CN108332658B - 一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，属于焊接自动化技术领域。本方法借助面光源获取清晰的细隙焊道图像并提取焊道中心线位置；采用光斑图案为多重封闭曲线的激光光源照射焊道，根据焊道中心线与激光光斑的图像特征确定焊道中心线上一点为待检测位姿的焊道中心点，基于光学三角法确定焊道中心点邻域内激光光斑上各点在视觉传感器坐标系内的坐标，拟合得到焊道中心点所在局部区域相对焊枪的位姿。本发明充分利用面光源下细隙焊道特征明显的特点和多重封闭曲线激光光斑信息量大的优势，保证位姿检测时采用的焊道局部区域面积与实际焊接要求匹配，可应用于航空航天领域复杂曲面零件的自动化焊接，尤其适用于坡口间隙小的焊道自动跟踪场合。

Description

一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法

技术领域

本发明属于焊接自动化领域，特别涉及一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法。

背景技术

航天航空构件的轻量化发展和可靠性要求的提高给焊道视觉检测和跟踪提出了重大挑战。其一，待焊工件的焊道坡口形式一般为I型对接坡口，坡口间隙极小(一般不超过0.1mm)，焊枪与焊道的相对位姿稍有偏移即可能引起严重的焊接缺陷，对检测和跟踪精度要求极高；其二，航天航空构件材质大多为铝镁合金，反射率可达95％以上，其表面强烈的镜面反射光使图像亮度极不均匀，甚至可能掩盖坡口的主要特征信息；其三，航空航天构件结构复杂，焊道在复杂曲面上而非平面上。传统的焊道跟踪方法通过检测结构光条的畸变特征识别待焊区域，这种方法依赖坡口的宏观几何结构特征，无法应用于结构光条畸变不明显的细隙焊道检测场合。

中国专利文献(公告号为CN101927395B)公开了一种焊缝跟踪检测设备及方法，将具有特定轮廓特征的激光光斑投射在工件表面上，使用CCD相机采集工件表面图像，通过检测光斑内的坡口阴影检测坡口的横向偏移，通过检测光斑的形状、位置和大小变化计算工件表面与焊枪之间的相对位姿。这种方法采集的图像灰度非常不均匀，给光斑边缘的准确提取带来困难，这一方面是因为金属表面对激光产生强烈的镜面反射，造成图像局部饱和；另一方面是因为激光在金属表面形成散斑，加剧了灰度不均匀性。降低曝光时间、减小光圈和使用偏振片消光等方法可在一定程度上降低镜面反射光的影响，但激光散斑现象愈加明显，无法提高图像灰度的均匀性。

中国专利文献(公告号为CN103954216B)公开了一种基于球面光源的强镜面反射工件细窄坡口检测装置及方法，将球面光源与激光阵列交替投射在工件表面上，使成像元件采集工件表面图像，通过球面光源照射获得灰度均匀、坡口特征明显的焊道图像，通过激光阵列照射下的工件图像确定焊道位姿。这种方法需要通过增加激光器的数量来提高激光光斑数量、从而提高检测精度；该方法假定激光投射的工件表面为平面，应对复杂曲面焊接时焊道位姿检测精度不足；该方法未考虑实际焊缝成形后的焊缝宽度对检测位姿时采用的焊道局部区域面积的要求；该方法没有考虑到成像元件向图像引入的畸变，降低了检测精度。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提出一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法。该发明旨在解决目前技术存在的焊道图像灰度均匀性不好、成像畸变影响检测精度、位姿检测采用的焊道局部区域面积难以与焊接成形后实际焊缝宽度匹配、因工件表面为曲面难以确定其法向量、焊道坡口间隙极窄而难以用结构光的畸变进行检测等问题，以实现焊道的自动识别，特别针对坡口间隙小的复杂曲面焊道位姿自动检测场合。

本发明采取以下技术方案：

一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，包括以下步骤：

1)建立世界坐标系{W}、视觉传感器坐标系{C}和像素坐标系{P}；所述世界坐标系{W}为三维笛卡尔坐标系，与焊枪固连；所述视觉传感器坐标系{C}为三维笛卡尔坐标系，原点为视觉传感器的光心，竖轴方向与所述视觉传感器光轴方向相同；所述像素坐标系{P}为二维笛卡尔坐标系，与视觉传感器采集的图像固连，以单个像素为长度单位；

