CN111558758B - 一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法 - Google Patents

一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法 Download PDF

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Abstract

一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法，它涉及增材制造领域。本发明为解决现有链窝堆焊过程非自动化，焊接效率低的问题。本发明包括规划焊枪行走路径；利用线结构光传感器确定用户坐标系：通过像素坐标系S和摄像机坐标系C之间变换关系，综合摄像机坐标系C相对工具坐标系T之间和工具坐标系T相对于基座标系B之间的关系，得到最终像素坐标系S与基座标系B之间转换关系，实现用户坐标系U相对于基座标系B的变换；坐标变换生成最终堆焊程序。本发明用于链轮链窝电弧堆焊处理。

Description

一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法。
背景技术
矿用链轮作为刮板输送机中重要的部件，在采煤工作中与链条啮合进行动力的传递。由于链轮与链条之间的摩擦以及矿石颗粒的影响，导致链窝部位经常发生严重的磨损，因此要求其具备足够的耐磨性。目前常用的方法是链轮整体采用高强中碳钢材料(42CrMo等)，一方面材料成本较高，造成资源浪费，另一方面采用高强钢经过调制淬火处理后，表面硬度和耐磨性并没有得到足够的改善，链轮的使用寿命提高有限。
若在链窝处堆焊耐磨材料，而基体部分选择能够满足承载要求的常规材料，这样既能增强表面耐磨损性能，提高链轮寿命，又能降低成本。由于链轮上链窝较多，在28～32个之间，并且形状复杂，采用机器人进行堆焊才能既提高工作效率，又保证成形精度要求。虽然加工得到的链窝形状基本一致，但堆焊不同链窝时，转动过程中会发生一定的偏移或旋转，因此需要对链窝设定特征点和用户坐标系并进行标定，以确定链窝相对机器人位置。若采用手工示教标定会使得机器人焊接过程中断，严重影响焊接效率。
目前关于链窝堆焊主要针对磨损后的链窝进行修复处理，专利(CN102699616和CN105345220)分别采用耐磨焊条对磨损后链轮进行修复实现再次利用，但在修复之前需要对磨损部分进行手工打磨，堆敷过程也多采用手工操作，每层堆敷后需要进行再次打磨才能进行下一层的堆焊，整个过程非自动化，效率低下，适用于单个链轮修复。所以在制造链轮时就在链窝表面采用机器人自动堆焊一定厚度的耐磨材料，对于节省生产成本，增加使用寿命，提高生产效率显得非常有必要。
发明内容
本发明为了解决现有链窝堆焊过程非自动化，焊接效率低的问题，进而提出一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法包括如下步骤：
步骤一：规划焊枪行走路径：
首先得到曲面信息；然后链窝表面进行多层多道堆敷；针对某一层堆焊时，在该堆焊曲面上规划出焊枪立向填充行走路线，得到离散点；对离散点进行处理，得到最终整体曲面上焊道路径点信息；确定机器人在堆焊过程中焊枪姿态信息；将得到的路径点和姿态信息转化为机器人执行程序文件；
步骤二：利用线结构光传感器确定用户坐标系：
通过像素坐标系S和摄像机坐标系C之间变换关系，综合摄像机坐标系C相对工具坐标系T之间和工具坐标系T相对于基座标系B之间的关系，得到最终像素坐标系S与基座标系B之间转换关系，实现用户坐标系U相对于基座标系B的变换；
步骤三：坐标变换生成最终堆焊程序。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
1、本发明提供了一种集合机器人离线编程和三维视觉测量技术于一体的自动堆焊方法。在实际堆焊时，只需要将视觉传感器装置固定到喷嘴上，通过对检测到的特征点进行分析计算，得到设定的用户坐标系相对位置，然后将设计的用户坐标系下的离线规划路径转化为机器人基座标系下的离线程序即可实现多层多道链窝的堆焊过程。
