CN113223071B - 一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法 - Google Patents

一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊接，更具体的说是一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法。所述方法包括以下步骤：步骤一、使用三维激光密集点云扫描系统获取所述工件的点云信息；步骤二、使用MC算法重建所述工件的模型获得STL格式的模型文件；步骤三、将所述模型文件转化为IGS文件；步骤四、使用OCC库对所述IGS文件进行解析以获取焊缝的轮廓线。使用组合特征点的方法定位机器人基坐标系与工件的位置关系，最后即可得到机器人基坐标系与焊缝之间的位置关系，解决了机器人焊接焊缝时精度不足的问题。

Description

一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法
技术领域
本发明涉及焊接，更具体的说是一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法。
背景技术
传统的人工焊接会因为操作人员的身体、心理因素所影响，很难保证焊接的稳定性，因而使用自动化的焊接方式就显得尤为重要。目前国内外都是使用较为传统的可编程示教机器人，加装如CCD视觉传感器，但它仍然存在以下缺点：1.视觉传感器容易受到焊接时的光线影响，容易产生偏差，也为后续的图像处理制造麻烦；2.对于示教的方式，工业机器人只能重复输入指令的内容，对于较为复杂的焊接任务难以保证精度。
发明内容
本发明提供一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法，目的是可以提高焊接精度。
上述目的通过以下技术方案来实现：
一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、使用三维激光密集点云扫描系统获取所述工件的点云信息；
步骤二、使用MC算法重建所述工件的模型获得STL格式的模型文件；
步骤三、将所述模型文件转化为IGS文件；
步骤四、使用OCC库对所述IGS文件进行解析以获取焊缝的轮廓线。
其中所述扫描系统采用XTOM-MATRIX-3M三维激光密集点云扫描系统。
上述方法还使用一种绑定有TCP的多自由度机器人；所述方法还包括将所述多自由度机器人与所述工件的进行定位的步骤。
其中所述多自由度机器人采用QJRH4-1六轴垂直多关节机器人。
所述定位的步骤包括：
a)建立所述多关节机器人的D-H参数表来确定每个关节的运动关系；
b)将焊枪与所述多关节机器人的第六轴进行装配；
c)测量所述焊枪中心到所述第六轴中心的距离求出对应的刚体转换矩阵；
d)在所述多关节机器人及所述工件之外空间内的一点设定一个接收器作为外部测量设备坐标系，以TCP原始坐标作为特征点1、TCP沿所述多关节机器人基坐标系x轴正方向移动一段距离作为特征点2和TCP沿机器人基坐标系y轴正方向移动一段距离作为特征点3，使用特征点1、2和3形成组合坐标点来构建机器人位姿信息获得坐标系Ⅰ；
e)在所述工件待焊接表面上选取三个特征点来构建所述工件该面的位姿信息获得坐标系Ⅱ；
f)建立坐标系Ⅰ与坐标系Ⅱ的转换矩阵：
T机器人→工件＝T机器人 -1T工件；
g)通过所述转换矩阵求出焊缝相对于机器人的位置关系。
本发明一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法的有益效果为：
使用三维激光密集点云扫描系统获取待焊接工件的点云信息，然后使用MC算法重建工件模型并使用OCC库进行解析提取轮廓线进而定位焊缝与工件的位置；使用组合特征点的方法定位机器人基坐标系与工件的位置关系，最后即可得到机器人基坐标系与焊缝之间的位置关系，解决了机器人焊接焊缝时精度不足的问题。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明一个待焊接的T型结构工件；
图3是本发明中点云数据重建的待焊接的T型结构工件模型；
图4是本发明对待焊接的T型结构工件提取的轮廓线；
图5是本发明中机器人信号发射器设定的位置；
图6是本发明中待焊接的T型结构工件信号发射器设定的位置。
具体实施方式
一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法，具体步骤由以下两部分组成：
(1)定位焊缝与工件的位置关系
如图2所示，举例为一个待焊接的T型结构。使用XTOM-MATRIX-3M三维激光密集点云扫描系统获取待焊接工件的点云信息，使用MC(Marching Cubes)算法重建待焊接工件的模型如图3所示，将文件转化为IGS文件并使用OCC库进行解析获取焊缝的轮廓线，进而获取焊缝与工件的位置关系如图4所示。
(2)定位机器人与工件的位置关系
本专利使用的是QJRH4-1六轴垂直多关节机器人，建立机器人的D-H参数表来确定每个关节的运动关系。由于焊枪是与机器人的第六轴装配的，即手腕圆周运动处，所以可以将机器人TCP与机器人六轴坐标系的位姿变换视为刚体变换，那么，可以通过测量焊枪中心到第六轴中心的距离而求出对应的刚体转换矩阵。
在机器人及工件之外空间内的一点设定一个接收器，该接收器作为外部测量设备坐标系；以TCP原始坐标作为特征点1、TCP沿机器人基坐标系x轴正方向移动一段距离作为特征点2和TCP沿机器人基坐标系y轴正方向移动一段距离作为特征点3。使用这三个组合坐标点来构建机器人位姿信息如图5所示以获得坐标系Ⅰ(机器人坐标系)；在工件待焊接表面上选取三个特征点来构建工件该面的位姿信息如图6所示以获得坐标系Ⅱ(工件坐标系)。建立坐标系Ⅰ与坐标系Ⅱ的转换矩阵：
T机器人→工件＝T机器人 -1T工件
最后通过所述转换矩阵求出焊缝相对于机器人的位置关系。

Claims (1)

1.一种基于点云重建的工件焊缝定位的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、使用三维激光密集点云扫描系统获取所述工件的点云信息；
步骤二、使用MC算法重建所述工件的模型获得STL格式的模型文件；
步骤三、将所述模型文件转化为IGS文件；
步骤四、使用OCC库对所述IGS文件进行解析以获取焊缝的轮廓线；
其中所述扫描系统采用XTOM-MATRIX-3M三维激光密集点云扫描系统；
还使用一种绑定有TCP的多自由度机器人；
所述方法还包括将所述多自由度机器人与所述工件的进行定位的步骤；
其中所述多自由度机器人采用QJRH4-1六轴垂直多关节机器人；
所述定位的步骤包括：
a)建立所述多关节机器人的D-H参数表来确定每个关节的运动关系；
b)将焊枪与所述多关节机器人的第六轴进行装配；
c)测量所述焊枪中心到所述第六轴中心的距离求出对应的刚体转换矩阵；
d)在所述多关节机器人及所述工件之外空间内的一点设定一个接收器作为外部测量设备坐标系，以TCP原始坐标作为特征点1、TCP沿所述多关节机器人基坐标系x轴正方向移动一段距离作为特征点2和TCP沿机器人基坐标系y轴正方向移动一段距离作为特征点3，使用特征点1、2和3形成组合坐标点来构建机器人位姿信息获得坐标系Ⅰ；
e)在所述工件待焊接表面上选取三个特征点来构建所述工件该面的位姿信息获得坐标系Ⅱ；
f)建立坐标系Ⅰ与坐标系Ⅱ的转换矩阵：
T机器人→工件＝T机器人 -1T工件；
g)通过所述转换矩阵求出焊缝相对于机器人的位置关系。
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