CN115008092A - 管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质 - Google Patents

管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN115008092A
CN115008092A CN202210610364.6A CN202210610364A CN115008092A CN 115008092 A CN115008092 A CN 115008092A CN 202210610364 A CN202210610364 A CN 202210610364A CN 115008092 A CN115008092 A CN 115008092A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plane
point cloud
circular
tube
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210610364.6A
Other languages
English (en)
Inventor
陈明明
田希文
高磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seizet Technology Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Seizet Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seizet Technology Shenzhen Co Ltd filed Critical Seizet Technology Shenzhen Co Ltd
Priority to CN202210610364.6A priority Critical patent/CN115008092A/zh
Publication of CN115008092A publication Critical patent/CN115008092A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0252—Steering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
    • B23K37/053—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work aligning cylindrical work; Clamping devices therefor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30152—Solder
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

本发明涉及管板焊技术领域，公开了一种管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质，该方法通过获取待焊接管板的有序点云，根据有序点云构建对应的四角网格数据，根据四角网格数据进行平面分割，获得钢板平面网格和圆管端面网格，根据平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面，根据圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将圆环外轮廓点云投影到管板交线投影平面，获得投影圆环点云；根据投影圆环点云，进行空间圆拟合，计算实际焊接圆弧顶点，根据实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹，无需预先沿轨迹运动，焊接效率高，适应管板焊接过程中的重复性和差异性，焊接轨迹精度高。

Description

管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及管板焊技术领域，尤其涉及一种管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质。
背景技术
管板焊指的是多根相同钢管与钢板的交线处进行焊接的技术，钢管的截面形状多为圆形，钢板多为平面，焊接过程具有重复性。但实际工况中，由于切割工艺瑕疵、热变形等影响因素，钢管端面截面可能呈现椭圆，弧面，或者锯齿等不规则形状。钢板可能存在变形，导致实际焊接面是小曲率的曲面，焊接过程存在差异性。
离线编程和示教编程是管板焊接领域比较常见的焊接方式，但是均存在一些弊端。具体地，离线编程：可一次性生成多条焊接曲线程序，但需要钢管与钢板相交的曲线完全一致，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异无法适应。示教编程：工作量大、工作枯燥、效率低、可移植性差、编程困难。因此，管板焊接效率低，焊接轨迹难以适应复杂的焊接场景、误差大是亟待解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质，旨在解决现有技术中管板焊接效率低，复杂的焊接场景下焊接轨迹适应性差、误差大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种管板焊轨迹生成方法，所述管板焊轨迹生成方法包括以下步骤：
获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格；
根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
优选地，所述根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云之前，还包括：
将圆管端面面积与点云分辨率关联，计算网格面顶点数量阈值；
根据所述钢板所在平面网格和所述圆管端面网格，提取网格面的集合；
判断所述网格面的集合中各网格面顶点数是否大于所述网格面顶点数量阈值；
若大于，则保留对应的网格面，根据保留的网格面计算待焊接管板的轨迹个数；
相应地，所述根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹，包括：
根据所述待焊接管板的轨迹个数和所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
优选地，所述根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点，包括：
通过随机采样一致性算法对投影圆环点云进行空间拟合，根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程；
根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标；
通过k-d树搜索，在所述投影圆环点云中查找与所述圆弧顶点坐标最接近的点，作为实际焊接圆弧顶点。
优选地，所述根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程，包括：
根据拟合的空间圆圆心坐标o'k，半径R，和空间圆法向量