2、整个过程一方面针对实际情况下不同链窝位置对程序进行调整，具有很好的适应性；另一方面降低人为标定的工作量和时间，提高效率，实现高效自动化生产。
3、在链轮制造过程中，根据链窝形状，利用弧焊机器人在链窝表面自动堆焊一定厚度的耐磨材料，提高链轮耐磨损性能，增加链轮使用寿命。整个堆敷过程采用视觉传感器标定和机器人离线编程技术，减少人为因素干扰，确保成形精度，实现高效自动化生产。
附图说明
图1是本发明中链轮的结构示意图；
图2是本发明中链窝特征点和用户坐标系的确定；
图3是堆焊8mm厚链窝变化示意图；
图4是曲面分层处理示意图；
图5是对链窝曲面进行平面切片示意；
图6是单层堆焊焊枪行走示意图；
图7是各层数据分割后某一层离散点分割提取信息；
图8是各层数据分割后整个曲面上离散点分割提取信息；
图9是底面路径点确定；
图10是整体路径规划方案；
图11是规定工具坐标系示意图；
图12是曲面上点法相矢量方向；
图13是像素坐标系与图像坐标系示意图；
图14是安川机器人程序文件JOB；
图15是线结构光传感装置示意图；
图16是视觉标定确定用户坐标系U。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法包括如下步骤：
步骤一：规划焊枪行走路径：
首先得到曲面信息；然后链窝表面进行多层多道堆敷；针对某一层堆焊时，在该堆焊曲面上规划出焊枪立向填充行走路线，得到离散点；对离散点进行处理，得到最终整体曲面上焊道路径点信息；确定机器人在堆焊过程中焊枪姿态信息；将得到的路径点和姿态信息转化为机器人执行程序文件；
步骤二：利用线结构光传感器确定用户坐标系：
通过像素坐标系S和摄像机坐标系C之间变换关系，综合摄像机坐标系C相对工具坐标系T之间和工具坐标系T相对于基座标系B之间的关系，得到最终像素坐标系S与基座标系B之间转换关系，实现用户坐标系U相对于基座标系B的变换；
步骤三：坐标变换生成最终堆焊程序。
具体实施方式二：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中得到曲面信息的过程包括：在设计堆焊路径之前，首先分析链轮的形貌特征，链轮整体是由多对均匀分布、链窝相对的轮齿和中空轮毂组成，链窝形状由曲面和平面相交构成，为表征每个链窝曲面的三维信息，设定特征点O和用户坐标系U(x,y,z)，O选择链窝平面部分两条边界线交点位置，沿两条边界分别延伸为X轴和Y轴，根据右手定律确定Z轴，得到用户坐标系U(x,y,z)，从而得到两个对称设置的链窝曲面一1和链窝曲面二2相对于U(x,y,z)的曲面信息。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中链窝表面进行多层多道堆敷的过程包括：利用软件首先对未堆焊的链窝表面进行等距曲面处理，将链窝曲面上点沿各点法相矢量方向偏移特定距离，然后对得到新的偏移离散点进行筛选、拟合，即可得到相距初始链窝曲面特定偏移距离的曲面
Figure BDA0002502912070000031
利用需要堆焊的轮廓面
Figure BDA0002502912070000032
对曲面层
Figure BDA0002502912070000033
进行裁剪，去除超出边缘的部分，得到最终需要堆焊的曲面
Figure BDA0002502912070000034
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
本实施方式中利用Solidworks软件首先对未堆焊的链窝表面进行等距曲面处理。
具体实施方式四：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中针对某一层堆焊时，在该堆焊曲面上规划出焊枪立向填充行走路线，得到离散点的过程包括：得到各层曲面
Figure BDA0002502912070000041
后，首先将得到的曲面转化为STL格式文件，使得曲面近似转化一系列小的三角面片相互连接而成，然后利用平面分层切片的原理，将相互平行且平行于用户坐标系U的XY平面的一组平面层，沿用户坐标系U的Z方向进行切片，得到一系列不同Z值的离散点信息，将相同Z值的离散点信息称为同一层离散点信息。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
