砂铸阀体合箱线扫描路径、切割路径的获取方法及装置

专利名称：砂铸阀体合箱线扫描路径、切割路径的获取方法及装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211272044.0

专利申请（专利权）人：吴忠仪表有限责任公司
权利人地址：宁夏回族自治区吴忠市金积工业园区开元大道西侧秦渠路北侧

专利发明（设计）人：戴万祥,刘海波,贾华,陈嘉琪,何涛,马军

专利摘要：本发明涉及一种砂铸阀体合箱线扫描路径、切割路径的获取方法及装置，砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法包括：获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α及经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；对比合箱线平面α和标定砂铸阀体合箱线的合箱线平面β，对比直线l和经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径与标定砂铸阀体合箱线的扫描路径之间的偏差参数，所述合箱线平面β和所述直线L为预先获取的；基于所述偏差参数修正预先获取的标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径。本发明可以准确获取砂铸阀体合箱线的扫描路径，以确保砂铸阀体的合箱线特征在扫描及识别范围内。

主权利要求：
1.一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法，其特征在于，包括：
获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α及经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；
对比合箱线平面α和标定砂铸阀体合箱线的合箱线平面β，对比直线1和经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径与标定砂铸阀体合箱线的扫描路径之间的偏差参数，所述合箱线平面β和所述直线L为预先获取的；
基于所述偏差参数修正预先获取的标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径；其中，以砂铸阀体合箱线的起点和终点作为两个特征点，两个特征点的参考位置可通过示教或标记点的方式给出，根据“过两点有且只有一条直线”的数学理论，并利用合箱线所构建的平面的法向量信息，获得扫描路径的唯一解。
2.根据权利要求1所述的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法，其特征在于，所述获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α，包括：在当前砂铸阀体合箱线上选取任意三个不同线的点，并获取坐标；
基于三个不同线的点的坐标，得到当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α。
3.根据权利要求1所述的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法，其特征在于，所述偏差参数包括：合箱线平面α相对于合箱线平面β在空间内的偏转角度；
基于所述偏转角度修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径及直线L后，直线1相比于直线L的旋转角度；
基于所述旋转角度再次修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径及直线L后，直线1上的特征点相比于直线L上的特征点的偏移量。
4.一种砂铸阀体合箱线切割路径的获取方法，其特征在于，包括：
沿扫描路径扫描当前砂铸阀体合箱线特征，识别优化切割路径；其中，所述扫描路径是基于权利要求1～3任一项所述的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法获取的。
5.一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置，其特征在于，包括：
红外视觉识别系统(1)，用于获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α、经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；
对比模块(2)，用于对比合箱线平面α和标定砂铸阀体合箱线的合箱线平面β，对比直线
1和经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径与标定砂铸阀体合箱线的扫描路径之间的偏差参数，所述合箱线平面β和所述直线L为预先获取的；
修正模块(3)，用于基于所述偏差参数修正预先获取的标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径；其中，以砂铸阀体合箱线的起点和终点作为两个特征点，两个特征点的参考位置可通过示教或标记点的方式给出，根据“过两点有且只有一条直线”的数学理论，并利用合箱线所构建的平面的法向量信息，获得扫描路径的唯一解。
6.根据权利要求5所述的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置，其特征在于，所述红外视觉识别系统(1)用于基于当前砂铸阀体合箱线上任意三个不同线的点的坐标获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α，所述三个不同线的点上分别放置有反光球。
7.一种砂铸阀体合箱线切割路径的获取装置，其特征在于，包括权利要求5或6所述的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置、机器人(4)、激光焊缝追踪系统(5)和控制模块(6)；其中，所述机器人(4)装载所述激光焊缝追踪系统(5)，用于带动所述激光焊缝追踪系统(5)运动；