2)对用于采集工件表面焊道区域图像的视觉传感器进行标定：令(x_P，y_P)为图像畸变前像素坐标系{P}中的像素坐标，(x_d，y_d)为图像畸变后像素坐标系{P}中的像素坐标，(x_C，y_C，z_C)为视觉传感器坐标系{C}中的坐标，采用基于针孔相机模型的相机标定方法建立(x_P，y_P)与(x_C，y_C，z_C)之间的转换关系T₁以及由图像的径向畸变和切向畸变得到(x_P，y_P)与(x_d，y_d)的转换关系T₂；对畸变后的图像中(x_d，y_d)的邻域N(x_d，y_d)内的像素灰度分布进行插值，得到畸变前的图像中(x_P，y_P)处的像素灰度G(x_P，y_P)，即建立图像畸变前后像素灰度的转换关系T₃，所述邻域符号的数学含义为对符号内的数字进行向下取整；

3)采用在平面上光斑图案为多重封闭曲线的激光光源照射焊道区域：

所述光斑图案满足各条相邻的封闭曲线的最大间距E小于焊缝成形后焊缝平均宽度的一半的要求，令L为所述最大间距E在所述视觉传感器的视场中代表的像素个数，L＝E×w/W，式中w为视觉传感器采集到的图像在宽度方向的像素个数，W为视觉传感器的视场的宽度；

对所述各条封闭曲线由内到外依次编号为1、2、3、……、N，N为正整数，N≥3，采用光学三角法标定各条封闭曲线所在的激光传播路径在视觉传感器坐标系{C}中的曲面方程T₄，并标定视觉传感器坐标系{C}中的坐标(x_C，y_C，z_c)与世界坐标系{W}中的坐标(x_W，y_W，z_W)之间的转换关系T₅；

4)采用面光源照射工件表面焊道区域，并用控制单元使所述面光源和所述激光光源交替点亮：

当所述面光源点亮时，所述视觉传感器同步拍摄焊道图像，所述控制单元利用所述步骤2)中的转换关系T₃消除图像畸变，获取畸变前的图像，采用数字图像处理方法提取图像中的焊道中心线；

当所述激光光源点亮时，所述视觉传感器同步拍摄焊道图像，所述控制单元利用所述步骤2)中的转换关系T₃消除图像畸变，获取畸变前的图像，采用数字图像处理方法提取图像中的多重封闭曲线激光光斑；提取激光光斑时仅提取被完全涵盖在图像中的封闭曲线，对于有部分地方在图像外的封闭曲线进行忽略；令M为从图像中提取出的最外层封闭曲线的编号，3≤M≤N,M为正整数；令S_i为从图像中提取出的第i条封闭曲线在像素坐标系{P}中的像素坐标集合，1≤i≤M，i为正整数；

5)在所述焊道中心线上选取待检测位姿的焊道中心点，选取的原则为：该点为焊道中心线与某条封闭曲线的交点，且图像中该条封闭曲线的内部和外部存在其它的完整的封闭曲线，且在满足前两条原则的前提下该点尽可能靠近焊枪；令所述焊道中心点在像素坐标系{P}中的像素坐标为

6)基于焊道局部区域曲面拟合计算焊道位姿：

从各个像素坐标集合S_i中选择出所有与像素坐标距离小于R的像素坐标(x_P，y_P)，即满足以下关系式的坐标(x_P，y_P)：

式中R＝1.2L～1.5L，符号T代表对矩阵的转置；将所有选择出来的像素坐标(x_P，y_P)组成新的像素坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}；根据所述步骤2)的转换关系T₁和所述步骤3)的转换关系T₄，计算在像素坐标系{P}中的像素坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}在视觉传感器坐标系{C}中的坐标集合{(x_C，k，y_C，k，z_C，k)}；令曲面U为像素坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}中的点所在的工件局部表面；用坐标集合{(x_C，k，y_C，k，z_C，k)}中的坐标拟合曲面U在视觉传感器坐标系{C}中的方程T₆；根据方程T₆和所述步骤2)的转换关系T₁，计算像素坐标系{P}中的像素坐标在视觉传感器坐标系{C}中的坐标并求出曲面U在处的法向量；根据所述步骤3)的转换关系T₅，将坐标和所述法向量转换到世界坐标系{W}中，得到焊道位姿。