本实施方式中三角面片越细近似越准确，将相互平行、层间间距较小(不大于0.5mm)且平行于用户坐标系U的XY平面的一组平面层，沿用户坐标系U的Z方向进行切片。
具体实施方式五：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中对离散点进行处理，得到最终整体曲面上焊道路径点信息的过程包括：对平面切片后得到的各层离散点进行处理：将得到的任意一层离散点信息，以YZ平面起始，沿X正向截取相同直线距离的点，保证相邻两个点之间的距离等于多道搭接时的焊道偏移量，得到这一层上不同搭接焊道的路径点集合，对链窝曲面上各层离散点均采用以上相同的处理方案，得到最终整体曲面上焊道路径点信息；底面区域为平面，规定底面焊枪行走方向为垂直于底层离散点中起始点与终止点连线的垂线方向，直至与轮廓边缘相交，确定底面路径点；焊接时先进行内部填充，然后绕轮廓边缘进行扫描去除起熄弧的影响。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述焊接时先进行内部填充，然后绕轮廓边缘进行扫描去除起熄弧的影响：具体地，首先设定焊枪扫描路线相对于曲面轮廓边缘的偏置距离s，然后分别提取出各层边缘离散点和Z值最大层的离散点信息，得到链窝曲面轮廓的一系列边缘点，然后采用曲线拟合方式得到曲面边缘轮廓曲线lout，最后计算之前切片得到的内部各层离散点到曲线lout的距离，提取出距离为s的点，得到轮廓偏置扫描路径，综合得到的曲面、底面和轮廓路径点，得到最终焊枪路径点信息。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中确定机器人在堆焊过程中焊枪姿态信息的过程包括：在得到路径点基础上，焊枪姿态由机器人的工具坐标系确定，设定工具坐标系为T(x,y,z)，X为焊丝延伸方向，Z为机器人第五轴正方向，Y轴由右手定则确定，堆焊时以曲面上路径点的法相矢量作为工具坐标系X轴方向，以焊道上一个路径点或者下一个路径点作为Z方向，求得该位置焊枪姿态信息，表示成相对于用户坐标系U的旋转矩阵UR3×3，
链窝曲面二2上相对于用户坐标系U的路径信息为链窝曲面一1上的点沿用户坐标U的YZ平面进行对称处理，然后平移距离l即可得到，链窝曲面二2上的路径点P2(x2,y2,z2)与链窝曲面一1上路径点P1(x1,y1,z1)的关系如式(1-1)所示，姿态与链窝曲面一1沿YZ平面对称，即工具坐标系T相对于用户用户坐标系U的旋转矩阵UR'在原旋转矩阵UR的基础上进行如式(1-1)变化，式中，l为对称链窝间距离，rij为原旋转矩阵UR中第i行第j列的值，
Figure BDA0002502912070000051
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中将得到的路径点和姿态信息转化为机器人执行程序文件的过程包括：将得到的路径点和姿态信息转化为相对于用户坐标系U的机器人执行程序文件JOB1，其中，空间坐标值为相对用户坐标系U的X、Y、Z值；位姿需要将路径上各点相对工具坐标系T的旋转矩阵UR按公式(1-2)转化为相对于用户坐标系U各轴的欧拉角α，β，γ；式中，Atan2(x,y)表示x/y的反正切值，cβ表示β的余弦值，即cosβ，
Figure BDA0002502912070000052
