[發(fā)明專利]一種點(diǎn)云中的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位方法及系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111034042.3
• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113744245A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘豐;程麒
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G01N21/88
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 許燕萍

本發(fā)明公開了一種點(diǎn)云中的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：S1：在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋點(diǎn)云中篩選出曲率特征豐富的候選焊縫點(diǎn)；S2：分割結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的底板平面及與其相交的兩個側(cè)板平面，并擬合其平面方程；S3：以步驟S2中得到的平面方程作為約束，從曲率特征豐富的候選焊縫點(diǎn)中篩選出最終的有效焊縫點(diǎn)，完成結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位。本發(fā)明使有效焊縫點(diǎn)既符合幾何約束，又能真實(shí)反映出實(shí)際的焊縫位置，避免出現(xiàn)焊槍碰撞或虛焊等情況，焊縫定位結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種點(diǎn)云中的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在焊接工業(yè)中，視覺技術(shù)能夠幫助機(jī)器人自主定位焊縫，提高機(jī)器人焊接的精度、效率以及自動化程度。目前大多數(shù)的焊縫定位技術(shù)基于線激光型3D相機(jī)，先從圖像中識別激光條紋與焊縫交點(diǎn)的像素位置，再轉(zhuǎn)換為焊縫點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種方法需要精確移動裝置帶動線激光型3D相機(jī)掃描整條焊縫，且需要經(jīng)過多次測量才能定位出完整的焊縫，效率較低。面結(jié)構(gòu)光型3D相機(jī)不需要移動裝置的輔助，通過一次測量即可精確地獲取到焊縫所在的面型范圍內(nèi)的工件表面點(diǎn)云。直接從面結(jié)構(gòu)光型3D相機(jī)獲取的點(diǎn)云中定位焊縫，能夠提升焊接的效率。

目前還沒有成熟的三維特征識別方法能夠?qū)崿F(xiàn)從點(diǎn)云中直接定位焊縫，需要結(jié)合工件本身的立體幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫位于底板與側(cè)板的相交處，通過面面相交關(guān)系雖然能夠獲取理想的焊縫直線方程，但實(shí)際實(shí)驗(yàn)表明，理想的直線方程并非焊縫的真實(shí)反映，沿此直線進(jìn)行焊接會出現(xiàn)焊槍碰撞或虛焊。因此，僅通過特征識別法或立體幾何分析法都難以準(zhǔn)確地從點(diǎn)云中定位加強(qiáng)筋焊縫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種點(diǎn)云中的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位方法及系統(tǒng)，使有效焊縫點(diǎn)既符合幾何約束，又能真實(shí)反映出實(shí)際的焊縫位置，避免出現(xiàn)焊槍碰撞或虛焊等情況，焊縫定位結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種點(diǎn)云中的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位方法，包括以下步驟：

S1：在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋點(diǎn)云中篩選出曲率特征豐富的候選焊縫點(diǎn)；

S2：分割結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的底板平面及與其相交的兩個側(cè)板平面，并擬合其平面方程；

S3：以步驟S2中得到的平面方程作為約束，從曲率特征豐富的候選焊縫點(diǎn)中篩選出最終的有效焊縫點(diǎn)，完成結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋焊縫定位。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1具體為：

通過建立結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋點(diǎn)云的鄰域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用協(xié)方差分析法對點(diǎn)云中點(diǎn)的鄰域曲率進(jìn)行估計，構(gòu)建點(diǎn)云中每個點(diǎn)鄰域協(xié)方差矩陣；

以協(xié)方差矩陣的最小特征值作為鄰域曲率的估計值，并設(shè)置曲率閾值；

篩選出所有鄰域曲率大于閾值的點(diǎn)，即為曲率特征豐富的候選焊縫點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2具體為：

基于隨機(jī)采樣一致性的平面分割算法，通過隨機(jī)采樣的方式得到采樣平面，將符合采樣平面內(nèi)點(diǎn)數(shù)目閾值的平面內(nèi)點(diǎn)從原始點(diǎn)云集合中提取出來，擬合新的有效平面；

當(dāng)提取出底板平面和與其相交的兩個側(cè)板平面后，點(diǎn)云集合中的點(diǎn)數(shù)不滿足最小點(diǎn)數(shù)的要求，則終止算法，并得到三個有效平面參數(shù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3具體為：

結(jié)合步驟S2得到的平面方程為約束，對候選焊縫點(diǎn)進(jìn)行再次篩選；

計算候選焊縫點(diǎn)到底板平面及與其相交的兩個側(cè)板平面的各自距離，當(dāng)候選焊縫點(diǎn)滿足到底板平面的距離小于3mm且到側(cè)板平面的距離小于1mm時，為有效焊縫點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1具體包括以下步驟：