上述技术方案中，步骤2)中所述插值采用的方法为最邻近插值、分片线性插值和双线性插值中的一种。

上述技术方案中，步骤3)中所述激光光源的在平面上的多重封闭曲线光斑图案为多重同心圆、多重同心椭圆的一种。。

上述技术方案中，步骤5)中所述拟合采用的方法为最小二乘法、随机抽样一致性算法和移动最小二乘法的一种。

本发明所述焊接为电弧焊接、激光焊接、电子束焊接、搅拌摩擦焊中的一种。

本发明采用面光源和光斑图案为多重封闭曲线的激光光源交替照射焊道所在区域，通过对这两种不同光源照射下焊道图像分别进行畸变校正，并用光学三角法进行坐标反算，可检测出细隙焊道的位姿。采用本发明的方法能够在焊道检测时满足若干目标要求：克服细隙焊道成像特征不明显的缺点，便于实时、准确地检测焊道位置；克服成像畸变对检测精度的影响；将位姿检测采用的焊道局部区域面积与焊缝宽度匹配；能快速、准确地确定复杂曲面焊接中焊枪相对工件表面的位姿信息，包括焊枪的横向偏移、高度方向偏移、横向偏角、纵向偏角等，检测精度高；方法采用的装置成本低，实时性高，适用于航空航天领域复杂曲面零件的自动化焊接，尤其适用于坡口间隙小的复杂曲面焊道自动跟踪场合。

附图说明

图1为本发明实施例中细窄坡口的复杂曲面焊道位姿检测的流程图。

图2为一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法的实施例采用的装置示意图。

图3为本发明实施例中激光光源点亮、面光源熄灭时激光光源向焊道投射多重封闭曲线光斑图案示意图。

图4为本发明实施例中激光光源熄灭、面光源点亮时视觉传感器采集的经过畸变校正后的细隙焊道图像，图中虚线方框仅代表图像边界。

图5为本发明实施例中激光光源点亮、面光源熄灭时视觉传感器采集的经过畸变校正后的激光多重封闭曲线光斑图像。

图6为本发明实施例中结合面光源和激光光源下的图像，计算焊道中心点，以焊道中心点为中心拟合焊道局部区域的示意图，图中各条完整的封闭曲线上的点在像素坐标系{P}中的坐标集合由内而外依次编号为S₁、S₂、S₃，像素坐标为焊道中心点。

在图1至图6中：1—控制单元；2—固定支架；3—激光光源；4—面光源；41—透光孔；5—视觉传感器；6—滤光元件；7—工件；71—细隙焊道；8—焊枪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和工作过程作进一步说明。

图2为本发明提出的一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法的实施例采用的装置示意图，包括控制单元1、固定支架2、激光光源3、面光源4、视觉传感器5、滤光元件6。所述控制单元1采用单片机、PLC和工控机的一种，用于对所述视觉传感器5采集到的图像进行处理、为所述激光光源3和面光源4提供触发信号、计算焊道位姿，所述控制单元1与所述激光光源3、面光源4、视觉传感器5通过导线连接；所述激光光源3、面光源4、视觉传感器5通过固定支架2固连在焊枪上；所述激光光源3照射在工件7表面上，其在垂直光源轴线的平面上的光斑图案为4个同心圆，波长为635nm；所述面光源4发出非相干光，投射在工件7表面，其波长范围为635～645nm；所述视觉传感器5为1024×768像素的CCD相机，视场范围为30mm×22.5mm，检测精度为0.03mm；所述滤光元件6为窄带滤光片，中心波长为635nm，半高宽为10nm；电弧弧光在635～645nm处的光强相对较弱，因此选用的滤光元件6能有效地滤除弧光干扰。

图1为本发明实施例中细窄坡口的复杂曲面焊道位姿检测的流程图，包括以下几个步骤：

1)在焊枪8上建立世界坐标系{W}，原点与焊枪固连，如图2；在视觉传感器5上建立视觉传感器坐标系{C}，原点为视觉传感器5的光心，竖轴方向与视觉传感器5光轴方向相同，如图2；在视觉传感器采集到的图像上建立像素坐标系{P}，以单个像素为长度单位，如图6。

