自动打磨的实现方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种自动打磨的实现方法，包括：确定待打磨工件的3D图像；根据所述3D图像，生成所述工件的打磨路径；以及根据所述打磨路径，对所述工件进行打磨。通过利用根据3D图像所生成的打磨路径，对不规则工件实现自动打磨，提高了生产效率，并且在打磨过程中无需人为干预，所以整个打磨过程可以在完全封闭的空间内进行，因此解放了劳动力，改善了工作环境。
【专利说明】自动打磨的实现方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及数控加工领域，具体来说，涉及一种自动打磨的实现方法及装置。
【背景技术】
[0002]打磨工艺是在加工工件过程中必须做的工艺环节，目前，对平面工件来说，由于平面工件具有规则的形状与结构，因此，在实际应用时，可实现机械化打磨，而对于立体工件来说，由于立体工件结构和形状比较复杂，机器无法预知其结构和形状，且机器只能按照预定的路径来进行加工，从而无法实现通过机械化打磨完全取代人工打磨。具体地，当前，对立体工件进行打磨的过程中，通常利用操作者的眼睛的判断能力和手的触觉与机器进行信息交互，从而按照物体的形状动态调整路径和压力，直到目视满足打磨需求。这种打磨方法能够在一定程度上完成打磨任务。
[0003]然而，由于机器无法象操作者一样通过眼睛和经验做出智能判断(包括表面和手的触感)，进而无法按照物体的形状动态调整路径和压力。因此，对于立体工件来说，机器无法替代人的智能识别功能，从而无法实现高效的机械化打磨。此外，在打磨过程中会产生大量的打磨灰尘，大量的打磨灰尘进入空气中会污染工作环境，从而会导致操作者的尘肺等健康问题。虽然有的加工厂会利用打磨除尘设备来改善工作环境，但是除尘设备不能从根本上改善工作环境。
[0004]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0005]针对以上现有技术中对于立体工件无法实现高效的机械化打磨并且打磨灰尘污染工作环境的问题，本发明提供了能够解决上述问题的一种自动打磨的实现方法和装置。
[0006]本发明提供了一种自动打磨的实现方法，包括:确定待打磨工件的3D图像；根据3D图像，生成工件的打磨路径；以及根据打磨路径，对工件进行打磨。
[0007]其中，在确定待打磨工件的3D图像时，可根据工件的多个图像，重构工件的3D图像，其中，多个图像包括工件不同位置的图像。
[0008]其中，在确定待打磨工件的3D图像时，可预先采集工件的多个图像。
[0009]其中，3D图像的一个或多个面包括图像外框和一个或多个非平面区域；并且，在根据3D图像，生成工件的打磨路径时，可根据图像外框和一个或多个非平面区域，生成工件的打磨路径。
[0010]其中，在根据图像外框和多个非平面区域，生成工件的打磨路径时，为图像外框和非平面区域确定参照位置，其中，参照位置作为确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距的参照物；根据参照位置，确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距；根据图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距，来确定图像外框和非平面区域之间的平面区域；以及根据平面区域和非平面区域生成工件的打磨路径。
[0011]其中，图像外框与非平面区域之间的间距、和/或相邻非平面区域之间的间距为常数或通过函数表达式进行表示，其中，在函数表达式中，变量为图像外框的尺寸。
[0012]其中，在进行打磨时，可对图像外框和非平面区域之间的平面区域和/或非平面区域进行分析，确定平面区域和/或非平面区域的凹凸度；以及根据凹凸度确定平面区域和/或非平面区域的打磨量。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种自动打磨的实现装置，图像处理模块，用于确定待打磨工件的3D图像；路径生成模块，用于根据3D图像，生成工件的打磨路径；以及打磨装置，用于根据打磨路径，对工件进行打磨。
[0014]其中，在确定待打磨工件的3D图像时，所述图像处理模块用于根据所述工件的多个图像，重构所述工件的3D图像，其中，所述多个图像包括所述工件不同位置的图像。
[0015]其中，自动打磨的实现装置还包括:图像采集模块，可用于预先采集所述工件的所述多个图像。
