本發(fā)明涉及智能噴涂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前主流的噴涂機(jī)器人有兩種類型，一種是示教型，另一種是離線編程型。此類噴涂機(jī)器人在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，使用噴涂機(jī)器人代替了油漆工人的工作，但它們都還存在著不足：

適應(yīng)性不強(qiáng)，針對不同的噴涂件，甚至是同一噴涂件換了個(gè)位置或角度，都需要重新進(jìn)行編程；編程過程需要專業(yè)人士人為參與，且繁瑣、效率低。精度不易掌控，基本都是靠示教者目測來決定。近來也出現(xiàn)了依靠三維成像技術(shù)來對噴涂件建模的技術(shù)，但不夠成熟：建模過程依賴人為參與，需要針對三維模型進(jìn)行后處理，來手工進(jìn)行編輯和優(yōu)化。這樣做的缺點(diǎn)一方面無法做到完全自動(dòng)化，需要專業(yè)的三維模型編輯人士參與；另一方面人工編輯難免出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致模型不夠精準(zhǔn)，影響最終的噴涂效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂方法及系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：提供了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂方法，包括：

S1，獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

S2，對所述噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)做合成處理，得到噴涂件的三維模型；

S3，基于所述噴涂件的三維模型，依據(jù)三維模型的表面特征，采用預(yù)定方式計(jì)算出每一個(gè)噴涂區(qū)域的噴涂路徑和噴涂時(shí)噴槍的朝向；

S4，控制機(jī)器人到指定位置，按照噴涂區(qū)域生成的噴涂路徑以及噴涂時(shí)噴槍的朝向，對噴涂件的噴涂區(qū)域進(jìn)行走槍噴涂。

為了解決本發(fā)明的技術(shù)問題，還提供了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂系統(tǒng)，包括：

點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

合成處理模塊，用于對所述噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)做合成處理，得到噴涂件的三維模型；

噴涂路徑計(jì)算模塊，用于基于所述噴涂件的三維模型，依據(jù)三維模型的表面特征，采用預(yù)定方式計(jì)算出噴涂區(qū)域的噴涂路徑和噴涂時(shí)噴槍的朝向；

噴涂控制模塊，用于控制機(jī)器人到指定位置，按照噴涂區(qū)域生成的噴涂路徑以及噴涂時(shí)噴槍的朝向，對噴涂件的噴涂區(qū)域進(jìn)行走槍噴涂。

本發(fā)明的有益效果為：不需要針對噴涂件對噴涂噴涂機(jī)器人進(jìn)行編程，噴涂路徑是依據(jù)噴涂件的表面動(dòng)態(tài)生成，即使更換了噴涂件，也無需作人工干預(yù)；可以自動(dòng)識別噴涂件的三維模型，無需人工干預(yù)，既可針對不同的噴涂件進(jìn)行噴涂工作，又無需專業(yè)建模人士對噴涂件進(jìn)行三維建模。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂方法流程圖；

圖2為實(shí)施例2的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1、一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂方法。

參見圖1，本實(shí)施例提供的智能噴涂方法包括：

S1，獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

S2，對所述噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)做合成處理，得到噴涂件的三維模型；

S3，基于所述噴涂件的三維模型，依據(jù)三維模型的表面特征，采用預(yù)定方式計(jì)算出噴涂區(qū)域的噴涂路徑和噴涂時(shí)噴槍的朝向；

S4，控制機(jī)器人到指定位置，按照噴涂區(qū)域生成的噴涂路徑以及噴涂時(shí)噴槍的朝向，對噴涂件的噴涂區(qū)域進(jìn)行走槍噴涂。

下面對上述步驟具體說明：

在獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，可采用多個(gè)深度相機(jī)對噴涂件的不同方位進(jìn)行拍攝獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中，一部深度相機(jī)對應(yīng)拍攝噴涂件一個(gè)方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；或者，利用一部相機(jī)通過轉(zhuǎn)換位置對噴涂件的不同方位進(jìn)行拍攝獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，采用多部相機(jī)對噴涂件的不同方位進(jìn)行拍攝。由于相機(jī)之間的參數(shù)是存在細(xì)微差異的，相機(jī)本身的參數(shù)隨著使用的時(shí)間也會(huì)存在差異，為了精確計(jì)算出相機(jī)的這些參數(shù)，同時(shí)為了獲得各個(gè)相機(jī)之間的位置關(guān)系(當(dāng)使用一個(gè)相機(jī)來拍攝噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，位置關(guān)系即為相機(jī)放置的不同方位)。從不同的方位對噴涂件進(jìn)行拍攝得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)彼此是獨(dú)立的。本實(shí)施例可以借助于標(biāo)定板，對各個(gè)相機(jī)自身的參數(shù)予以修正，得到標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即對相機(jī)的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。同時(shí)還需要確定各個(gè)相機(jī)的位置關(guān)系，具體包括每一個(gè)相機(jī)的三維坐標(biāo)參數(shù)和角度參數(shù)，利用這些參數(shù)，可以精確知道空間中各個(gè)相機(jī)之間的三維關(guān)系，從而對相機(jī)獲取的噴涂件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的合成處理。

