[发明专利]基于三维扫描的包带机非接触式自动示教方法及系统装置

权利要求书

1.一种基于三维扫描技术的包带机非接触式自动示教方法，其特征在于：利用实时三维扫描方式，通过三维扫描获取包带头所处位置的线圈三维模型，计算获取形心线，根据形心线走向，调整包带头位置和姿态，并控制包带头机械作业臂自动行走，自动完成整个线圈的示教过程；所述的三维扫描为基于红外光栅的结构光（Structured Light）实时三维扫描，在包带头内安装三维扫描模块，三维扫描模块用于获取镜头可视范围内片段内真实的线圈三维模型数据，采用结构光算法进行三维还原计算，实现线圈的实时三维扫描；所述的结构光算法的优化包括采用基于惯性力矩和偏心率（Moment of inertia andeccentricity based descriptors）算法的三维物体特性描述获取方法，由于线圈与三维扫描组件的角度不一定严格垂直或水平，获取线圈的三维点云信息后，需要经过特征提取才能用于形心线计算，特征提取方法如下：首先计算点云的协方差矩阵，并提取其特征值和向量，确认所得特征向量是归一化的，并且总是形成右手坐标系，其中主要特征向量表示X轴，次要矢量表示Z轴； 之后进行迭代计算，在每次迭代中，旋转主要特征向量，始终围绕其他特征向量保持相同的旋转顺序，以提供点云旋转的不变性；把这个旋转的主矢量定义为当前轴，对于每个当前轴计算惯性矩；由于当前轴也同时用于偏心计算，当前轴矢量可被视为平面的法线矢量，最后将点云投影到平面法向量上，即可计算获得投影的偏心率，从而得到平行/垂直于三维扫描仪镜头方向的三维点云数据，通过对该数据的简单分析计算，即可获得线圈形心线与包带头的相对位置和角度偏差，根据该偏差驱动包带头机械作业臂，进行包带头位置和姿态调整。

2.如权利要求1所述的基于三维扫描技术的包带机非接触式自动示教方法，其特征在于：所述的结构光为红外光栅，采用格雷码（Gray Code）编码技术，进行多次光栅投射，计算获取线圈的三维深度信息，通过对结构光算法的优化，获取每秒30帧，最小误差0.3mm精度的实时三维扫描能力。

3.如权利要求1所述的基于三维扫描技术的包带机非接触式自动示教方法，其特征在于：所述的结构光算法的优化还可以是包括基于加权联合双向滤波器（Weighted JointBilateral Filter）的深度图整形，由于三维扫描仪与物体之间的角度，物体表面反射率，环境光照强弱的影响，三维扫描获取的深度图像会存在不同程度的信息缺失，噪声干扰，直接使用深度图进行三维还原会存在较大误差；在进行线圈模型形心线获取计算之前，采用深度图整形，对彩色图像进行边界分析，并以边界信息和彩色信息进行联合加权引导，对深度图进行去除干扰，补齐缺失信息的整形处理，使最终获取的三维模型信息更准确和完整，为后续计算提供更可靠的数据源。

4.如权利要求2所述的基于三维扫描技术的包带机非接触式自动示教方法，其特征在于：所述的结构光算法的优化还可以是包括基于深度学习（Deep Learning）技术的双向包带工作点自动取样：线圈需要进行多层包带，包带过程中，包带机需要往复运动多次；由于包带机械机构设计限制，线圈结构影响，包带方向改变时，带盘向不同方向偏转，会造成包带工作点与包带头中心不重合的情况，此情况下，需要对包带头姿态进行相应的矫正，使包带头在线圈弯折部分的姿态偏转呈超前或滞后状态，采用深度学习算法，自动在线圈弯折部分进行工作点选取和偏转姿态超前/滞后校正。