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤二中，进行堆焊之前，在焊枪喷嘴上设置线结构光传感器装置，对用户坐标系U进行标定，线结构光传感器由线激光投射器和摄像机组成，分别位于喷嘴两侧，标定时将机器人焊枪行走至位置M，此时线激光投射到链窝底面上，与链窝底面边界相交于P1和P2点，位于另一侧的摄像机观察到P1,P2在图像中的投影q1,q2，公式(1-3)为链窝上实际投影点P在摄像机坐标系C(x,y,z)下与像素坐标系S(u,v)的相对关系，式中，像素坐标系S(u,v)是在图像平面上定义的直角坐标系，横轴u和纵轴v分别对应于m行n列的图像矩阵中的列与行，此外将摄像机轴线与图像平面的交点作为原点建立以物理单位表示的图像坐标系O1-xy，dx,dy为像素在图像坐标系x和y轴的物理尺寸，u0和v0为图像坐标系原点在像素坐标系S下的坐标值，q为实际投影点在像素坐标系S下齐次坐标，M1为摄像机的内参数矩阵，f为焦距，P为实际投影点在摄像机坐标系C下的齐次坐标，Xc、Yc、Zc表示点P在摄像机坐标系C下的X、Y、Z值，利用公式(1-3)可以将像素坐标系下点q1,q2转化为摄像机坐标系下的点P1,P2，s为比例因子，
Figure BDA0002502912070000061
摄像机坐标系C相对工具坐标系T位姿固定，通过旋转矩阵和平移向量表示，在焊枪运动至固定点M时，工具坐标系T相对于机器人基座标系B的位姿，利用机器人六个轴之间相对位置关系，采用机器人正运动学计算得到，其中机器人各轴间的相对位置根据机器人各关节转角和连杆参数转换得到，因此摄像机坐标系C相对于机器人基座标系B的位置关系可以确定，以变换矩阵M2表示，最终像素坐标系中的点q与基座标系B之间转换公式(1-4)，其中M2也称为外参数矩阵，R和T分别为摄像机坐标系C相对于机器人基座标系B的旋转矩阵和平移向量。此外投影仪相对机器人基座标系B位置确定，得到光平面方程，将两个方程联立即可求得P1和P2在机器人基座标系下空间位置，
Figure BDA0002502912070000062
aXB+bYB+cZB+d＝0,其中a,b,c,d为光平面方程参数
在得到P1,P2点基础上，将焊枪沿固定水平方向移动一段距离后得到新的交点P3,P4，采用同样的计算方法得到P3,P4相对于机器人基座标系的空间位置信息，利用得到P1,P2,P3,P4四个空间点信息求得机器人基座标系B下，实际用户坐标系U的原点信息O和X、Y轴，得到用户坐标系U相对于基座标系B的变换矩阵
Figure BDA0002502912070000073
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式八相同。像素坐标系与图像坐标系如图13所示。
具体实施方式十：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述步骤三中，将路径规划得到的用户坐标系U下各路径点的位置信息Ut＝(xu,yu,zu)T和姿态信息UR转换成齐次矩阵形式UP，将得到的用户坐标系U相对于基座标系B的变化矩阵
Figure BDA0002502912070000074
左乘UP，即可得到基座标系B下各路径点的位姿信息BP，公式(1-5)，生成的Bt即为基座标系B下各路径点的位置信息，BR为姿态信息，按照公式(1-2)将其转化为相对于基座标系B各轴的欧拉角α，β，γ，生成最终相对于基座标系的JOB2，导入机器人中即可实现自动堆焊过程，
Figure BDA0002502912070000071
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式九相同。
本发明所述的技术方法包括：
第一，确定特征点及用户坐标系。为标定链窝的相对位置，根据图1链轮和链窝的形状确定特征点O，在特征点O基础上依据链轮位置和摆向创建特定的用户坐标系U(x,y,z)，得到同侧对称链窝曲面一和链窝曲面二相对于用户坐标系U(x,y,z)的三维模型信息。
第二，生成曲面路径规划方案和离线编程文件。对链窝曲面一位置需要堆焊的轮廓进行曲面分层处理，分层间距由单层堆敷高度h确定。对得到的每层曲面转化为STL格式文件，实现链窝曲面模型离散化，利用平行于用户坐标系xy平面、片层间距较小且相同的一组平面层，对曲面部分进行切片，得到不同高度离散点信息，规划出链窝曲面上焊枪行走路径点。规定堆敷过程中焊丝始终与曲面保持垂直，根据堆敷过程中的行走方向，以及机器人各关节角限制，确定焊枪在不同路径点姿态信息，从而得到各层路径规划方案，得到了相对于用户坐标系U的离线编程文件JOB1。