[0016]其中，3D图像的一个或多个面包括图像外框和一个或多个非平面区域；并且，在根据3D图像，生成工件的打磨路径时，路径生成模块可根据图像外框和一个或多个非平面区域，生成工件的打磨路径。
[0017]图像处理模块进一步包括参照物确定模块、间距确定模块和区域确定模块，其中，参照物确定模块，用于为图像外框和非平面区域确定参照位置，其中，参照位置作为确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距的参照物；间距确定模块，用于根据参照位置，确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距；区域确定模块，用于根据图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距，来确定图像外框和非平面区域之间的平面区域；以及路径生成模块，用于根据平面区域和非平面区域生成工件的打磨路径。
[0018]其中，图像外框与非平面区域之间的间距、和/或相邻非平面区域之间的间距为常数或通过函数表达式进行表示，其中，在函数表达式中，变量为图像外框的尺寸。
[0019]路径生成模块进一步包括凹凸度确定模块和打磨量确定模块，其中，凹凸度确定模块，用于在进行打磨时，对图像外框和非平面区域之间的平面区域和/或非平面区域进行分析，确定平面区域和/或非平面区域的凹凸度；以及打磨量确定模块，用于根据凹凸度确定平面区域和/或非平面区域的打磨量。
[0020]本发明通过利用根据3D图像所生成的打磨路径，对不规则工件实现自动打磨，提高了生产效率，并且在打磨过程中无需人为干预，所以整个打磨过程可以在完全封闭的空间内进行，因此解放了劳动力，改善了工作环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是根据本发明的示例性实施例的自动打磨的实现方法的流程图；[0023]图2是根据本发明的示例性实施例的生成打磨路径的步骤的具体流程图；
[0024]图3是根据本发明的示例性实施例的自动打磨的实现装置的框图；
[0025]图4A是根据本发明的示例性实施例的自动打磨的实现装置的前视图；
[0026]图4B是根据本发明的示例性实施例的自动打磨的实现装置的右视图；以及
[0027]图5是根据本发明的示例性实施例的具有两个非平面区域的待打磨面的示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]图1是根据本发明的示例性实施例的自动打磨的实现方法的流程图。
[0030]如图1所示，自动打磨的实现方法100，包括:
[0031]在步骤102中，确定待打磨工件的3D图像；
[0032]在步骤104中，根据3D图像，生成工件的打磨路径；以及
[0033]在步骤106中，根据打磨路径，对工件进行打磨。
[0034]通过利用根据3D图像所生成的打磨路径，对不规则工件实现自动打磨，提高了生产效率，并且在打磨过程中无需人为干预，所以整个打磨过程可以在完全封闭的空间(例如，打磨室)内进行，因此解放了劳动力，改善了工作环境，保护操作员的健康。
[0035]以下将参照图1、图2以及图4A和图4B对自动打磨的实现方法进行详细描述。
[0036]其中，确定待打磨工件的3D图像包括:根据工件的多个图像，重构工件的3D图像，其中，多个图像包括工件不同位置的图像。
[0037]其中，确定待打磨工件的3D图像还包括:预先采集工件的多幅图像。具体地，通过设置在不同位置处的多个摄像头拍摄待打磨工件的多幅图像。如图4A和图4B所示，摄像头设置在封闭的空间(例如，打磨房400)的顶面的角部处。在另一个实施例中，摄像头设置在封闭的空间四条边上的各个位置处。在其他实施例中，摄像头设置在封闭的空间中任何不同的位置处，以能够拍摄待打磨工件的不同图像。此外，摄像头的数量为偶数个，诸如2个、4个、6个、或者更多个。通常，摄像头的数量越多，拍摄的图像就越多，则重构的3D图像就越精确。
[0038]此外，还在封闭的空间内设置一台投影仪，以将网格投影到工件的表面上，从而能够提高3D图像的精度。
[0039]其中，以下将参照图2对根据3D图像，生成工件的打磨路径进行详细描述。
