[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

说明书

本发明提供了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，涉及坡口加工设备技术领域，该基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统包括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，3D视觉子系统与上位机信号连接，上位机与运动控制系统信号连接，切割设备设置在述切割机器人上，运动控制系统与切割机器人电连接；坡口自动切割方法利用三维视觉系统以及图像处理软件，基于图像处理算法，利用三维相机内外参标定算法、三点标定法以及姿态匹配算法，实现了系统内机器人、三维视觉系统、工件坐标系之间的映射。本发明可对不同工件和坡口类型进行自动切割，坡口质量好、效率高、提高了坡口切割系统的自动化和智能化。

技术领域

本发明涉及坡口加工设备技术领域，尤其是涉及一种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，通过图像采集和图像处理将工件与模板匹配获得加工轨迹信息，进而控制机器人运动进行坡口加工。

背景技术

在盾构机等大型设备的加工和生产过程中，零件坡口加工量很大。目前，对于小批量、非直线等异形坡口，多采用手动或半自动的切割方式，存在坡口切割质量差、质量不稳定、坡口加工效率较低、成本高等一系列问题；而且坡口质量差或加工质量不稳定，不仅对零件本身的精度有影响，还严重影响了后续铆焊工序的顺利进行；当坡口类型发生改变时，现有的坡口切割方式都需要重新调整设备、示教或者编写程序，无法实现对不同工件、不同类型坡的自动切割，为了提高产品质量，缩短产品周期，引入坡口自动切割系统十分必要。

随着视觉技术的进步，三维视觉技术日渐成熟，利用三维视觉技术进行待加工工件扫描，然后与坡口要求对应的三维图纸库中的模型进行匹配，自动生成机器人坡口切割路径进行加工，有望解决异形工件、异形坡口的自动切割难题，提高坡口切割的智能化和自动化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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，通过3D相机对工件进行扫描，得到不带坡口的工件图像，将图像和模板库中带坡口的工件三维模型进行匹配，匹配成功后根据对比信息，获取坡口切割的加工轨迹信息，进而控制机器人完成坡口切割，以解决现有技术中存在的无法对不同工件、不同类型坡口实现自动切割的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种基于三维视觉与模型匹配的坡口自动切割系统，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。

作为本发明的进一步改进，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3D相机为激光型相机，所述3D相机外侧设置有防护罩以及防撞保护座。3D相机既3D智能传感器，是集激光、传感器和测量工具于一身，可以完成测量过程中的扫描、分析、测量和控制功能。

作为本发明的进一步改进，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。手控示教器为手持操作，通过手控示教器连接控制器进而控制器切割机器人动作。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。