[发明专利]基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统及切割方法

权利要求书

1.一种基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统，其特征在于：包括3D视觉子系统、上位机、运动控制系统、切割机器人和切割设备，所述3D视觉子系统与所述上位机信号连接，所述上位机与所述运动控制系统信号连接，所述切割设备设置在所述切割机器人上，所述运动控制系统与所述切割机器人电连接；

所述3D视觉子系统用于对工件进行拍摄，获取工件的位置和姿态信息；3D视觉子系统还用于进行系统标定，通过系统标定确定空间中工件表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互位置关系；

所述3D视觉子系统为3D相机，所述上位机内储存有模板库；

所述上位机用于进行图像的处理，依次使用模板库中的三维模型以一定的准则在生成的表面点云模型中寻找和匹配实现对不同工件和坡口类型的识别，匹配成功后从三维模型上提取坡口加工轨迹，得到坡口加工轨迹点坐标，具体匹配过程如下：

(1)近似匹配：在三维场景中搜索表面模板模型的近似姿态；

(2)稀疏姿态细化：对(1)中的近似姿态进一步优化，增加姿态的准确性和匹配结果的得分值；

(3)精细的姿态优化：对(1)、(2)中的姿态进行精确优化；

(4)轨迹点的提取：匹配成功之后，从成功匹配的三维模型上提取坡口加工轨迹，经过图像的预处理创建三维模型上表面的点云模型，轨迹点从上表面点云模型中提取；

所述运动控制系统用于控制切割机器人，由切割机器人带动切割设备进行坡口切割。

2.根据权利要求1所述的基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统，其特征在于：所述运动控制系统包括工作台、机器人控制器和手控示教器，所述工作台放置在地面上，待加工工件放置在所述工作台上，所述手控示教器与所述机器人控制器连接，所述机器人控制器与所述切割机器人连接，所述上位机与所述机器人控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统，其特征在于：所述切割机器人为六自由度关节机器人，所述3D相机和所述切割设备均设置在所述切割机器人的末端手臂上。

4.根据权利要求3所述的基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统，其特征在于：所述切割设备包括氧气供应装置、乙炔气供应装置、气路控制器、乙炔气软管、氧气软管和割枪，所述氧气供应装置通过所述氧气软管与所述割枪连接，所述乙炔气供应装置通过所述乙炔气软管与所述割枪连接，所述气路控制器的数量为两个，两个所述气路控制器分别设置在所述乙炔气软管和所述氧气软管上，所述割枪设置在所述切割机器人末端手臂上。

5.根据权利要求3所述的基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统，其特征在于：所述3D相机采用Eye-in-Hand的安装方式安装在所述切割机器人的末端手臂上。