一种工件加工轨迹生成方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及工件自动化加工技术领域，尤其涉及一种工件加工轨迹生成方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在工件的自动化加工过程中，加工轨迹决定了加工效率，而现有的加工轨迹确定方法主要有人工示教和基于图像的轨迹生成，前者存在自动化程度低，对于不同的加工工件必须重新进行示教，且人工操作精度低。而后者目前主要是基于图像提取二维加工轨迹，然后通过手眼标定来完成基于加工轨迹的加工操作。

当前的基于图像生成的二维加工轨迹缺乏物体的三维信息，无法解决操作对象的三维轨迹自动提取、加工和检测等需求，也就是说，生成的轨迹缺乏准确性和可靠性，不能满足实际的生产需求。

发明内容

本申请提供了一种工件加工轨迹生成方法、装置、设备及存储介质，用于解决现有技术生成的轨迹缺乏场景三维信息，所以准确性和可靠性较低，导致不能满足实际的生产需求的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种工件加工轨迹生成方法，包括：

将待加工区域的标准点云图像进行切片处理，得到多个点云子区域；

将根据所述点云子区域计算出的样本点云区域中的点投影至预设截平面上，得到降维平面；

对所述降维平面进行网格划分后，统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征；

根据所述样本统计特征和模板统计特征计算相关性，并选取最大的所述相关性对应的网格确定特征网格位置；

基于所述特征网格位置和截平面方程计算所述预设截平面上的加工轨迹点三维坐标；

对所述加工轨迹点三维坐标进行滤波和插值处理，得到工件加工轨迹。

优选地，所述将根据所述点云子区域计算出的样本点云区域中的点投影至预设截平面上，得到降维平面，包括：

根据预置变换矩阵计算所述点云子区域对应的样本点云区域；

计算每个所述样本点云区域的三维中心点后，结合所述样本点云区域和对应邻域进行直线拟合，得到直线的方向向量；

依据所述三维中心点和所述直线的方向向量计算所述样本点云区域对应的预设截平面，得到截平面方程；

基于所述截平面方程将所述样本点云区域中的点平行投影至所述预设截平面上，得到降维平面。

优选地，所述对所述降维平面进行网格划分后，统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征，包括：

对所述降维平面进行网络划分，并基于所述三维中心点建立网格坐标系，得到所述降维平面中每个投影点的二维点坐标；

统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征。

优选地，所述根据所述样本统计特征和模板统计特征计算相关性，并选取最大的所述相关性对应的网格确定特征网格位置，包括：

配置待加工区域的目标轨迹的模板统计特征，并确定模板中所述目标轨迹中点的特征位置；

计算所述样本统计特征和所述模板统计特征之间的相关性；

根据所述模板统计特征确定最大所述相关性对应网格的特征网格位置。

本申请第二方面提供了一种工件加工轨迹生成装置，包括：

切片分区单元，用于将待加工区域的标准点云图像进行切片处理，得到多个点云子区域；

平面投影单元，用于将根据所述点云子区域计算出的样本点云区域中的点投影至预设截平面上，得到降维平面；

划分统计单元，用于对所述降维平面进行网格划分后，统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征；

相关计算单元，用于根据所述样本统计特征和模板统计特征计算相关性，并选取最大的所述相关性对应的网格确定特征网格位置；

坐标计算单元，用于基于所述特征网格位置和截平面方程计算所述预设截平面上的加工轨迹点三维坐标；

轨迹生成单元，用于对所述加工轨迹点三维坐标进行滤波和插值处理，得到工件加工轨迹。

优选地，所述平面投影单元，具体用于：

根据预置变换矩阵计算所述点云子区域对应的样本点云区域；

计算每个所述样本点云区域的三维中心点后，结合所述样本点云区域和对应邻域进行直线拟合，得到直线的方向向量；

依据所述三维中心点和所述直线的方向向量计算所述样本点云区域对应的预设截平面，得到截平面方程；

基于所述截平面方程将所述样本点云区域中的点平行投影至所述预设截平面上，得到降维平面。

优选地，所述划分统计单元，具体用于：

对所述降维平面进行网络划分，并基于所述三维中心点建立网格坐标系，得到所述降维平面中每个投影点的二维点坐标；

统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征。

优选地，所述相关计算单元，具体用于：

配置待加工区域的目标轨迹的模板统计特征，并确定模板中所述目标轨迹中点的特征位置；

计算所述样本统计特征和所述模板统计特征之间的相关性；

根据所述模板统计特征确定最大所述相关性对应网格的特征网格位置。

本申请第三方面提供了一种工件加工轨迹生成设备，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的工件加工轨迹生成方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的工件加工轨迹生成方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种工件加工轨迹生成方法，包括：将待加工区域的标准点云图像进行切片处理，得到多个点云子区域；将根据点云子区域计算出的样本点云区域中的点投影至预设截平面上，得到降维平面；对降维平面进行网格划分后，统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征；根据样本统计特征和模板统计特征计算相关性，并选取最大的相关性对应的网格确定特征网格位置；基于特征网格位置和截平面方程计算预设截平面上的加工轨迹点三维坐标；对加工轨迹点三维坐标进行滤波和插值处理，得到工件加工轨迹。

本申请提供的工件加工轨迹生成方法，基于待加工区域的点云图像进行分析处理，使得轨迹中包含场景三维信息，更能反映实际物体的位置关系，为了提高计算和分析效率，将三维点云投影至截平面进行计算；既可以确保生成的轨迹的准确性，又可以提高轨迹生成效率。因此，本申请能够解决现有技术生成的轨迹缺乏场景三维信息，所以准确性和可靠性较低，导致不能满足实际的生产需求的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种工件加工轨迹生成方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种工件加工轨迹生成装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的三维点云投影至二维截平面的过程示意图；