Figure BDA0003673012150000031
计算空间圆的参数方程为：
Figure BDA0003673012150000032
其中，ox、oy、oz分别为所述空心圆圆心坐标的x、y、z轴坐标，
Figure BDA0003673012150000033
Figure BDA0003673012150000034
为三维坐标系X轴方向向量。
优选地，所述根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标，包括：
在拟合的空间圆上，查找第一预设数量的拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点将所述空间圆分解为第二预设数量的圆弧；
调整所述空间圆的参数方程中θ值，获取所述圆弧的圆弧顶点坐标。
优选地，所述根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面，包括：
计算每个圆环点云的圆环点云中心和平均半径；
计算所述钢板平面的边缘点云中任意顶点与所述圆环点云中心的距离，并记距离集合为Dv；
根据所述距离和所述平均半径确定顶点个数
Figure BDA0003673012150000035
按照预设规则获取所述距离集合Dv中
Figure BDA0003673012150000036
个值所对应的顶点坐标；
根据
Figure BDA0003673012150000037
个所述顶点坐标，采用随机采样一致性算法进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面。
优选地，所述根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹之后，还包括：
对多个所述管板焊接轨迹进行排序，获得目标焊接轨迹。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种管板焊轨迹生成装置，所述管板焊轨迹生成装置包括：
构建模块，用于获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
平面分割模块，用于根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格；
平面拟合模块，用于根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
投影模块，用于根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
计算模块，用于根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
生成模块，用于根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种管板焊轨迹生成设备，所述管板焊轨迹生成设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被所述处理器执行时实现如上文所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被处理器执行时实现如上文所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
本发明中，通过获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异能够很好地适应；根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。通过3D相机获取的点云自动生成管板焊接轨迹，机器人无需预先沿轨迹运动，且适应管板焊接过程中的重复性和差异性。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的管板焊轨迹生成设备的结构示意图；
图2为本发明管板焊轨迹生成方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明管板焊轨迹生成方法实施例中拟合平面的点云；
图4为本发明管板焊轨迹生成方法实施例中的焊接轨迹；
图5为本发明管板焊轨迹生成方法实施例中圆环外轮廓投影点云；
图6为本发明管板焊轨迹生成装置第一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的管板焊轨迹生成设备结构示意图。
如图1所示，该管板焊轨迹生成设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口，对于用户接口1003的有线接口在本发明中可为USB接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的存储器(Non-volatileMemory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对管板焊轨迹生成设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及管板焊轨迹生成程序。
在图1所示的管板焊轨迹生成设备中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与所述后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接用户设备；所述管板焊轨迹生成设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的管板焊轨迹生成程序，并执行本发明实施例提供的管板焊轨迹生成方法。
基于上述硬件结构，提出本发明管板焊轨迹生成方法的实施例。
参照图2，图2为本发明管板焊轨迹生成方法第一实施例的流程示意图，提出本发明管板焊轨迹生成方法第一实施例。
在第一实施例中，所述管板焊轨迹生成方法包括以下步骤：
步骤S10：获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管。
应理解的是，本实施例的执行主体是所述管板焊轨迹生成设备，所述管板焊轨迹生成设备可为个人电脑、工控机或服务器等电子设备，本实施例对此不加以限制。将3D相机固定于待焊接管板正上方，触发拍照获取待焊接管板有序点云。对于所述有序点云中的任意一点vi,j，依照行列排序的索引规则查找vi,j的相邻点vi,j+1，vi+1,j+1，vi+1,j。其中，有序点云数据中第i行j列、第i行j+1列、第i+1行j+1列、第i+1行j列分别对应的vi,j，vi,j+1，vi+1,j+1，vi+1,j四个点，这四个点构成一个四角面片，构成四角面片的点称为网格顶点。依据索引关系，添加四角面片，直至搜索完有序点云中的所有点，顶点和四角面片共同构成四角网格。所述待焊接管板包括钢板和多根圆管，即所述四角网格数据为所述钢板和多根所述圆管对应的三维立体全方位信息。
步骤S20：根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格。
需要说明的是，设定网格面夹角阈值θ，对上述管板工件四角网格进行平面分割，提取四角网格面的集合MF。具体为：对所述四角网格数据中的任意四角面片Fi，在其邻域Ωi内进行搜索，若
Figure BDA0003673012150000061
