[發明專利]平面對接工件焊接軌跡尋位方法和系統

在審

• 申請號: 202210373010.4
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114734439A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 田新誠;江勇;張園凱;耿煜森
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00;B23K37/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本發明涉及平面對接工件焊接軌跡尋位方法和系統，包括以下步驟：獲取待焊接工件所在平面的圖像點云信息為初始點云，經預處理后，根據近鄰點數將初始點云劃分為平面點云和非平面點云；非平面點云經密度閾值過濾得到待焊接工件的邊緣點點云，直線擬合邊緣點點云得到兩組基底；平面點云經聚類得到待焊接工件的平面點云；以待焊接工件的邊緣點點云為基底進行基變換，在待焊接工件平面點云中得到工件左右兩側的焊縫邊緣點；分別擬合兩側的焊縫邊緣點，根據得到的兩條擬合曲線獲得中間線方程，即為焊縫的擬合方程，經插值處理得到焊接軌跡。利用焊接場景的點云圖像，經處理后提取焊縫軌跡，實現對平面對接工件焊縫的尋位，提高了焊接效率。

技術領域

本發明涉及焊接定位技術領域，具體為平面對接工件焊接軌跡尋位方法和系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

平面對接工件是指待焊接工件位于平面上，焊縫為對接焊縫的工件，是焊接領域中經常使用的焊接方式，在建筑板材、橋梁、集裝箱板、車廂板、大型機械等領域都有應用。在人工焊接的過程中，由于工人的技術等因素，容易導致最終焊接質量難以把控，隨著人工成本的增加，生產效率不足難以滿足需求。

為了能夠解決人工焊接的缺點，機器人自動化焊接被引入。目前常用的自動化焊接方法中，會使用高精度的夾具將工件夾持定位，再通過對機器人進行人工示教以及路徑規劃。此種方法要求夾具的精度較高，同時平面焊縫的類型也較多，例如直線型、S型、帶坡口以及不帶坡口等多種類型，則需要根據不同的平面對接焊縫類型進行人工示教，對生產效率的提升作用有限。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的技術問題，本發明提供平面對接工件焊接軌跡尋位方法和系統，使用三維相機對焊接場景進行拍攝得到點云圖像，經處理后從圖像中提取焊縫點云經擬合后得到焊縫軌跡，實現對平面對接工件焊縫的尋位，降低了傳統自動化焊接中對高精度夾具的要求，免除了繁瑣的人工示教，提高焊接效率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面提供平面對接工件焊接軌跡尋位方法和系統，包括以下步驟：

獲取待焊接工件所在平面的圖像點云信息為初始點云，經預處理后，根據近鄰點數將初始點云劃分為平面點云和非平面點云；

非平面點云經密度閾值過濾得到待焊接工件的邊緣點點云，直線擬合邊緣點點云得到兩組基底；平面點云經聚類得到待焊接工件的平面點云；

以待焊接工件的邊緣點點云為基底進行基變換，在待焊接工件平面點云中得到工件左右兩側的焊縫邊緣點；

分別擬合兩側的焊縫邊緣點，根據得到的兩條擬合曲線獲得中間線方程，即為焊縫的擬合方程，經插值處理得到焊接軌跡。

預處理包括，依次以初始點云中的每一個點為圓心，以設定半徑進行近鄰搜索，得到近鄰點數。

根據近鄰點數將初始點云劃分為平面點云和非平面點云，包括，近鄰搜索得到的點數等于點密度與近鄰圓面積的乘積，則為平面點云。

根據近鄰點數將初始點云劃分為平面點云和非平面點云，還包括，近鄰搜索得到的點數小于點密度和近鄰圓的面積的乘積，則為非平面點云。

非平面點云經密度閾值過濾得到待焊接工件的邊緣點點云，包括，通過設定的密度閾值遍歷非平面點云，去除點云的邊緣點，得到待焊接工件的邊緣點點云。

平面點云經聚類得到待焊接工件的平面點云，包括，平面點云通過聚類得到三個聚類平面，根據背景平面的包圍盒在水平面上的投影面積，去除平面點云中的背景平面，得到焊接工件的平面點云。

工件左右兩側的焊縫邊緣點分別位于焊縫的兩側，形狀與焊縫一致，并且相對于焊縫點左右對稱。