2)对用于采集工件表面焊道区域图像的视觉传感器进行标定。令(x_P，y_P)为图像畸变前像素坐标系{P}中的像素坐标，(x_d，y_d)为图像畸变后像素坐标系{P}中的像素坐标，(x_C，y_C，z_C)为视觉传感器坐标系{C}中的坐标。采用基于针孔相机模型的相机标定方法建立(x_P，y_P)与(x_C，y_C，z_C)之间的转换关系T₁：

由图像径向畸变和切向畸变得到(x_P，y_P)与(x_d，y_d)的转换关系T₂：

对图像畸变后(x_d，y_d)的邻域N(x_d，y_d)内的像素灰度分布I{N(x_d，y_d)}进行插值，得到图像畸变前(x_P，y_P)处的像素灰度G(x_P，y_P)。所述邻域符号的数学含义为对符号内的数字进行向下取整。插值方法为双线性插值。建立起的图像畸变前后像素灰度的转换关系T₃如下：

T₃：G(x_P，y_P)＝interpolation(I{N(x_d，y_d)})

式中，interpolation代表双线性插值方法。

3)采用在平面上光斑图案为多重封闭曲线的激光光源照射焊道区域：

所述光斑图案满足各条相邻的封闭曲线的最大间距E小于焊缝成形后焊缝平均宽度的一半的要求，假定焊接成形后焊缝平均宽度为8mm，则E<4mm。假定E＝3mm，令L为所述最大间距E在所述视觉传感器的视场中代表的像素个数，L＝E×w/W＝3×1024/30＝102.4，式中w为视觉传感器采集到的图像在宽度方向的像素个数，w＝1024，W为视觉传感器的视场的宽度，W＝30mm。

利用光学三角法标定激光光源3的光斑图案中各条封闭曲线所在的激光传播路径在视觉传感器坐标系{C}中的曲面方程T₄，并标定视觉传感器坐标系{C}中的坐标(x_C，y_C，z_C)^T与世界坐标系{W}中的坐标(x_W，y_W，z_W)^T之间的转换关系T₅。如图3，由于工件表面为空间曲面，激光光斑在工件表面呈现出不规则的4条封闭曲线。对这4条封闭曲线由内而外依次编号为1、2、3、4，各条封闭曲线所在的激光传播曲面为圆锥面，采用光学三角法标定得到第i条封闭曲线所在圆锥面在视觉传感器坐标系{C}中的方程T₄：

T₄：Q_i(x_C，y_C，z_C)＝0，i＝1，2，3，4

标定得到视觉传感器坐标系{C}中的坐标(x_C，y_c，z_C)^T与世界坐标系{W}中的坐标(x_W，y_W，z_W)^T之间的转换关系T₅如下：

T₅：[x_Wy_Wz_W]^T＝R[x_Cy_Cz_C]^T+T

式中，R为3×3旋转矩阵，T为3×1平移变换矩阵

4)采用面光源4辅助照明，并采用控制单元1使面光源4和激光光源3交替点亮。

当激光光源3熄灭、面光源4点亮时，视觉传感器5同步拍摄焊道图像，控制单元1利用步骤2)中的转换关系T₃消除图像畸变，获取畸变前的图像，如图4。由于焊道71与工件7的其他部分光学反射特征存在极大差异，因此图中焊道表现为一条灰度接近零的曲线。采用数字图像处理方法提取图中的焊道中心线。

当激光光源3点亮、面光源4熄灭时，视觉传感器5同步拍摄焊道图像，控制单元1利用步骤2)中的转换关系T₃消除图像畸变，获取畸变前的图像，如图5。激光光斑在图像中呈现为灰度接近饱和的4条不相交的不规则曲线。采用数字图像处理方法提取图像中的多重封闭曲线激光光斑。提取激光光斑时仅提取被完全涵盖在图像中的封闭曲线，即第1、2、3条封闭曲线；第4条封闭曲线有部分在图像外，对该条封闭曲线进行忽略；令M为从图像中提取出的最外层封闭曲线的编号，则M＝3；令提取出的第i条封闭曲线在像素坐标系{P}中的像素坐标集合为S_i，i＝1,2,3，如图6。