[0040]首先，待打磨工件包括平面工件和立体工件。该自动打磨的实现方法可以应用于平面工件。立体工件包括规则工件和不规则工件，其中，规则工件是待打磨面均为平面的立体工件，而不规则工件是待打磨面中具有一个或多个非平面，即，具有一处或多处局部的凸起和/或凹进的一个或多个面的立体工件。对于规则工件，通过摄像头拍摄每个面，然后对每个面进行编号，并且根据编号生成加工路径。例如，立方体工件为规则工件，将立方体工件的正面编号为S1、将左面编号为S2、将背面编号为S3、将顶面编号为S4、将左面编号为S5、以及将底面编号为S6，因此，该立方体工件的打磨路径为:S1-S2-S3-S4-S5-S6。可选地，该立方体工件可以具有与以上所述的加工路径不同的其他加工路径。
[0041]其中，对于不规则工件，在生成加工路径的过程中，当待打磨面为平面时，生成打磨路径的步骤与立方体工件相同，这里，不再赘述。当待打磨面为非平面，即，具有局部的凸起和/或凹进时，对该非平面进行分割，即，将该非平面划分为平面区域和一个或多个非平面区域，其中，平面区域是非平面内的平坦区域，而非平面区域是非平面内具有凸起和/或凹进的区域。对平面区域和一个或多个非平面区域进行局部编号，从而根据编号生成该非平面的打磨路径。此外，当凸度或凹度较大时，为了提高打磨精度，对该非平面区域进一步进行细分，并且将该非平面区域中的平坦的部分作为平面区域(又称平面子区域)，而将该非平面区域中的剩余部分作为非平面区域(又称非平面子区域)。因此，可以通过对该非平面区域进一步进行细分提高打磨精度，直到非平面区域(即，非平面子区域)为平面或者满足客户要求的凹凸度(又称，光滑度)为止，换句话说，进行多次抛光，达到期望的光滑度为止。例如，例如，雕花门和带成型刀线条的门，一般要抛光至少一次到二次才能达到效果。对自动打磨的实现方法参照图2通过以下步骤来生成打磨路径。
[0042]图2是根据本发明的示例性实施例的生成打磨路径的步骤的具体流程图。3D图像的一个或多个面包括图像外框和一个或多个非平面区域。其中，将非平面中具有的凸起和/或凹进的区域称为非平面区域。因此，当待打磨面为非平面时，根据3D图像，生成工件的打磨路径包括:根据图像外框和一个或多个非平面区域，生成工件的打磨路径。
[0043]具体地，根据图像外框和一个或多个非平面区域，生成工件的打磨路径的步骤200进一步包括以下步骤:
[0044]在步骤202中，为图像外框和非平面区域确定参照位置，其中，参照位置作为确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距的参照物；
[0045]在步骤204中，根据参照位置，确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距；
[0046]在步骤206中，根据图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距，来确定图像外框和非平面区域之间的平面区域；以及
[0047]在步骤208中，根据平面区域和非平面区域生成工件的打磨路径。
[0048]此外，图像外框与非平面区域之间的间距、和/或相邻非平面区域之间的间距为常数或通过函数表达式进行表示，其中，在函数表达式中，变量为图像外框的尺寸。
[0049]另外，生成工件的打磨路径的步骤200还包括:对图像外框和非平面区域之间的平面区域和/或非平面区域进行分析，确定平面区域和/或非平面区域的凹凸度；以及
[0050]根据凹凸度确定平面区域和/或非平面区域的打磨量。具体地，随着非平面区域凸度增大，适当减少打磨量，相反，随着非平面区域的凹度增大，适当地增大打磨量。
[0051]具体地，在本发明中，每个图形(包括图像外框和非平面区域)都可以用一个矩形包围框(即根据图像靠近最外侧的端点构成的几何形框)来完全确定其位置，一旦矩形包围框位置确定，图形的位置即可确定。而布局策略也主要是针对这个矩形包围框来设定的，矩形包围框基本的参考位置有左边界、X方向的中心线、右边界、上边界、Y方向的中心线、下边界。而针对于非封闭的曲线，可以将曲线的起点和终点作为参考位置。在本发明中，在确定非平面区域的位置时，可以为每个边界(或中心线)指定与相邻的其他非平面区域的矩形包围框边界(或中心线)的距离、或者是跟图像外框的距离。这里所说的距离可以是固定数值(例如，50mm、IOOmm等具体数)，也可以用计算表达式来表示(例如，$DL/2,表示该距离是图形外框长度的一半)，如果表达式为空，则采用固定数值，如果表达式非空，则必采用表达式的计算结果作为对齐的距离。确定打磨路径的核心为确定待打磨面上的非平面区域的位置、凹凸度和打磨量(即，打磨头的打磨粒度)，换句话说，确定打磨路径的核心为根据待打磨面上的非平面区域的位置、凹凸度来确定非平面区域的表面面积，进而根据该表面面积确定抛光的次数。