图4为本申请实施例提供的基于样本统计特征与模板统计特征确定网格位置的过程示意图；

图5为本申请实施例提供的加工轨迹点三维坐标示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种工件加工轨迹生成方法的实施例，包括：

步骤101、将待加工区域的标准点云图像进行切片处理，得到多个点云子区域。

需要说明的是，在确定加工轨迹所在的局部区域后，对这个区域生成标准点云图像，然后对其进行切片处理，可以得到多个点云子区域，假设为n个，则可以表达为R

步骤102、将根据点云子区域计算出的样本点云区域中的点投影至预设截平面上，得到降维平面。

进一步地，步骤102，包括：

根据预置变换矩阵计算点云子区域对应的样本点云区域；

计算每个样本点云区域的三维中心点后，结合样本点云区域和对应邻域进行直线拟合，得到直线的方向向量；

依据三维中心点和直线的方向向量计算样本点云区域对应的预设截平面，得到截平面方程；

基于截平面方程将样本点云区域中的点平行投影至预设截平面上，得到降维平面。

需要说明的是，标准点云图像区域与样本图像进行特征点匹配，可以得到对应特征点坐标{(u

可以得到样本点云区域R'

分别为点云子区域R

对于每个样本点云区域R'

F

其中，D

需要说明的是，结构光系统重建的数据Data＝{(x,y,z,g)|(x,y,z,g)}＝f(u,v)，其中，(u,v)∈N，N是二维离散平面的一个矩形子集，(x,y,z)表示空间点坐标，g表示灰度值，将该数据存储在四通道的图像中，此时(u,v)表示图像的像素坐标，对于每个像素有四个值，即x，y，z，g。

将样本点云区域R'

其中，t为空间点到投影点的直线方程参数，P

步骤103、对降维平面进行网格划分后，统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征。

进一步地，步骤103，包括：

对降维平面进行网络划分，并基于三维中心点建立网格坐标系，得到降维平面中每个投影点的二维点坐标；

统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征。

需要说明的是，网格划分的是降维平面上的投影点区域，然后以三维中心点C

请参阅图4，假设以三维中心点C

其中，

步骤104、根据样本统计特征和模板统计特征计算相关性，并选取最大的相关性对应的网格确定特征网格位置。

进一步地，步骤104，包括：

配置待加工区域的目标轨迹的模板统计特征，并确定模板中目标轨迹中点的特征位置；

计算样本统计特征和模板统计特征之间的相关性；

根据模板统计特征确定最大相关性对应网格的特征网格位置。

模板统计特征是预先配置的，是一种较为理想化且轨迹点的特征位置较为明确的模板，主要用于对比分析，确定样本统计特征中轨迹点所属网格的位置，即特征网格位置A

其中，MaxRelevance(J

步骤105、基于特征网格位置和截平面方程计算预设截平面上的加工轨迹点三维坐标。

请参阅图5，若是将加工轨迹点三维坐标表达为W

其中，σ

步骤106、对加工轨迹点三维坐标进行滤波和插值处理，得到工件加工轨迹。

加工轨迹点为多个，例如存在n个，将n个加工轨迹点的三维坐标W

本申请实施例提供的工件加工轨迹生成方法，基于待加工区域的点云图像进行分析处理，使得轨迹中包含场景三维信息，更能反映实际物体的位置关系，为了提高计算和分析效率，将三维点云投影至截平面进行计算；既可以确保生成的轨迹的准确性，又可以提高轨迹生成效率。因此，本申请实施例能够解决现有技术生成的轨迹缺乏场景三维信息，所以准确性和可靠性较低，导致不能满足实际的生产需求的技术问题。

为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种工件加工轨迹生成装置的实施例，包括：

切片分区单元201，用于将待加工区域的标准点云图像进行切片处理，得到多个点云子区域；

平面投影单元202，用于将根据点云子区域计算出的样本点云区域中的点投影至预设截平面上，得到降维平面；

划分统计单元203，用于对降维平面进行网格划分后，统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征；

相关计算单元204，用于根据样本统计特征和模板统计特征计算相关性，并选取最大的相关性对应的网格确定特征网格位置；

坐标计算单元205，用于基于特征网格位置和截平面方程计算预设截平面上的加工轨迹点三维坐标；

轨迹生成单元206，用于对加工轨迹点三维坐标进行滤波和插值处理，得到工件加工轨迹。

进一步地，平面投影单元202，具体用于：

根据预置变换矩阵计算点云子区域对应的样本点云区域；

计算每个样本点云区域的三维中心点后，结合样本点云区域和对应邻域进行直线拟合，得到直线的方向向量；

依据三维中心点和直线的方向向量计算样本点云区域对应的预设截平面，得到截平面方程；

基于截平面方程将样本点云区域中的点平行投影至预设截平面上，得到降维平面。

进一步地，划分统计单元203，具体用于：

对降维平面进行网络划分，并基于三维中心点建立网格坐标系，得到降维平面中每个投影点的二维点坐标；

统计每个网格中投影点的数量，得到样本统计特征。

进一步地，相关计算单元204，具体用于：

配置待加工区域的目标轨迹的模板统计特征，并确定模板中目标轨迹中点的特征位置；

计算样本统计特征和模板统计特征之间的相关性；

根据模板统计特征确定最大相关性对应网格的特征网格位置。

本申请还提供了一种工件加工轨迹生成设备，设备包括处理器以及存储器；

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的工件加工轨迹生成方法。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中的工件加工轨迹生成方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。