[發明專利]基于點云幾何特征的角焊縫定位方法

有效

• 申請號: 202110321791.8
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113177983B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 翟昱;張云濤;馬英;易廷昊;鄒鵬
• 申請（專利權）人: 埃夫特智能裝備股份有限公司;上海埃奇機器人技術有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80;G06V10/762;G06T5/50;G06T7/11;G06T17/00
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王帥

本發明涉及焊接自動化領域，具體是基于點云幾何特征的角焊縫定位方法，其具體步驟如下：S1、預設相機拍攝的初始位置；S2、多角度拍攝結果重建模型；S3、計算轉換矩陣；S4、將轉移到機器人坐標系下；S5、計算每條焊縫的觀察位置和姿態；S6、控制機器人運動到對應的位姿下拍攝點云；S7、利用預處理獲取工件的點云；S8、將點云轉換到機器人坐標系下；S9、進行點云拼接；S10、生成一個焊接工件點云；S11、將點云聚類分割為多個平面；S12、計算面面之間的點云交線；S13、計算交線的凹凸性，排除凹線；S14、計算線的起點、重點和法向量；S15、生成最終的焊縫信息并由機器人執行，通過本發明將各位置的點云融合成一個相對完整的工件點云模型。

技術領域

本發明涉及焊接自動化領域，具體是基于點云幾何特征的角焊縫定位方法。

背景技術

焊接是制造業中較為基礎的技術環節，有著廣泛的應用場景。在工業機器人的焊接場景下，常見的自動化焊接方式有焊縫追蹤和焊縫定位。如中國專利號為201811282079.6的一種基于激光傳感器的焊縫追蹤系統及方法以及中國專利申請號為201811168970.7的基于偏振光照明的焊縫自動追蹤系統中，焊縫追蹤通常需要花費較長的時間識別和定位焊縫，并且還需要用戶人工設定焊縫位置，降低了使用效率增加了人工成本和使用難度。如中國專利申請號為201711479984.6的一種焊縫定位裝置及使用焊縫定位裝置的焊接方法以及中國專利申請號為201811377160.2的一種方便尋找和定位焊縫的焊接定位裝置依賴于一些特定的定位裝置和設備，這些裝置和設備的存在導致焊接系統有較高的使用條件和使用成本。同時定位裝置的存在導致對于需要加工的焊接件有著一定的尺寸和形狀要求。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出基于點云幾何特征的角焊縫定位方法。

基于點云幾何特征的角焊縫定位方法，其具體步驟如下：

S1、預設相機拍攝的初始位置：控制機器人去對應位置拍攝點云；

S2、多角度拍攝結果重建模型：根據多角度拍攝結果，利用迭代就近點算法進行點云拼接，生成重建點云模型；

S3、計算轉換矩陣：點云和理論工件的數字模型做基于快速點特征直方圖的特征匹配，計算兩者的轉換矩陣；

S4、將轉移到機器人坐標系下：將數字模型的每條焊縫映射到機器人坐標系下；

S5、計算每條焊縫的觀察位置和姿態：根據計算的每條焊縫的位置，計算焊縫的觀察位置和姿態；

S6、控制機器人運動到對應的位姿下拍攝點云；

S7、利用預處理獲取工件的點云：經過降采樣，平面分割兩種預處理，僅保留焊接工件的點云；

S8、將點云轉換到機器人坐標系下：根據機器人和相機標定的轉換關系，將所有點云轉換到機器人坐標系下；

S9、進行點云拼接：使用迭代就近點算法，將多個點云進行拼接；

S10、生成一個相對完整的焊接工件點云；

S11、將點云聚類分割為多個平面：通過采樣一致性算法將工件點云聚類分割為多個平面；

S12、計算面面之間的點云交線：遍歷兩兩平面上所有的點，根據kd-tree計算面的交線點云；

S13、計算交線的凹凸性，排除凹線：在計算出的交線基礎上，利用交線點云在面的法向量同側或者異側的數量判斷對應點在兩平面間的凹凸性，此為依據篩選出凹面上的點；

S14、計算線的起點、終點和法向量：對于篩選之后的交線點云使用主成分分析算法，認為值最大的成分是焊縫線段，再計算焊縫線段的起點、終點的位置和法向量；

S15、生成最終的焊縫信息并由機器人執行。