[0052]图5是根据本发明的示例性实施例的具有两个非平面区域的待打磨面的示意图。下面，将参照图5，对于其中具有两个非平面区域的非平面来对生成加工路径的步骤进行详细描述。待打磨面500具有两个非平面区域502和504。
[0053]其中，待打磨面500的矩形包围框基本的参考位置有左边界、X方向的中心线、右边界、上边界、Y方向的中心线、下边界。首先，对该待打磨面进行编号，即图像外框与非平面区域之间的平面区域的编号为SI，非平面区域502为S2，而非平面区域504为S3。具体地，可以根据图像外框与非平面区域之间的平面区域生成SI的打磨路径，根据非平面区域502和504分别生成打磨路径S2和S3。也就是说，该待打磨面的打磨路径为S1-S2-S3。如果非平面区域502的凹凸度较大时，可以对其进行进一步细分，其中非平面区域的外框作为图像外框，其中的平坦部分作为平面区域，而其中的局部凸起和/或凹进的区域为非平面区域。从而对该非平面区域502进一步生成打磨路径。可以对非平面区域进行多次划分，直到满足打磨精度要求为止。
[0054]此外，还可以对图像外框和非平面区域之间的区域和/或非平面区域进行分析，确定区域和/或非平面区域的凹凸度。然后，根据根据凹凸度确定区域和/或非平面区域的打磨量。另外，当非平面区域的凸度大时，适当减少打磨量，而当非平面区域的凹度大时，可以适当增加打磨量。
[0055]图3是根据本发明的示例性实施例的自动打磨的实现装置的框图。
[0056]如图3所示，自动打磨的实现装置300包括:
[0057]图像处理模块302，用于确定待打磨工件的3D图像；
[0058]路径生成模块304，用于根据3D图像，生成工件的打磨路径；以及
[0059]打磨装置306，用于根据打磨路径，对工件进行打磨。
[0060]其中，在确定待打磨工件的3D图像时，所述图像处理模块302用于根据所述工件的多个图像，重构所述工件的3D图像，其中，所述多个图像包括所述工件不同位置的图像。
[0061]其中，自动打磨的实现装置还包括:图像采集模块，可用于预先采集所述工件的所述多个图像。
[0062]其中，3D图像的一个或多个面包括图像外框和一个或多个非平面区域；并且，在根据3D图像，生成工件的打磨路径时，路径生成模块可根据图像外框和一个或多个非平面区域，生成工件的打磨路径。
[0063]图像处理模块302进一步包括参照物确定模块、间距确定模块和区域确定模块，其中，参照物确定模块，用于为图像外框和非平面区域确定参照位置，其中，参照位置作为确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距的参照物；间距确定模块，用于根据参照位置，确定图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距；区域确定模块，用于根据图像外框与非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距，来确定图像外框和非平面区域之间的平面区域；以及路径生成模块306，用于根据平面区域和非平面区域生成工件的打磨路径。
[0064]其中，图像外框与非平面区域之间的间距、和/或相邻非平面区域之间的间距为常数或通过函数表达式进行表示，其中，在函数表达式中，变量为图像外框的尺寸。
[0065]路径生成模块306进一步包括凹凸度确定模块和打磨量确定模块，其中，凹凸度确定模块，用于在进行打磨时，对图像外框和非平面区域之间的平面区域和/或非平面区域进行分析，确定平面区域和/或非平面区域的凹凸度；以及打磨量确定模块，用于根据凹凸度确定平面区域和/或非平面区域的打磨量。
[0066]本发明通过利用根据3D图像所生成的打磨路径，对不规则工件实现自动打磨，提高了生产效率，并且在打磨过程中无需人为干预，所以整个打磨过程可以在完全封闭的空间内进行，解放了劳动力，改善了工作环境，保护操作员的健康。并且根据对不规则工件的待打磨面的细分，对于具有凹和/或凸区域的待打磨面，生成多条子打磨路径，实现对不规则工件的自动打磨的同时，还能够提高整个不规则工件打磨精度。