第三，视觉标定链轮特征点。在焊枪上加入线结构光投射器和摄像机，组成线结构光视觉测量系统，在执行离线编程文件JOB1之前，将焊枪移动到链窝上方固定点测量出用户坐标系U相对于机器人基座标系B(x,y,z)的变换矩阵
Figure BDA0002502912070000072
然后将JOB1文件转化为相对于机器人基座标系B的离线编程文件JOB2，将生成的JOB2文件导入机器人控制器中即可实现自动堆焊过程。
本实施方式中将得到的路径点和姿态信息转化为相对于用户坐标系U的机器人执行程序文件JOB1，以图14安川机器人JBI文件为例，文件中规定了文件名、特征点数量、坐标系号、工具坐标系等，其中最主要的是特征点的空间坐标、位姿和指令集合。
步骤一规划焊枪行走路径方案，是在用户坐标系U基础上获得，在实际堆焊不同位置链窝时，链轮需要转动到该链窝底面水平的位置甚至需要移动链轮，这就导致用户坐标U会发生些许偏移或转动，因此需要在堆敷各个链窝时进行用户坐标系U的标定。如图15所示，进行堆焊之前，在焊枪喷嘴上设计线结构光传感器装置，对用户坐标系U进行标定，待标定完可去除，不影响后续堆焊过程，因此要求此装置方便拆卸。
利用需要堆焊的轮廓面
Figure BDA0002502912070000081
对曲面层
Figure BDA0002502912070000082
进行裁剪，去除超出边缘的部分，得到最终需要堆焊的曲面
Figure BDA0002502912070000083
如此设计的原因是为防止曲面
Figure BDA0002502912070000084
超出轮廓边缘，
步骤一中对平面切片后得到的各层离散点进行处理时，底面区域为平面，为保证焊道间间距一致且平行，规定底面焊枪行走方向为垂直于底层离散点中起始点与终止点连线的垂线方向，直至与轮廓边缘相交，确定底面路径点；为减小起熄弧对焊道表面平整度的影响，在对内部焊道进行填充后，将焊枪绕曲面轮廓进行扫描，去除起弧和熄弧导致的表面和边缘不平整的影响。
摄像机坐标系C关于机器人基座标系B，也称为基础坐标系。
所述步骤一中，链窝表面堆焊层的厚度为5～10mm。
所述步骤一中，在单层曲面上进行堆焊时，采用内部以立焊与平焊为主的方式进行搭接填充与边缘轮廓偏置扫描处理相结合的方法进行堆焊。本实施方式中在单层曲面上进行堆焊时，考虑到起熄弧对焊道表面成形的影响以及横焊时焊道下垂导致搭接和表面成形质量的问题，特别是采用较大电流的MIG/MAG焊时影响更大，因此采用内部以立焊与平焊为主的方式进行搭接填充与边缘轮廓偏置扫描处理相结合的方法进行堆焊。
所述步骤一中，堆焊时内部采用单向填充的方式进行堆焊。本实施方式中考虑立向上和立向下堆敷焊道有较大差别，内部填充采用单向方式。
所述步骤一中，内部单向填充时，要保证不同焊道间间距相同。
步骤三中按照公式(1-2)将其转化为相对于基座标系B各轴的欧拉角α，β，γ，写成安川机器人程序文件JBI形式，生成最终相对于基座标系的JOB2，导入机器人中即可实现自动堆焊过程。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：规划焊枪行走路径：
首先得到曲面信息；然后链窝表面进行多层多道堆敷；针对某一层堆焊时，在该堆焊曲面上规划出焊枪立向填充行走路线，得到离散点；对离散点进行处理，得到最终整体曲面上焊道路径点信息；确定机器人在堆焊过程中焊枪姿态信息；将得到的路径点和姿态信息转化为机器人执行程序文件；
步骤二：利用线结构光传感器确定用户坐标系：
通过像素坐标系S和摄像机坐标系C之间变换关系，综合摄像机坐标系C相对工具坐标系T之间和工具坐标系T相对于基座标系B之间的关系，得到最终像素坐标系S与基座标系B之间转换关系，实现用户坐标系U相对于基座标系B的变换；
步骤三：坐标变换生成最终堆焊程序；
所述步骤一中得到曲面信息的过程包括：在设计堆焊路径之前，首先分析链轮的形貌特征，链轮整体是由多对均匀分布、链窝相对的轮齿和中空轮毂组成，链窝形状由曲面和平面相交构成，为表征每个链窝曲面的三维信息，设定特征点O和用户坐标系U，O选择链窝平面部分两条边界线交点位置，沿两条边界分别延伸为X轴和Y轴，根据右手定律确定Z轴，得到用户坐标系U，从而得到两个对称设置的链窝曲面一（1）和链窝曲面二（2）相对于用户坐标系 U的曲面信息；