5)在所述焊道中心线上选取一点为待检测位姿的焊道中心点。如图6，假定图6中坐标轴x_P的正方向是靠近焊枪的方向，根据选取焊道中心点的原则，选择焊道中心线与第2条封闭曲线的交点为焊道中心点，即图6中用“+”标记的点。令所述焊道中心点在像素坐标系{P}中的像素坐标为

6)从坐标集合S₁、S₂、S₃中选择出所有与距离小于R的坐标(x_P，y_P)，即满足以下关系式的坐标(x_P，y_P)：

式中，R＝1.3L＝1.3×102.4＝133.12。选择出的坐标即为图6中第1、2、3条封闭曲线在虚线圆框内的部分。将所有符合条件的坐标(x_P，y_P)组成新的集合{(x_P，k，y_P，k)}。

根据所述步骤2)的转换关系T₁和所述步骤3)的转换关系T₄，将像素坐标系{P}中坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}转换为视觉传感器坐标系{C}中的坐标集合{(x_C，k，y_C，k，z_C，k)}。假设{(x_P，k，y_P，k)}中的点与焊道中心点所处的局部曲面U为一平面，其在视觉传感器坐标系{C}中的曲面方程T₆表述为：

T₆：[x_Cy_Cz_C]·[abc]^T＝d

式中，[abc]^T代表曲面U在视觉传感器坐标系{C}中的单位法向量，d为曲面U和视觉传感器坐标系{C}的原点间的距离。通过最小二乘法用坐标集合{(x_C，k，y_C，k，z_C，k)}中的点拟合出曲面U方程T₆中的待定参数a、b、c、d。

根据步骤2)的转换关系T₁和求出的方程T₆，计算在视觉传感器坐标系{C}中的坐标且曲面U在处的法向量为[abc]^T。根据步骤3)的转换关系T₅，将坐标转换到世界坐标系{W}中，得到焊道中心点在世界坐标系{W}中的坐标焊道中心点所在工件表面局部区域在世界坐标系{W}的法向量为R[abc]^T，由此完成对焊道位姿的检测。

应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明描述的方案；因此，尽管本说明书参照以上的实施例对本发明进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应该理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，如激光光源的光斑图案中封闭曲线数量可以增加以提高细隙焊道相对位姿的检测精度、可采用更高分辨率的视觉传感器以提高焊道检测精度、滤光元件6可采用单色仪等分光元件、将焊枪替换成激光焊中的激光头、将用平面方程拟合曲面U改为用B样条曲面方程拟合曲面U等；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本发明采用面光源、光斑图案为多重封闭曲线的激光光源、视觉传感器等实现对复杂曲面焊接中焊道位姿的实时检测。采用面光源克服细隙焊道成像特征不明显的缺点，也降低了图像处理的难度和算法的复杂性，便于实时、准确地检测焊道位置；利用光斑图案为多重封闭曲线的激光光源能快速、准确地确定焊枪相对工件表面的位姿信息，并有效应对工件表面为空间曲面的情况；位姿计算中采用的焊道局部区域面积与焊接成形后实际焊缝宽度相匹配；方法采用的装置成本低，实时性高，适用于航空航天领域复杂曲面零件的自动化焊接，尤其适用于坡口间隙小的复杂曲面焊道自动跟踪场合。

Claims (5)

1.一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)建立世界坐标系{W}、视觉传感器坐标系{C}和像素坐标系{P}；所述世界坐标系{W}为三维笛卡尔坐标系，建立在焊枪上；所述视觉传感器坐标系{C}为三维笛卡尔坐标系，原点为视觉传感器的光心，竖轴方向与所述视觉传感器光轴方向相同；所述像素坐标系{P}为二维笛卡尔坐标系，建立在视觉传感器采集的图像上；

2)对用于采集工件表面焊道区域图像的视觉传感器进行标定：令(x_P，y_P)为图像畸变前像素坐标系{P}中的像素坐标，(x_d，y_d)为图像畸变后像素坐标系{P}中的像素坐标，(x_C，y_C，z_C)为视觉传感器坐标系{C}中的坐标，采用基于针孔相机模型的相机标定方法建立(x_P，y_P)与(x_C，y_C，z_C)之间的转换关系T₁以及由图像的径向畸变和切向畸变得到(x_P，y_P)与(x_d，y_d)的转换关系T₂；对畸变后的图像中(x_d，y_d)的邻域N(x_d，y_d)内的像素灰度分布进行插值，得到畸变前的图像中(x_P，y_P)处的像素灰度G(x_P，y_P)，即建立图像畸变前后像素灰度的转换关系T₃，所述邻域符号的数学含义为对符号内的数字进行向下取整；