[0067]在一个实例中，如图4A和图4B所示，本发明装置通过在一个XYZ+AC轴CNC(Computer numerical control)机器系统上，该CNC机器系统包括:打磨房400、机头402、打磨头404、以及横梁406，其中，在打磨房400的顶角处安装具有3D识别功能的双或者四个摄像头410，从而能实时获得工件408的3d形状，然后用CAD和CAM路径技术和传感器技术，智能生成打磨路径，从而实现智能打磨。具体地，1、利用双摄像头进行视觉识别，采集图像进入控制器。2、处理器进行3D还原，得到工件的3D图(六面体)；3、生成打磨路径；4、控制CNC机器工作，利用六轴控制实现工件的自动翻转，五轴打磨。5、打磨结束后，视觉再次进行识别，对不能满足要求的部位再次打磨。可选地，代替五轴CNC机器系统，可以利用六轴CNC机器系统或七轴CNC机器系统。
[0068]利用本发明的实施例的自动打磨的实现方法和装置，简单，可靠，成本低；不需要CAD制图和3D画图，满足个性化打磨需求；可以代替人工，实现自动上下料控制；可以实现非固定形状的智能打磨等，可以实现打磨的自动化，可以大幅度提高效率，不用人工打磨，从而可以实现绿色、环保、保护人体健康和降低成本，提高劳动效率。
[0069]上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。
【权利要求】
1.一种自动打磨的实现方法，其特征在于，包括: 确定待打磨工件的3D图像； 根据所述3D图像，生成所述工件的打磨路径；以及 根据所述打磨路径，对所述工件进行打磨。
2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，确定待打磨工件的3D图像包括: 根据所述工件的多个图像，重构所述工件的3D图像， 其中，所述多个图像包括所述工件不同位置的图像。
3.根据权利要求2所述的实现方法，其特征在于，确定待打磨工件的3D图像还包括: 预先采集所述工件的所述多个图像。
4.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述3D图像的一个或多个面包括图像外框和一个或多个非平面区域； 并且，根据所述3D图像，生成所述工件的打磨路径包括: 根据所述图像外框和所述一个或多个非平面区域，生成所述工件的打磨路径。
5.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，根据所述图像外框和所述多个非平面区域，生成所述工件的打磨路径包括: 为所述图像外框和所述非平面区域确定参照位置，其中，所述参照位置作为确定所述图像外框与所述非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距的参照物；根据所述参照位置，确定所述图像外框与所述非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距； 根据所述图像外框与所述非平面区域之间的间距、以及确定相邻非平面区域之间的间距，确定所述图像外框和所述非平面区域之间的平面区域；以及 根据所述平面区域和所述非平面区域，生成所述工件的打磨路径。
6.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述图像外框与所述非平面区域之间的间距、和/或相邻非平面区域之间的间距为常数或通过函数表达式进行表示，其中，在所述函数表达式中，变量为所述图像外框的尺寸。
7.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，进一步包括: 对所述图像外框和所述非平面区域之间的平面区域和/或所述非平面区域进行分析，确定所述平面区域和/或所述非平面区域的凹凸度；以及 根据所述凹凸度确定所述平面区域和/或所述非平面区域的打磨量。
8.一种自动打磨的实现装置，其特征在于， 图像处理模块，用于确定待打磨工件的3D图像； 路径生成模块，用于根据所述3D图像，生成所述工件的打磨路径；以及 打磨装置，用于根据所述打磨路径，对所述工件进行打磨。
9.根据权利要求8所述的实现装置，其特征在于，在确定待打磨工件的3D图像时，所述图像处理模块用于根据所述工件的多个图像，重构所述工件的3D图像，其中，所述多个图像包括所述工件不同位置的图像。
10.根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，还包括: 图像采集模块，用于预先采集所述工件的所述多个图像。
【文档编号】G06F17/50GK103995934SQ201410219424
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】高树公 申请人:北京铭隆世纪科技有限公司