所述控制模块(6)用于控制所述机器人(4)带动所述激光焊缝追踪系统(5)沿扫描路径扫描当前砂铸阀体合箱线特征，以识别优化切割路径。 说明书 : 砂铸阀体合箱线扫描路径、切割路径的获取方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及砂铸阀体合箱线自动寻迹领域，具体涉及一种砂铸阀体合箱线扫描路径、切割路径的获取方法及装置。背景技术[0002] 在铸造领域，砂铸件冷却后存在的浇道、冒口、合箱线(飞边)等特征，均需要被切除，此过程目前均由人工作业完成。砂铸阀体种类繁多、变形量大、表面特征复杂，铸件摆放姿态无法固定，自动化切割实施困难。而合箱线是铸件沙箱合模后的间隙因钢水填充形成的环绕砂铸件一周的薄壁层，其具有厚度低、连续性差、表面平整度低的特点，是自动化加工中难度最大的问题。铸造行业自动化的推进，最核心的问题是解决切割路径轨迹的识别。针对合箱线位置，目前已有的视觉识别技术手段局限性高，限制条件多，误差大，一旦砂铸阀体位置发生改变，就无法完成砂铸阀体合箱线的批量化切割路径识别。发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法，它可以准确获取砂铸阀体合箱线的扫描路径，以确保砂铸阀体的合箱线特征在扫描及识别范围内。[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法，包括：[0005] 获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α及经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；[0006] 对比合箱线平面α和标定砂铸阀体合箱线的合箱线平面β，对比直线l和经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径与标定砂铸阀体合箱线的扫描路径之间的偏差参数，所述合箱线平面β和所述直线L为预先获取的；[0007] 基于所述偏差参数修正预先获取的标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径。[0008] 进一步，所述获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α，包括：[0009] 在当前砂铸阀体合箱线上选取任意三个不同线的点，并获取坐标；[0010] 基于三个不同线的点的坐标，得到当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α。[0011] 进一步，所述偏差参数包括：[0012] 合箱线平面α相对于合箱线平面β在空间内的偏转角度；[0013] 基于所述偏转角度修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径及直线L后，直线l相比于直线L的旋转角度；[0014] 基于所述旋转角度再次修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径及直线L后，直线l上的特征点相比于直线L上的特征点的偏移量。[0015] 进一步，以砂铸阀体合箱线的起点和终点作为两个特征点。[0016] 本发明还提供了一种砂铸阀体合箱线切割路径的获取方法，包括：[0017] 沿扫描路径扫描当前砂铸阀体合箱线特征，识别优化切割路径；其中，[0018] 所述扫描路径是砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法获取的。[0019] 本发明还提供了一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置，包括：[0020] 红外视觉识别系统，用于获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α、经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；[0021] 对比模块，用于对比合箱线平面α和标定砂铸阀体合箱线的合箱线平面β，对比直线l和经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径与标定砂铸阀体合箱线的扫描路径之间的偏差参数，所述合箱线平面β和所述直线L为预先获取的；[0022] 修正模块，用于基于所述偏差参数修正预先获取的标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径。[0023] 进一步，所述红外视觉识别系统用于基于当前砂铸阀体合箱线上任意三个不同线的点的坐标获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α，所述三个不同线的点上分别放置有反光球。[0024] 本发明还提供了一种砂铸阀体合箱线切割路径的获取装置，包括砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置、机器人、激光焊缝追踪系统和控制模块；其中，[0025] 所述机器人装载所述激光焊缝追踪系统，用于带动所述激光焊缝追踪系统运动；[0026] 所述控制模块用于控制所述机器人带动所述激光焊缝追踪系统沿扫描路径扫描当前砂铸阀体合箱线特征，以识别优化切割路径。[0027] 采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：[0028] 1、本发明可以准确获取砂铸阀体合箱线的扫描路径，进而确保砂铸阀体的合箱线特征在扫描及识别范围内，方便后续获取砂铸阀体的合箱线的切割路径，从而实现对砂铸阀体的合箱线的自动切割，操作简单，自动化实施过程中人为干预行为少，可行性高，容错率高，能够适应同批次不同姿态的的阀体合箱线路径轨迹的精确识别；[0029] 2、本发明融合了红外视觉识别系统、机器人和激光焊缝追踪系统的优势，通过机器人，充分发挥了不同视觉识别和定位方式的优势。附图说明[0030] 图1为本发明实施例一中的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法的流程图；[0031] 图2为本发明实施例二中的砂铸阀体合箱线切割路径的获取方法的流程图；[0032] 图3为本发明实施例三中的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置的原理框图；[0033] 图4为本发明实施例四中的砂铸阀体合箱线切割路径的获取装置的原理框图。具体实施方式[0034] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。[0035] 实施例一[0036] 如图1所示，一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取方法，包括：[0037] S1：对同型号砂铸阀体的首件进行标定，获取标定砂铸阀体的合箱线平面β、经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L以及标定砂铸阀体的扫描路径；[0038] 在本实施例中，通过“经过不在同一条直线上的三点，有且只有一个平面”的数学理论，获取合箱线上三个不同线的点的坐标值，并求得一个平面的表达方程，并计算所获得平面的法向量，此法向量即为合箱线平面的法向量；[0039] 在本实施例中，两个所述特征点，一个为砂铸阀体合箱线的起点，另一个为砂铸阀体的终点。