所述步骤一中确定机器人在堆焊过程中焊枪姿态信息的过程包括：在得到路径点基础上，焊枪姿态由机器人的工具坐标系确定，设定工具坐标系为T(x,y,z)，X为焊丝延伸方向，Z为机器人第五轴正方向，Y轴由右手定则确定，堆焊时以曲面上路径点的法相矢量作为工具坐标系X轴方向，以焊道上一个路径点或者下一个路径点作为Z方向，求得该位置焊枪姿态信息，表示成相对于用户坐标系U的旋转矩阵UR3×3，
链窝曲面二（2）上相对于用户坐标系U的路径信息为链窝曲面一（1）上的点沿用户坐标系 U的YZ平面进行对称处理，然后平移距离l即可得到，链窝曲面二（2）上的路径点P2(x 2 , y 2 ,z 2 )与链窝曲面一（1）上路径点P1(x 1 ,y 1 ,z 1 )的关系如式（1-1）所示，姿态与链窝曲面一（1）沿YZ平面对称，即工具坐标系T相对于用户坐标系U的旋转矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE001
在原旋转矩阵 U R3× 3 的基础上进行如式（1-1）变化，式中，l为对称链窝间距离，r ij为原旋转矩阵 U R3× 3 中第i行第j列的值，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
所述步骤一中链窝表面进行多层多道堆敷的过程包括：利用软件首先对未堆焊的链窝表面进行等距曲面处理，将链窝曲面上点沿各点法相矢量方向偏移特定距离，然后对得到新的偏移离散点进行筛选、拟合，即可得到相距初始链窝曲面特定偏移距离的曲面
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，利用需要堆焊的轮廓面φ对曲面层
Figure DEST_PATH_IMAGE005
进行裁剪，去除超出边缘的部分，得到最终需要堆焊的曲面
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
所述步骤一中针对某一层堆焊时，在该堆焊曲面上规划出焊枪立向填充行走路线，得到离散点的过程包括：得到各层曲面
Figure DEST_PATH_IMAGE007
后，首先将得到的曲面转化为STL格式文件，使得曲面近似转化一系列小的三角面片相互连接而成，然后利用平面分层切片的原理，将相互平行且平行于用户坐标系U的XY平面的一组平面层，沿用户坐标系U的Z方向进行切片，得到一系列不同Z值的离散点信息，将相同Z值的离散点信息称为同一层离散点信息；
所述步骤一中对离散点进行处理，得到最终整体曲面上焊道路径点信息的过程包括：对平面切片后得到的各层离散点进行处理：将得到的任意一层离散点信息，以YZ平面起始，沿X正向截取相同直线距离的点，保证相邻两个点之间的距离等于多道搭接时的焊道偏移量，得到这一层上不同搭接焊道的路径点集合，对链窝曲面上各层离散点均采用以上相同的处理方案，得到最终整体曲面上焊道路径点信息；底面区域为平面，规定底面焊枪行走方向为垂直于底层离散点中起始点与终止点连线的垂线方向，直至与轮廓边缘相交，确定底面路径点；焊接时先进行内部填充，然后绕轮廓边缘进行扫描去除起熄弧的影响。
2.根据权利要求1所述一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法，其特征在于：所述焊接时先进行内部填充，然后绕轮廓边缘进行扫描去除起熄弧的影响：具体地，首先设定焊枪扫描路线相对于曲面轮廓边缘的偏置距离s，然后分别提取出各层边缘离散点和Z值最大层的离散点信息，得到链窝曲面轮廓的一系列边缘点，然后采用曲线拟合方式得到曲面边缘轮廓曲线l out，最后计算之前切片得到的内部各层离散点到曲线l out的距离，提取出距离为s的点，得到轮廓偏置扫描路径，综合得到的曲面、底面和轮廓路径点，得到最终焊枪路径点信息。