且Fi的网格面法相
Figure BDA0003673012150000062
与Fj的网格面法相
Figure BDA0003673012150000071
的夹角小于阈值θ，则认为Fi与Fj属于同一个网格面，并以Fj为起始面继续查找，由此可以得到多个四角网格面，即获得钢板所在平面网格和圆管端面网格，多个所述四角网格面构成集合MF。
步骤S30：根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面。
可理解的是，在实际工况中，由于切割工艺，运输过程等影响因素，钢板实际上并不是一个严格的平面，而是一个小曲率的曲面，用钢板平面边缘点云的所有顶点进行平面拟合难以适应局部小曲率形变，误差较大，本实施例通过局部平面拟合，以适应局部小曲率形变，减小误差。
在本实施例中，所述根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面，具体包括：
计算每个圆环点云的圆环点云中心和平均半径；
计算所述钢板平面的边缘点云中任意顶点与所述圆环点云中心的距离，并记距离集合为Dv；
根据所述距离和所述平均半径确定顶点个数
Figure BDA0003673012150000072
按照预设规则获取所述距离集合Dv中
Figure BDA0003673012150000073
个值所对应的顶点坐标；
根据
Figure BDA0003673012150000074
个所述顶点坐标，采用随机采样一致性算法进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面。
需要说明的是，所述预设规则为对Dv由小到大排序，并纪录前
Figure BDA0003673012150000075
个值所对应的顶点坐标。计算每个圆环点云中心
Figure BDA0003673012150000076
和平均半径rk；对于圆环点云中任意顶点vi＝(xi,yi,zi)，计算vi与圆环点云中心ok的距离
Figure BDA0003673012150000077
计算所述圆环点云中各顶点与所述圆环点云中心的距离d(vi,ok)＞rk的顶点个数
Figure BDA0003673012150000078
所述钢板平面的边缘点云中所有点云与所述圆环中心的距离所构成的距离集合记为Dv；对Dv由小到大排序，并纪录前
Figure BDA0003673012150000079
个值所对应的顶点坐标，此时
Figure BDA00036730121500000710
个顶点位于如图3所示矩形区域内。根据记录的
Figure BDA00036730121500000711
个顶点，采用随机采样一致性算法拟合平面方程，形式如下：Ax+By+Cz+D＝0，其中(A,B,C)为空间平面法向，D为原点到平面的距离，获得管板交线投影平面。
步骤S40：根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云。
在具体实现中，圆环外轮廓点云任意顶点坐标为(x0,y0,z0)，其在空间平面上的投影点的坐标为(xp,yp,zp)，因为投影点与当前点连线与平面垂直，根据垂直约束条件，计算出圆环外轮廓点云在所述管板交线投影平面上的投影圆环点云。
步骤S50：根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点。
应理解的是，采用随机采样一致性算法对投影圆环点云进行空间圆拟合，由拟合出的空间圆圆心坐标o'k，半径R，和空间圆法向
Figure BDA0003673012150000081
获得空间圆的参数方程。三点可以确定一段圆弧，可根据拟合的空间圆的参数方程，在拟合的空间圆上，寻找四个点，将空间圆分解为两段圆弧，通过调整所述空间圆的参数方程，获取实际焊接圆弧顶点。
步骤S60：根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
在本实施例中，根据空间圆的参数方程确定焊接轨迹，可以保证焊接轨迹起点及圆弧分割点一致性。如图4所示，黑色方框内的点为焊接起点，按顺时针方向或逆时针方向进行焊接。
进一步地，对得到的多个所述管板焊接轨迹进行排序，并将排序后焊接轨迹输出给机器人。本实施例中，所述步骤S60之后，还包括：对多个所述管板焊接轨迹进行排序，获得目标焊接轨迹。
在本实施例中，通过获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异能够很好地适应；根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。通过3D相机获取的点云自动生成管板焊接轨迹，机器人无需预先沿轨迹运动，且适应管板焊接过程中的重复性和差异性。
继续参照图2，基于上述第一实施例，提出本发明管板焊轨迹生成方法的第二实施例。
在第二实施例中，在所述步骤S30之前，还包括：
将圆管端面面积与点云分辨率关联，计算网格面顶点数量阈值；
根据所述钢板所在平面网格和所述圆管端面网格，提取网格面的集合；
判断所述网格面的集合中各网格面顶点数是否大于所述网格面顶点数量阈值；
若大于，则保留对应的网格面，根据保留的网格面计算待焊接管板的轨迹个数；
相应地，所述根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹，包括：
根据所述待焊接管板的轨迹个数和所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
应理解的是，可对四角网格进行导向滤波，去除3D成像过程中的噪声和异常值的影响，降低计算误差。对所述待焊接管板对应的四角网格中的任意四角网格法向进行滤波，根据滤波后的网格法相，对四家网格顶点进行更新，获得降噪后管板工件网格。通过导向滤波处理过的管板工件点云，网格面更加平滑。将圆管端面面积与点云分辨率关联，计算网格面顶点数量阈值Nv，分别提取出钢板平面网格和圆管端面网格。
可理解的是，通过测量工具测量所述圆管的内直径和外直径，根据所述内直径、外直径和所述有序点云的点云分辨率，计算网格面顶点数量阈值Nv。保留四角网格面的集合MF中，网格顶点数
Figure BDA0003673012150000091
大于Nv的网格面，得到钢板平面网格和圆管端面网格的集合M'F，其中顶点数量最多的网格面为钢板平面，其余的网格面为圆管端面。待焊接工件中焊接轨迹的个数为N＝len(M'F)-1，其中len(M'F)表示M'F所包含的边缘顶点集合的数量。
进一步地，在本实施例中，所述步骤S50，包括：
通过随机采样一致性算法对投影圆环点云进行空间拟合，根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程；
根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标；
通过k-d树搜索，在所述投影圆环点云中查找与所述圆弧顶点坐标最接近的点，作为实际焊接圆弧顶点。
需要说明的是，利用圆环外轮廓点云和平面方程，拟合管板交线，生成焊接轨迹。将圆环外轮廓点云投影至拟合平面。圆环外轮廓点云任意顶点坐标为(x0,y0,z0)，其在空间平面上的投影点为坐标为(xp,yp,zp)。因为投影点与当前点连线与平面垂直，根据垂直约束条件，可知yp,zp满足如下条件：
Figure BDA0003673012150000101