两个特征点的参考位置可通过示教或标记点的方式给出，根据“过两点有且只有一条直线”的数学理论，并利用合箱线所构建的平面的法向量信息，获得扫描路径的唯一解。[0040] 扫描路径与实际切割路径之间的误差可以根据实际情况来确定，在本实施例中，扫描路径与实际切割路径之间的误差为±20mm。[0041] S2：获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α及经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；[0042] 在本实施例中，所述获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α，包括：[0043] 在当前砂铸阀体合箱线上选取任意三个不同线的点，并获取坐标；[0044] 基于三个不同线的点的坐标，得到当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α。[0045] S3：对比合箱线平面α和合箱线平面β，对比直线l和直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径相对于标定砂铸阀体合箱线的扫描路径的偏差参数；[0046] 在本实施例中，所述偏差参数包括合箱线平面α相对于合箱线平面β在空间内的偏转角度、基于所述偏转角度修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径及直线L后，直线l相比于直线L的旋转角度及基于所述旋转角度再次修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径及直线L后，直线l上的特征点相比于直线L上的特征点的偏移量。[0047] S4：基于所述偏差参数修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径。[0048] 在本实施例中，依次基于所述偏转角度、所述旋转角度及所述偏移量修正标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，即得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径。[0049] 砂铸阀体合箱线切割时存在的自动化实施困难、批量化自动加工难度高、阀体姿态各异、轨迹定位难度大、定位局限性大等问题，本实施例可以准确获取砂铸阀体合箱线的扫描路径，进而确保砂铸阀体的合箱线特征在扫描及识别范围内，方便后续获取砂铸阀体的合箱线的切割路径，从而实现对砂铸阀体的合箱线的自动切割，操作简单，自动化实施过程中人为干预行为少，可行性高，容错率高，能够适应同批次不同姿态的的阀体合箱线路径轨迹的精确识别。[0050] 实施例二[0051] 如图2所示，一种砂铸阀体合箱线切割路径的获取方法，主要是在实施例一的S1～S4的基础上增加S5：沿扫描路径扫描当前砂铸阀体合箱线特征，识别优化切割路径。[0052] 实施例三[0053] 如图3所示，一种砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置，包括：[0054] 红外视觉识别系统1，用于获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α、经过当前砂铸阀体上两个特征点的直线l；[0055] 对比模块2，用于对比合箱线平面α和标定砂铸阀体合箱线的合箱线平面β，对比直线l和经过标定砂铸阀体上的两个特征点的直线L，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径相对于标定砂铸阀体合箱线的扫描路径的偏差参数，所述合箱线平面β和所述直线L是通过所述红外视觉识别系统1预先获取的；[0056] 修正模块3，用于基于所述偏差参数修正预先获取的标定砂铸阀体合箱线的扫描路径，得到当前砂铸阀体合箱线的扫描路径。[0057] 在本实施例中，所述红外视觉识别系统1是基于当前砂铸阀体合箱线上任意三个不同线的点的坐标获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α，所述三个不同线的点上分别放置有反光球。在红外红外视觉识别系统1获取当前砂铸阀体合箱线的合箱线平面α前，先将当前砂铸阀体转移至红外视觉识别系统1的红外线工业相机的视野范围内。所述红外线工业相机是采用的型号为东方新锐DIMS9100三维运动捕捉分析系统。[0058] 实施例四[0059] 如图4所示，一种砂铸阀体合箱线切割路径的获取装置，包括实施例三所述的砂铸阀体合箱线扫描路径的获取装置、机器人4、激光焊缝追踪系统5和控制模块6；其中，[0060] 所述机器人4装载所述激光焊缝追踪系统5，用于带动所述激光焊缝追踪系统5运动；[0061] 所述控制模块6用于控制所述机器人4带动所述激光焊缝追踪系统5沿扫描路径扫描当前砂铸阀体合箱线特征，以识别优化切割路径。[0062] 在本实施例中，所述机器人4还装载切割设备。[0063] 在本实施例中，所述激光焊缝追踪系统5通过激光视觉寻位调整优化切割轨迹，获得砂铸阀体合箱线切割路径，激光焊缝追踪系统5包括轮廓仪探头、图像传感器和嵌入式处理器等。所述轮廓仪探头包括激光发生器和光学系统，所述激光发生器用于产生一条激光线并投射到被测物体表面，所述光学系统用于收集反射光信息，并传递给图像传感器中的成像矩阵。所述嵌入式处理器与所述图像处理器和控制模块6分别连接,成像矩阵将光信号转化为可处理的数字信号，并传递给嵌入式处理器。所述嵌入式处理器用于计算和处理图像传感器产生的数字信号，并得到所需切割轨迹参数，即得到所述切割路径，所述嵌入式处理器还基于所述切割路径向所述控制模块6及切割设备发出驱动信号,所述驱动信号用于驱动控制模块6控制所述机器人4带动所述切割设备沿切割路径移动，及驱动所述切割设备的割枪切割。[0064] 在本实施例中，通过坐标系变换，建立机器人4与红外视觉识别系统1参考坐标系之间的转换关系式，设计机器人4扫描路径，并使机器人4参考坐标系与红外视觉识别系统1基础坐标系重合。[0065] 本实施例融合了红外视觉识别系统1、机器人4和激光焊缝追踪系统5的优势，通过机器人4，充分发挥了不同视觉识别和定位方式的优势。[0066] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2022-10-18

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115509235B