3.根据权利要求2所述一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法，其特征在于：所述步骤一中将得到的路径点和姿态信息转化为机器人执行程序文件的过程包括：将得到的路径点和姿态信息转化为相对于用户坐标系U的机器人执行程序文件JOB1，其中，空间坐标值为相对用户坐标系U的X、Y、Z值；位姿需要将路径上各点相对工具坐标系T的旋转矩阵UR按公式（1-2）转化为相对于用户坐标系U各轴的欧拉角α，β，γ；式中，Atan2(x,y)表示x/y的反正切值，cβ表示β的余弦值，即cosβ，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
4.根据权利要求3所述一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法，其特征在于：所述步骤二中，进行堆焊之前，在焊枪喷嘴上设置线结构光传感器装置，对用户坐标系U进行标定，线结构光传感器由线激光投射器和摄像机组成，分别位于喷嘴两侧，标定时将机器人焊枪行走至位置M，此时线激光投射到链窝底面上，与链窝底面边界相交于P1和P2点，位于另一侧的摄像机观察到P1,P2在图像中的投影q1,q2，公式（1-3）为链窝上实际投影点P在摄像机坐标系C(x,y,z)下与像素坐标系S(u,v)的相对关系，式中，像素坐标系S(u,v)是在图像平面上定义的直角坐标系，横轴u和纵轴v分别对应于m行n列的图像矩阵中的列与行，此外将摄像机轴线与图像平面的交点作为原点建立以物理单位表示的图像坐标系O 1-xy， dx,dy为像素在图像坐标系x和y轴的物理尺寸，u 0和v 0为图像坐标系原点在像素坐标系S下的坐标值，q为实际投影点在像素坐标系S下齐次坐标，M1为摄像机的内参数矩阵，f为焦距，P为实际投影点在摄像机坐标系C下的齐次坐标，Xc、Yc、Zc表示点P在摄像机坐标系C下的X、Y、Z值，利用公式（1-3）可以将像素坐标系下点q1,q2转化为摄像机坐标系下的点P1,P2，s为比例因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
摄像机坐标系C相对工具坐标系T位姿固定，通过旋转矩阵和平移向量表示，在焊枪运动至固定点M时，工具坐标系T相对于机器人基座标系B的位姿，利用机器人六个轴之间相对位置关系，采用机器人正运动学计算得到，其中机器人各轴间的相对位置根据机器人各关节转角和连杆参数转换得到，因此摄像机坐标系C相对于机器人基座标系B的位置关系可以确定，以变换矩阵M2表示，最终像素坐标系中的点q与基座标系B之间转换公式（1-4），其中M2也称为外参数矩阵，R和T分别为摄像机坐标系C相对于机器人基座标系B的旋转矩阵和平移向量，此外投影仪相对机器人基座标系B位置确定，得到光平面方程，将两个方程联立即可求得P1和P2在机器人基座标系下空间位置，
Figure 485272DEST_PATH_IMAGE012
在得到P1,P2点基础上，将焊枪沿固定水平方向移动一段距离后得到新的交点P3,P4，采用同样的计算方法得到P3,P4相对于机器人基座标系的空间位置信息，利用得到P1,P2,P3,P4四个空间点信息求得机器人基座标系B下，实际用户坐标系U的原点信息O和X、Y轴，得到用户坐标系U相对于基座标系B的变换矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
5.根据权利要求4所述一种矿用链轮链窝表面自动堆焊方法，其特征在于：所述步骤三中，将路径规划得到的用户坐标系U下各路径点的位置信息U t=(x u ,y u ,z u)T和姿态信息UR转换成齐次矩阵形式UP，将得到的用户坐标系U相对于基座标系B的变化矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE014
左乘UP，即可得到基座标系B下各路径点的位姿信息BP，公式（1-5），生成的B t即为基座标系B下各路径点的位置信息，BR为姿态信息，按照公式（1-2）将其转化为相对于基座标系B各轴的欧拉角α，β，γ，生成最终相对于基座标系的JOB2，导入机器人中即可实现自动堆焊过程，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。
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