【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光切割领域，具体涉及一种三维切割规划系统及方法。
技术介绍
1、在三维复杂造型零件的空间加工领域中，三维激光切割技术凭借其高柔性、无需开模等优点，得到越来越广泛的应用。三维激光切割设备一般包括三维五轴切割机床、三维切割机器人等。目前三维激光切割加工一般借助专用胎具，人工手动划线或机床示教划线，然后基于划线再进行示教编程，生成三维切割程序，执行三维切割作业。随着制造业的快速发展，当前加工方式的缺点也逐渐凸显：（1）依靠人工划线或示教，编程耗时长，质量不稳定，对操作人员素质和能力要求高；（2）同一规格零件不同批次加工质量存在差异或者加工后产生变形时，尤其是针对大型钣金件，原有切割程序无法适用或切割精度较差，则需重新示教编程；（3）当产品需要换产或改型升级时，需要人工重新示教编程，响应速度慢。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种三维切割规划系统及方法，集成立体视觉技术，自动解析切割任务，智能识别切割特征，自主规划测量任务，在无需人工划线的情况下，自主求解切割轨迹位姿，智能规划切割路径，生成切割程序。能够针对工件三维空间内任意加工轨迹进行自主规划，无需进行人工示教，极大的提高生产效率，节省人工成本，尤其针对小批量、多样化、定制化的产品需求，可快速响应，柔性适应。
2、为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
3、第一方面，提供一种三维切割规划系统，包括：
4、移动单元，提供所述三维切割规划系统的
5、多自由度机械臂单元，固定安装在移动单元上，并与工控机相连接；
6、立体视觉单元，固定安装在多自由度机械臂单元的末端，在多自由度机械臂单元的驱动下，从不同位置扫描待切割工件形貌，获取待切割工件形貌信息；
7、工控机，固定安装在移动单元上，控制立体视觉单元采集待切割工件形貌信息，控制多自由度机械臂单元按照规划路径运动，以及传输切割程序至三维切割设备。
8、作为一种优选的方案，所述移动单元采用由车轮驱动的封闭箱体，封闭箱体包括外壳，外壳的底面四周安装有具备锁紧功能的车轮，外壳的顶部一侧安装有把手，通过把手将移动单元推到任意作业区域；外壳的表面还设置有触摸屏以及开关按钮，通过开关按钮打开或关闭系统设备电源，触摸屏与工控机连接，通过触摸操作三维切割规划软件，实现人机交互；所述工控机固定安装在外壳的内部。
9、作为一种优选的方案，所述多自由度机械臂单元包括机器人示教器、机器人安装底座、多自由度机器人本体以及机器人控制器，所述机器人示教器布置在外壳的外部表面上，所述机器人控制器固定安装在外壳的内部，所述多自由度机器人本体通过机器人安装底座固定安装在外壳的外部表面上。
10、作为一种优选的方案，所述多自由度机器人本体根据待切割工件的外形尺寸以及立体视觉单元的重量进行综合选型。
11、作为一种优选的方案，所述立体视觉单元包括相机安装支架和立体相机，所述立体相机通过相机安装支架与多自由度机器人本体的末端法兰固定连接。
12、作为一种优选的方案，所述立体相机为结构光立体相机、双目相机中的任意一种或多种的组合。
13、作为一种优选的方案，所述工控机内部安装有三维切割规划软件，所述三维切割规划软件包括：
14、标定模块，用于立体相机与多自由度机械臂单元的标定操作，获取立体相机坐标系与多自由度机器人坐标系的标定转换矩阵，实现相机坐标系与多自由度机械臂坐标系的统一，实现将立体相机在不同位置采集的点云数据，拼接到同一坐标系下，真实体现待切割工件形貌信息；以及，用于立体相机与三维切割设备的标定操作，获取立体相机坐标系与三维切割设备工具坐标系的标定转换矩阵，实现将基于立体相机采集到的点云数据求解的切割轨迹位姿转换至切割设备工具坐标系，执行切割程序；
15、模型解析模块，用于对导入软件的待切割工件数学模型进行解析，识别提取切割线信息，给出切割线的关联特征区域，作为视点规划模块的输入；
16、视点规划模块，基于切割线的关联特征区域及立体相机视场范围，规划立体相机采集位姿，求解多自由度机器人本体轴角，规划立体相机采集路径；
17、立体相机采集模块，控制多自由度机器人本体按照视点规划模块规划的采集路径运动，同时控制立体相机采集待切割工件表面点云数据；
18、点云数据处理模块，对采集到的点云数据进行预处理，将预处理后的点云数据与工件数模进行配准，识别提取切割线，按照切割工艺要求，求解切割轨迹位姿；
19、切割规划模块，基于切割轨迹位姿，规划切割设备的切割路径，按照切割设备要求生成切割程序，切割轨迹规划保证切割设备不发生干涉碰撞，且切割路径连续执行。
20、第二方面，提供一种三维切割规划方法，包括：
21、待切割工件数模导入三维切割规划软件，选择待切割工件的规格型号，调出对应工件的数学模型，并对待切割工件的数学模型进行解析，识别待切割工件的切割线，以及切割线的关联特征区域，作为立体相机采集的对象；
22、预先输入立体相机的采集控制参数，立体相机拍摄时调用预先输入的采集控制参数，获取待切割工件形貌信息；
23、获取立体相机与多自由度机器人本体的坐标转换矩阵，完成立体相机与多自由度机器人本体的标定；
24、通过移动单元将标定好的立体相机与多自由度机器人本体移动至切割作业区域并固定锁紧，使立体相机能够按照预先设定采集的对象以及采集控制参数，从不同位置扫描待切割工件形貌，获取待切割工件形貌信息；
25、标定立体相机与切割设备；