3)采用在平面上光斑图案为多重封闭曲线的激光光源照射焊道区域：

所述光斑图案满足各条相邻的封闭曲线的最大间距E小于焊缝成形后焊缝平均宽度的一半的要求，令L为所述最大间距E在所述视觉传感器的视场中代表的像素个数，L＝E×w/W，式中w为视觉传感器采集到的图像在宽度方向的像素个数，W为视觉传感器的视场的宽度；

对所述各条封闭曲线由内到外依次编号为1、2、3、……、N，N为正整数，N≥3，采用光学三角法标定各条封闭曲线所在的激光传播路径在视觉传感器坐标系{C}中的曲面方程T₄，并标定视觉传感器坐标系{C}中的坐标(x_C，y_C，z_C)与世界坐标系{W}中的坐标(x_W，y_W，z_W)之间的转换关系T₅；

4)采用面光源照射工件表面焊道区域，并用控制单元使所述面光源和所述激光光源交替点亮：

当所述面光源点亮时，所述视觉传感器同步拍摄焊道图像，所述控制单元利用所述步骤2)中的转换关系T₃消除图像畸变，获取畸变前的图像，采用数字图像处理方法提取图像中的焊道中心线；

当所述激光光源点亮时，所述视觉传感器同步拍摄焊道图像，所述控制单元利用所述步骤2)中的转换关系T₃消除图像畸变，获取畸变前的图像，采用数字图像处理方法提取图像中的多重封闭曲线激光光斑；提取激光光斑时仅提取被完全涵盖在图像中的封闭曲线，对于有部分地方在图像外的封闭曲线进行忽略；令M为从图像中提取出的最外层封闭曲线的编号，3≤M≤N，M为正整数；令S_i为从图像中提取出的第i条封闭曲线在像素坐标系{P}中的像素坐标集合，1≤i≤M，i为正整数；

5)在所述焊道中心线上选取待检测位姿的焊道中心点，选取的原则为：该点为焊道中心线与某条封闭曲线的交点，且图像中该条封闭曲线的内部和外部存在其它的完整的封闭曲线，且在满足前两条原则的前提下该点靠近焊枪；令所述焊道中心点在像素坐标系{P}中的像素坐标为

6)基于焊道局部区域曲面拟合计算焊道位姿：

从各个像素坐标集合Si中选择出所有与像素坐标距离小于R的像素坐标(x_P，y_P)，即满足以下关系式的坐标(x_P，y_P)：

式中R＝1.2L～1.5L，符号T代表对矩阵的转置；将所有选择出来的像素坐标(x_P，y_P)组成新的像素坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}；根据所述步骤2)的转换关系T₁和所述步骤3)的转换关系T₄，计算在像素坐标系{P}中的像素坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}在视觉传感器坐标系{C}中的坐标集合{(x_C，k，y_C，k，z_C，k)}；令曲面U为像素坐标集合{(x_P，k，y_P，k)}中的点所在的工件局部表面；用坐标集合{(x_C，k，y_C，k，z_C，k)}中的坐标拟合曲面U在视觉传感器坐标系{C}中的方程T₆；根据方程T₆和所述步骤2)的转换关系T₁，计算像素坐标系{P}中的像素坐标在视觉传感器坐标系{C}中的坐标并求出曲面U在处的法向量；根据所述步骤3)的转换关系T₅，将坐标和所述法向量转换到世界坐标系{W}中，得到焊道位姿。

2.根据权利要求1所述的一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，其特征在于：步骤2)中所述插值采用的方法为最邻近插值、分片线性插值和双线性插值中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，其特征在于：步骤3)中所述激光光源在平面上的多重封闭曲线光斑图案为多重同心圆或多重同心椭圆。

4.根据权利要求1所述的一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，其特征在于：步骤5)中所述拟合采用的方法为最小二乘法、随机抽样一致性算法和移动最小二乘法中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于复杂曲面焊接的焊道位姿实时检测方法，其特征在于：所述焊接为电弧焊接、激光焊接、电子束焊接和搅拌摩擦焊中的一种。