[发明专利]一种机器人电弧3D打印层高调控方法及系统

权利要求书

1.一种机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：针对于需进行3D打印的三维模型进行存储和表示，并根据所述三维模型提取出点坐标和法向量，并对包括所述点坐标和所述法向量在内的原始数据进行优化，形成一个完整的包含后续计算信息的所述三维模型；

S2：根据实际测量的高度对所述三维模型当前层进行切片，并进行路径规划；

S3：通过机器人控制模块获取机器人的实时位置信息，并给机器人中的寄存器进行赋值，将路径点传输给机器人进行堆焊；

S4：建立机器人与视觉传感器之间的坐标转换关系，并通过所述视觉传感器获得焊道点云数据；

S5：通过对所述点云数据进行处理，获得工件的实时测量的实际高度，反馈到步骤S2的对所述三维模型进行切片，并进行路径规划的过程中，进行下一层的切片和路径规划；

在步骤S5中，还包括对所述点云数据进行滤波处理，采用直通滤波去除所述点云数据上的噪音，采用基于领域统计滤波去除所述点云数据上的离群点；

在对所述点云数据进行滤波处理之后，还包括：对所述点云数据进行数据分析，具体为：

为了获得z方向上的高度信息，通过yoz平面或xoz平面截取点云，再将点云二维化，分别沿着x，y方向进行多次截取，得到z高度再取均值，再将截取点云沿着切片垂直的方向进行投影，获得二维的点云数据，并对所述二维点云数据进行角度的旋转矫正。

2.根据权利要求1所述的机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，在步骤S1中，存储的所述三维模型为以三角形面片为单位存储的STL模型，所述STL模型采用文本文件存储，本质是由点和三角形面片组成的三维网络模型。

3.根据权利要求2所述的机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，在步骤S1中，对包括所述点坐标和所述法向量在内的原始数据进行优化具体包括：

设置适合于电弧增材的阈值 来去除过短和冗余的线段，再对所述三维模型进行包括每一个点的相邻点和相邻面片的记录，每一条线段的相邻线段和相邻面的记录，每一个所述三角形面片及其相邻面片在内的拓扑关系的存储。

4.根据权利要求3所述的机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，在步骤S2中，根据实际测量的高度对所述三维模型进行切片，具体为：

对于某一高度的切平面，不断与该高度下的所述三角形面片进行相交计算，得到所有的点，并通过所述拓扑关系，将这些点连接成一条完整的轮廓，并设置阈值 ，将过短和冗余的线段去除。

5.根据权利要求1所述的机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，在步骤S2中，路径规划，具体为：

采用轮廓偏置算法，将轮廓不断往内偏置，每偏置一次便是一条完整的路径，直到工件堆积完成。

6.根据权利要求1所述的机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括：对路径点的文本文件进行处理，具体为：

根据路径点的文本文件，生成基于ASCII码的LS文本文件，再将所述LS文本文件转换为机器人实际运行的二进制TP文件，当TP程序执行时，通过读取寄存器中的路径点信息，而进行工件的堆积工作。

7.根据权利要求1所述的机器人电弧3D打印层高调控方法，其特征在于，在获得所述二维点云数据之后，还包括对焊道特征点的提取，具体为：

提取的特征点包括焊顶和焊趾，两焊道将分别进行单独处理，对于焊顶，由于其一般位于点云最高处，所以选择最高点作为焊顶，对于焊趾，一般认为位于焊道底部左右高度变化最大的位置，可以以焊顶为界，分别向左向右寻找一阶差分、及累计差分绝对值最大的点，来获得左右两个焊趾的位置，从而获得沉积工件的实时高度H，以及当前沉积层的实时厚度d；

最后将获得的工件沉积层的实时高度H加上当前层的实时厚度d得到新的切片高度H’，再用H’进行所述三维模型的切片和路径规划，得到下一层的路径点信息，传输给机器人进行下一层的堆焊，直至工件的完成。

8.一种采用如权利要求1-7中任意一项机器人电弧3D打印层高调控方法进行打印的机器人电弧3D打印层高调控系统，其特征在于，包括：焊接机器人、机器人控制柜，焊枪、焊接电源、焊接保护器、送丝机，工控机和视觉传感器；

其中，所述工控机包括实现人机交互、设定电弧增材的各项参数、切片并生成路径、传输机器人位置信息、视觉传感器的控制、点云信息的处理在内的功能；

以所述机器人为服务端，所述工控机通过接口获取所述机器人的实时姿态信息，并对所述机器人传输路径信息；所述视觉传感器为线结构光主动视觉传感器，硬件由包括线激光器，CCD相机，光学镜片构成的减光滤光模块，3D打印壳体在内的模块组成。