計算零件點云質(zhì)心坐標(biāo)，將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至機器人坐標(biāo)系后發(fā)送給搬運機器人；

30、步驟s4：使搬運機器人根據(jù)零件坐標(biāo)移動至零件上方，控制磁吸式搬運裝置充磁，將零件吸附至磁吸式搬運裝置上；

31、步驟s5：使搬運機器人攜帶零件移動至磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺上方，控制磁吸式搬運裝置去磁，將零件放置在第一磁吸式加工工位上，控制磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺充磁，吸附待加工零件；

32、步驟s6：使加工機器人移動至磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺上方，利用末端的加工區(qū)域三維視覺傳感器對待加工零件的正面進(jìn)行三維掃描以獲取原始點云數(shù)據(jù)；

33、步驟s7：將原始點云數(shù)據(jù)發(fā)送至控制模塊，通過點云預(yù)處理算法，將背景點云以及干擾點云濾除，保留待加工零件點云；

34、步驟s8：基于三維點云處理算法提取待加工零件的外輪廓并進(jìn)行點云分析，基于零件加工規(guī)則，自動區(qū)分需要加工的區(qū)域；

35、步驟s9：將需要加工的自由邊進(jìn)行提取，生成自由邊加工路徑，包括路徑點位坐標(biāo)以及加工姿態(tài)，發(fā)送至加工機器人；

36、步驟s10：加工機器人根據(jù)系統(tǒng)提供的加工路徑進(jìn)行加工；

37、步驟s11：對另一面進(jìn)行加工，完成加工過程。

38、優(yōu)選的，所述步驟s11包括以下子步驟：

39、步驟s11.1：使磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將一側(cè)平臺翻轉(zhuǎn)、去磁，將待加工零件翻轉(zhuǎn)至另一側(cè)加工平臺上，控制一側(cè)平臺復(fù)位，并對另一側(cè)平臺充磁，將零件吸附在第二磁吸式加工工位上；

40、步驟s11.2：令加工機器人移動至磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺上方，利用末端的加工區(qū)域三維視覺傳感器對待加工零件的反面進(jìn)行三維掃描，重復(fù)步驟s7-步驟s10；

41、步驟s11.3：待零件的正反面皆加工完畢后，使搬運機器人移動至磁吸式可翻轉(zhuǎn)加工平臺上方，利用末端加工區(qū)域三維視覺傳感器對成品零件進(jìn)行三維掃描拍照，重復(fù)步驟s2-步驟s3，獲取成品零件的質(zhì)心坐標(biāo)；

42、步驟s11.4：使搬運機器人根據(jù)系統(tǒng)計算的坐標(biāo)，利用磁吸式搬運裝置將成品零件吸附，將零件放置到成品托盤中；

43、步驟s11.5：使搬運機器人移動至上料分揀托盤上方，重復(fù)步驟s1-步驟s11直至檢測到上料分揀托盤內(nèi)無零件為止。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

45、1、本發(fā)明基于三維點云識別技術(shù)，設(shè)計了一種依靠三維傳感器實測數(shù)據(jù)驅(qū)動的非標(biāo)零件多功能加工工作站及其系統(tǒng)，可不依賴零件圖紙、模型等信息，依靠實時采集的三維點云數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)非標(biāo)零件的亂序分揀、邊緣銑削、邊緣打磨、邊緣開坡口、表面打磨拋光、表面噴涂等多種加工工序；既解決了非標(biāo)零件自動化加工問題，同時也可兼容標(biāo)準(zhǔn)零件的正常加工工作，并解決了單一工作站無法兼顧多種加工作業(yè)的問題。

46、2、本發(fā)明通過設(shè)計可翻轉(zhuǎn)的磁吸加工平臺，實現(xiàn)了在同一加工工位上進(jìn)行零件雙面加工；傳統(tǒng)翻面流程一般需要有額外的翻面臺，機器人將零件抓取后置于翻面臺上，從另一面再抓取零件，再放置回加工平臺實現(xiàn)零件翻面，整個翻面流程耗時約2min，而本發(fā)明的可翻轉(zhuǎn)磁吸加工平臺，翻面僅需10s，效率提高12倍，有效解決了非標(biāo)零件翻面流程繁瑣，效率低的問題。

47、3、本發(fā)明中設(shè)備采用了模塊化設(shè)計，故工作站方案靈活多變，可根據(jù)產(chǎn)能需求拓展上料模塊與加工模塊，做到1對1或多對多的模塊配對，提高產(chǎn)能及效率，或者基于協(xié)作機器人與移動基座，搭載加工模塊形成小型移動式打磨工作站，使加工模式更加靈活；同時，由于兩個模塊可獨立運作，可根據(jù)預(yù)算，將自動上料模塊替換為人工上料從而降低成本，去掉自動上料模塊可直接省去一臺機器人、一臺工業(yè)相機的硬件成本，使整體成本下降約40％。

48、本發(fā)明的其他有益效果，將在具體實施方式中通過具體技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹來闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過這些技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹，應(yīng)能理解所述技術(shù)特征和技術(shù)方案帶來的有益技術(shù)效果。