26、将待切割工件固定在作业平台，使用标定好的立体相机与切割设备，根据三维切割规划软件求解的切割轨迹位姿，规划切割路径，生成切割程序，完成切割作业。
27、作为一种优选的方案，所述立体相机与多自由度机器人本体的标定包括如下步骤：
28、将立体合作目标放置在多自由度机器人本体的有效运动范围内保持不动，控制多自由度机器人本体携带立体相机运动至不同位置从不同视角拍摄立体合作目标，得到多组不同位姿下的立体合作目标点云数据，同时记录立体相机采图时多自由度机器人本体的位姿信息；基于特征匹配原理，结合已知的多自由度机器人本体的位姿信息，求解得到多自由度机器人本体与立体相机的坐标转换矩阵，完成立体相机与多自由度机器人本体的标定；
29、所述标定立体相机与切割设备包括如下步骤：
30、在切割设备上安装替代激光点位置的顶尖装置；
31、当移动单元移动至切割作业区域，多自由度机器人本体携带立体相机变换不同位姿拍摄切割设备上的顶尖装置，同时记录立体相机采图时多自由度机器人本体的各关节位姿信息，结合多自由度机器人本体与立体相机的标定矩阵，求得切割设备加工坐标系与立体相机的坐标系关系。
32、作为一种优选的方案，所述使用标定好的立本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维切割规划系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述移动单元（1）采用由车轮（15）驱动的封闭箱体，封闭箱体包括外壳（14），外壳（14）的底面四周安装有具备锁紧功能的车轮（15），外壳（14）的顶部一侧安装有把手（11），通过把手（11）将移动单元（1）推到任意作业区域；外壳（14）的表面还设置有触摸屏（12）以及开关按钮（13），通过开关按钮（13）打开或关闭系统设备电源，触摸屏（12）与工控机（4）连接，通过触摸操作三维切割规划软件，实现人机交互；所述工控机（4）固定安装在外壳（14）的内部。
3.根据权利要求2所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述多自由度机械臂单元（2）包括机器人示教器（21）、机器人安装底座（22）、多自由度机器人本体（23）以及机器人控制器（24），所述机器人示教器（21）布置在外壳（14）的外部表面上，所述机器人控制器（24）固定安装在外壳（14）的内部，所述多自由度机器人本体（23）通过机器人安装底座（22）固定安装在外壳（14）的外部表面上。
4.根据权利
5.根据权利要求3所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述立体视觉单元（3）包括相机安装支架（31）和立体相机（32），所述立体相机（32）通过相机安装支架（31）与多自由度机器人本体（23）的末端法兰固定连接。
6.根据权利要求5所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述立体相机（32）为结构光立体相机、双目相机中的任意一种或多种的组合。
7.根据权利要求5所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述工控机（4）内部安装有三维切割规划软件，所述三维切割规划软件包括：
8.一种三维切割规划方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求1所述的三维切割规划方法，其特征在于，所述立体相机（32）与多自由度机器人本体（23）的标定包括如下步骤：
10.根据权利要求1所述的三维切割规划方法，其特征在于，所述使用标定好的立体相机（32）与切割设备，根据三维切割规划软件求解的切割轨迹位姿，规划切割路径，生成切割程序的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种三维切割规划系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述移动单元（1）采用由车轮（15）驱动的封闭箱体，封闭箱体包括外壳（14），外壳（14）的底面四周安装有具备锁紧功能的车轮（15），外壳（14）的顶部一侧安装有把手（11），通过把手（11）将移动单元（1）推到任意作业区域；外壳（14）的表面还设置有触摸屏（12）以及开关按钮（13），通过开关按钮（13）打开或关闭系统设备电源，触摸屏（12）与工控机（4）连接，通过触摸操作三维切割规划软件，实现人机交互；所述工控机（4）固定安装在外壳（14）的内部。
3.根据权利要求2所述的三维切割规划系统，其特征在于，所述多自由度机械臂单元（2）包括机器人示教器（21）、机器人安装底座（22）、多自由度机器人本体（23）以及机器人控制器（24），所述机器人示教器（21）布置在外壳（14）的外部表面上，所述机器人控制器（24）固定安装在外壳（14）的内部，所述多自由度机器人本体（23）通过机器人安装底座（22）固定安装在外壳（14）的外部表面上。
4.根据权利要求3所述的三维切...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵军丽，张配配，韩兵安，张恒，冯超，刘依亭，杨博，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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