具體標(biāo)定過程為：預(yù)設(shè)多個(gè)相機(jī)拍攝噴涂件的位置，借助于標(biāo)定板，運(yùn)用視覺算法庫，通過計(jì)算棋盤格在圖像平面中角點(diǎn)的圖像二維坐標(biāo)，通過小孔成像原理，建立各相機(jī)坐標(biāo)之間以及各相機(jī)坐標(biāo)與世界坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。具體為：設(shè)計(jì)一個(gè)棋盤格立方體，將棋盤格立方體的體中心定義為世界坐標(biāo)系原點(diǎn)；每兩個(gè)相鄰相機(jī)稱為一組相機(jī)對，獲取每對相機(jī)的公共事業(yè)區(qū)里棋盤長方體的一部分棋盤格表面圖像；根據(jù)所述棋盤格表面圖像并運(yùn)用OpenCV庫標(biāo)定算法計(jì)算角點(diǎn)的圖像二維坐標(biāo)；根據(jù)所述圖像二維坐標(biāo)運(yùn)用OpenKinect庫中算法計(jì)算出3D點(diǎn)云組對坐標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)兩兩3D點(diǎn)云組對坐標(biāo)數(shù)據(jù)，運(yùn)用PCL庫中的SVD算法計(jì)算兩兩組對之間的外參變換矩陣；優(yōu)化各相機(jī)外參矩陣得到以參考相機(jī)為參考的各組外參變換矩陣，得到各個(gè)相機(jī)之間在空間中的三維位置關(guān)系。

完成相機(jī)的標(biāo)定工作后，就可以在預(yù)定好的位置上對噴涂件進(jìn)行拍攝獲取噴涂件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，多部相機(jī)所拍攝到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)彼此都是獨(dú)立的，只能從一個(gè)角度反映出噴涂件的表面數(shù)據(jù)。但是通過上述標(biāo)定的相機(jī)參數(shù)，對這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將各個(gè)不同角度獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，從而獲取到噴涂件的完整三維模型。

上述對各相機(jī)的參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定之后，所述步驟S2具體包括：

選擇多個(gè)相機(jī)中的一個(gè)相機(jī)的角度信息作為參考位置坐標(biāo)，通過標(biāo)定獲取到的相機(jī)之間的兩兩變換關(guān)系，將各個(gè)相機(jī)拍攝到的噴涂件不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過變換統(tǒng)一到所述參考位置坐標(biāo)，最終變換到世界坐標(biāo)系中；將變換到了世界坐標(biāo)系中的各點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，進(jìn)而獲取到噴涂件的三維模型。

基于噴涂件的三維模型，所述步驟S3具體包括：

S31，基于噴涂件的三維模型，將噴涂區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三角面片重構(gòu)，形成噴涂區(qū)域表面；

S32，根據(jù)噴涂區(qū)域的表面曲率和面積大小，確定噴涂區(qū)域表面的噴涂控制點(diǎn)的位置和個(gè)數(shù)；

S33，將所有噴涂控制點(diǎn)以接近工人人工噴涂的形式連接起來形成噴涂路徑，其中，每一個(gè)噴涂控制點(diǎn)為噴槍噴涂時(shí)的走位，法線方向?yàn)閲姌寚娡繒r(shí)的朝向。

通過上述步驟S31-S33，能夠得到噴涂區(qū)域的噴涂路徑以及噴涂時(shí)噴槍的走向和朝向，最后控制噴涂機(jī)器人到指定位置，按照生成的噴涂路徑對噴涂區(qū)域表面進(jìn)行走槍噴涂，完成對噴涂區(qū)域的噴涂過程。

實(shí)施例2、一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂系統(tǒng)。

參見圖2，本實(shí)施例提供的智能噴涂系統(tǒng)包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取模塊2、合成處理模塊3、噴涂路徑計(jì)算模塊4和噴涂控制模塊5。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取模塊2，用于獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

合成處理模塊3，用于對所述噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)做合成處理，得到噴涂件的三維模型；

噴涂路徑計(jì)算模塊4，用于基于所述噴涂件的三維模型，依據(jù)三維模型的表面曲率和面積大小，采用預(yù)定方式計(jì)算出噴涂區(qū)域的噴涂路徑和噴涂時(shí)噴槍的朝向；

