[發明專利]一種基于3D點云的管板焊縫自動檢測方法

有效

• 申請號: 202210007616.6
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114227054B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李渭;謝斯敬
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王煥巧

1.一種基于3D點云的管板焊縫自動檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟S1，采集工件的3D點云獲取焊縫數據，利用深度相機對工件進行掃描，獲得工件的3D點云數據；

根據鋼管與平板之間是否存在間隙來決定深度相機掃描的次數，以獲取到精確的點云數據，包括以下兩種情況：（1）鋼管與平板之間不存在間隙，此時為常規工作模式，焊接軌跡為平板圓孔內壁或鋼管外壁；（2）鋼管與平板之間存在間隙，45度掃描兩次，鋼管圓與平板圓孔并非圓心對齊，此時的焊接軌跡就是鋼管外壁與平面孔內壁之間的中心軌跡；

步驟S2，對點云數據進行濾波處理，包括直通濾波、哈希下采樣進行噪聲去除；

步驟S2-1，將深度相機掃描得到的數據轉為CSV格式；

步驟S2-2，對輸入的數據進行直通濾波，具體為：對于在空間分布有一定空間特征的點云數據，使用線結構光掃描的方式采集點云，沿z向分布較廣，但x,y向的分布處于有限范圍內，通過直通濾波器，確定點云在x或y方向上的范圍，進而快速剪除離群點，將其中偏離中心區域較遠的點進行過濾；

步驟S2-3，對輸入數據進行哈希下采樣，從大量的點云中抓獲到關鍵點的位置，減少特征冗余的數據點；

步驟S3，對經步驟S2哈希下采樣處理后的點云數據的平面進行提取，提取焊縫的周圍區域，去除工件的多余部分；

步驟S4，獲取輪廓平面的點云，提取點云的內外輪廓，使用歐式類聚進行分離，過濾掉差別比較大的輪廓點云，對輪廓點云擬合焊縫圓軌跡；

步驟S4-1，利用點云數據的角度標準來確定一組點是否是位于邊界上，利用每個點云數據的表面法線來確定輪廓所處的平面，進而提取焊縫的工作平面；

步驟S4-2，對整個輪廓點云使用歐式聚類進行分離，過濾掉差別比較大的輪廓點云；計算方式如下式所示，將輪廓點云中各個空洞圓找出來，

其中代表兩個不同的點，，，代表點在第n個維度上的信息；

步驟S4-3，根據得的空洞圓點云數據，去擬合滿足空洞圓的焊縫圓軌跡參數：R焊接圓半徑、圓心位置；

步驟S5，輸出結果，輸出擬合圓形軌跡輪廓的圓心和半徑的參數，進而輸出擬合好的焊接路徑的圓心參數和半徑。