[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

本發明公開了一種基于3D點云的管板焊縫自動檢測方法，包括：S1，采集工件的3D點云獲取焊縫數據，利用深度相機對鋼件進行掃描，獲得工件的3D點云數據；S2，對點云數據進行濾波處理，包括直通濾波，哈希下采樣等進行噪聲去除；S3，對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；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；S5，輸出結果，輸出擬合圓形軌跡輪廓的圓心和半徑的參數。本發明能夠在強烈弧光、飛濺和電弧噪聲等干擾下，準確地提取出管板焊縫位置，極大地提升了抗干擾能力，保證了焊接質量，提高了自動焊接系統的魯棒能力。

技術領域

本發明屬于焊縫檢測技術領域，具體涉及一種基于3D點云的管板焊縫自動檢測方法。

背景技術

焊接技術已經成為工業生產中最為廣泛使用的連接方式之一，主要應用有：宇宙航天領域、電子制造領域、機械制造領域以及船舶制造領域等。焊接所面臨的場景十分多樣，同時在某些領域的焊接場景中，焊工所面臨的現場環境十分的惡劣，在焊接過程中焊槍所產生的有害氣體以及焊接時焊槍所產生的刺眼弧光，不僅污染了大氣環境，而且會對焊工工人產生極大的健康危害。

計算機行業高速發展嗎，已經廣泛的應用于各行各業中并且表現出了強大信息數據處理能力。制造行業高速發展的今天，僅通過焊工工人來完成焊接任務已經難以滿足現今的焊接需求，因此將計算機技術應用到焊接行業是大勢所趨。

無人流水線、無燈工廠，國家制造自動化的進程不斷加快，其中生產制造過程中的金屬焊接是必不可缺的一環。然而在目前的焊接方法中，仍然采用的是基于2D圖像的定位焊接方法，這種方法在確定焊接位置的過程中容易收到焊接過程中的強烈的弧光，電弧噪聲的影響導致難以對焊縫區域進行準確快速的定位，從而影響焊接的效果和效率?；诖耍业揭环N快速、準確并且抗干擾的焊縫識別方法對于實現第三代智能焊接機器人具有巨大的工程意義。

目前基于點云的焊縫檢測方法有基于圖像類型的，有基于深度學習方法的，和基于激光掃描的，以及基于點云的，例如：基于線結構點云的焊縫檢測方法、基于3D視覺機器動力電池焊縫質量檢測方法、用于焊接環境三維建模的稀疏點云擬合、基于激光掃描的焊縫三維重構系統研究等多種方法。然而，這些方法目前僅能夠應用于一些一般的，對與加工精度較低，工作環境相對良好的環境的焊縫檢測中，但是對于工作環境更為復雜，加工精度要求更高的管板焊縫檢測還存在改進的地方，因此難以滿足實際焊接過程中對于焊接焊縫精度和速度的需求。

最近一些年來，基于3D點云的焊接機器人、自動化的焊接手臂技術得到了高速的發展，加快了制造行業的生產力，同時也對焊接的質量和速度提出了更高的要求。如何找到一種快速、準確的高質量管板鋼材焊縫檢測方法，能夠在干擾因素多、工作環境復雜的背景下完成管板焊縫的提取，成為加快第三代焊接器人的一個重要技術。

對于以上問題，本發明提出了一種基于3D點云的管板鋼材焊縫自動檢測方法，本發明能夠在圖像成像效果不佳，基于2D圖像的管板縫檢測方法差的環境下通過激光掃描而提取的工件3D點云，提取出鋼管和孔板工件的焊縫。本發明具有抗干擾能力強，生成焊縫區域速度快、準確的特點。

發明內容

針對現有技術中的不足與難題，本發明旨在提供一種基于3D點云的管板焊縫自動檢測方法，以解決針對特定類管板鋼件設計的焊縫檢測方法能夠實現高精度的檢測，由于是使用深度相機采集工件的深度信息能產生數量密集的3D點云，對于其中的噪聲，可以比較方便使用濾波、下采樣等方法去除。所以具有抗干擾能力強、識別準確等優點。

本發明通過以下技術方案予以實現：

一種基于3D點云的管板焊縫自動檢測方法，具體包括以下步驟：

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；

步驟S2，對點云數據進行濾波處理，包括直通濾波，哈希下采樣等進行噪聲去除；