噴涂控制模塊5，用于控制機(jī)器人到指定位置，按照噴涂區(qū)域生成的噴涂路徑以及噴涂時(shí)噴槍的朝向，對噴涂件的噴涂區(qū)域進(jìn)行走槍噴涂。

其中，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取模塊2具體用于：

利用多個(gè)深度相機(jī)對噴涂件的不同方位進(jìn)行拍攝獲取噴涂件的不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中，一部深度相機(jī)對應(yīng)拍攝噴涂件一個(gè)方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

在點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取模塊2之前還包括：

相機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊1，用于用于預(yù)設(shè)多個(gè)相機(jī)拍攝噴涂件的位置，借助于標(biāo)定板，運(yùn)用視覺算法庫，通過計(jì)算棋盤格在圖像平面中角點(diǎn)的圖像二維坐標(biāo)，通過小孔成像原理，建立各相機(jī)坐標(biāo)之間以及各相機(jī)坐標(biāo)與世界坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。

具體的借助于標(biāo)定板，運(yùn)用視覺算法庫，建立各相機(jī)坐標(biāo)之間以及各相機(jī)坐標(biāo)與世界坐標(biāo)之間的映射關(guān)系具體為：

設(shè)計(jì)一個(gè)棋盤格立方體，將棋盤格立方體的體中心定義為世界坐標(biāo)系原點(diǎn)；

每兩個(gè)相鄰相機(jī)稱為一組相機(jī)對，獲取每對相機(jī)的公共事業(yè)區(qū)里棋盤長方體的一部分棋盤格表面圖像；

根據(jù)所述棋盤格表面圖像并運(yùn)用OpenCV庫標(biāo)定算法計(jì)算角點(diǎn)的圖像二維坐標(biāo)；

根據(jù)所述圖像二維坐標(biāo)運(yùn)用OpenKinect庫中算法計(jì)算出3D點(diǎn)云組對坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

根據(jù)兩兩3D點(diǎn)云組對坐標(biāo)數(shù)據(jù)，運(yùn)用PCL庫中的SVD算法計(jì)算兩兩組對之間的外參變換矩陣；

優(yōu)化各相機(jī)外參矩陣得到以參考相機(jī)為參考的各組外參變換矩陣，得到各個(gè)相機(jī)之間在空間中的三維位置關(guān)系。

所述合成處理模塊2，具體用于選擇多個(gè)相機(jī)中的一個(gè)相機(jī)的角度信息作為參考位置坐標(biāo)，通過標(biāo)定獲取到的相機(jī)之間的兩兩變換關(guān)系，將各個(gè)相機(jī)拍攝到的噴涂件不同方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過變換統(tǒng)一到所述參考位置坐標(biāo)，最終變換到世界坐標(biāo)系中，將變換到了世界坐標(biāo)系中的各點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，進(jìn)而獲取到噴涂件的三維模型。

所述噴涂路徑計(jì)算模塊4具體包括：

三角面片重構(gòu)模塊41，用于基于噴涂件的三維模型，將噴涂區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三角面片重構(gòu)，形成噴涂區(qū)域表面；

控制點(diǎn)確定模塊42，用于根據(jù)噴涂區(qū)域的表面曲率和面積大小，確定噴涂區(qū)域表面的控制噴涂點(diǎn)的位置和個(gè)數(shù)，以及噴涂控制點(diǎn)的噴槍朝向；

路徑生成模塊43，用于以簡潔有效的原則將所有噴涂控制點(diǎn)串起來形成一條噴涂路徑。路徑生成用模仿工人噴漆的方式讓噴槍盡量按照直線來行走，并在一條直線過渡到另外一條時(shí)以圓弧的方式補(bǔ)充過渡點(diǎn)，這樣可以讓噴槍走起來更加平滑。

本發(fā)明提供的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能噴涂方法及智能噴涂系統(tǒng)，不需要針對噴涂件對噴涂噴涂機(jī)器人進(jìn)行編程，噴涂路徑是依據(jù)噴涂件的表面動(dòng)態(tài)生成，即使更換了噴涂件，也無需作人工干預(yù)；可以自動(dòng)識別噴涂件的三維模型，無需人工干預(yù)，既可針對不同的噴涂件進(jìn)行噴涂工作，又無需專業(yè)建模人士對噴涂件進(jìn)行三維建模；對噴涂件的擺放位置和擺放角度沒有嚴(yán)格要求，只要擺放在噴涂區(qū)域即可；在整個(gè)噴涂的過程中，只需要下達(dá)簡單的幾個(gè)指令即可，不需要太多的培訓(xùn)即可上手，完全可以替代一般噴涂工人的工作，從而實(shí)現(xiàn)噴涂過完全自動(dòng)化。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“實(shí)施例一”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體方法、裝置或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、方法、裝置或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。