将yp,zp带入空间平面方程Ax+By+Cz+D＝0，可解得
Figure BDA0003673012150000102
将(2)代入(1)可解得yp,zp，表达式如下：
Figure BDA0003673012150000103
由此可以计算出圆环外轮廓点云在钢板平面上的投影点云，投影点云如图5白色点云所示。
采用随机采样一致性算法对投影点云进行空间圆拟合。得到空间圆的圆心坐标o'k(x,y,z)、半径R，和空间圆法向
Figure BDA0003673012150000104
在本实施例中，所述根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程，包括：
根据拟合的空间圆圆心坐标o′k，半径R，和空间圆法向量
Figure BDA0003673012150000105
计算空间圆的参数方程为：
Figure BDA0003673012150000106
其中，ox、oy、oz分别为所述空心圆圆心坐标的x、y、z轴坐标，
Figure BDA0003673012150000107
Figure BDA0003673012150000108
为三维坐标系X轴方向向量。
进一步地，在本实施例中，所述根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标，包括：
在拟合的空间圆上，查找第一预设数量的拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点将所述空间圆分解为第二预设数量的圆弧；
调整所述空间圆的参数方程中θ值，获取所述圆弧的圆弧顶点坐标。
在具体实现中，将焊接轨迹分解为两段圆弧进行焊接。具体为：三点可以确定一段圆弧，因此在所述第一预设数量为4时，在拟合的空间圆上，寻找四个点，将空间圆分解为两段圆弧，此时所述预设第二预设数量为2。其中，第一段圆弧的终点为第二段圆弧的起点，第二段圆弧的终点为第一段圆弧的起点。通过调整空间圆的参数方程中θ值，获取圆弧顶点坐标。两段圆弧计算圆弧顶点坐标如表1。
Figure BDA0003673012150000111
表1圆弧顶点
通过k-d树(kd-tree)搜索，在投影点云上搜索与圆弧顶点最接近的点即为实际焊接轨迹圆弧顶点。
在本实施例中，通过对所述待焊接管板对应的四角网格数据进行平面分割，兼顾了管板焊接中的重复性和差异性，能有效适应钢板发形变和管板交线不一致的情况；通过3D相机获取的点云自动生成管板焊接轨迹，机器人无需预先沿焊接轨迹运动，效率高，机器人编程简单；采用钢板平面边缘点云中与圆环中心距离最接近的一部分点进行平面拟合，有效适应小曲率钢板形变，局部平面拟合方程接近于实际投影平面；根据空间圆的参数方程确定焊接轨迹，可以保证焊接轨迹起点及圆弧分割点一致性。
此外，本发明还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被处理器执行时实现如上文所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
此外，参照图6，本发明实施例还提出一种管板焊轨迹生成装置，所述管板焊轨迹生成装置包括：
构建模块10，用于获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
平面分割模块20，用于根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格；
平面拟合模块30，用于根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
投影模块40，用于根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
计算模块50，用于根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
生成模块60，用于根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
本发明所述管板焊轨迹生成装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器镜像(Read Only Memory image，ROM)/随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述管板焊轨迹生成方法包括以下步骤：
获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格；
根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
2.如权利要求1所述的管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云之前，还包括：
将圆管端面面积与点云分辨率关联，计算网格面顶点数量阈值；
根据所述钢板所在平面网格和所述圆管端面网格，提取网格面的集合；
判断所述网格面的集合中各网格面顶点数是否大于所述网格面顶点数量阈值；
若大于，则保留对应的网格面，根据保留的网格面计算待焊接管板的轨迹个数；
相应地，所述根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹，包括：
根据所述待焊接管板的轨迹个数和所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
3.如权利要求1所述的管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点，包括：
通过随机采样一致性算法对投影圆环点云进行空间拟合，根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程；
根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标；
通过k-d树搜索，在所述投影圆环点云中查找与所述圆弧顶点坐标最接近的点，作为实际焊接圆弧顶点。
4.如权利要求3所述的管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程，包括：
根据拟合的空间圆圆心坐标o'k，半径R，和空间圆法向量
Figure FDA0003673012140000021
计算空间圆的参数方程为：
Figure FDA0003673012140000022
其中，ox、oy、oz分别为所述空心圆圆心坐标的x、y、z轴坐标，
Figure FDA0003673012140000023
Figure FDA0003673012140000024
为三维坐标系X轴方向向量。
5.如权利要求4所述的管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标，包括：
在拟合的空间圆上，查找第一预设数量的拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点将所述空间圆分解为第二预设数量的圆弧；
调整所述空间圆的参数方程中θ值，获取所述圆弧的圆弧顶点坐标。
6.如权利要求1～5中任一项所述的管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面，包括：
计算每个圆环点云的圆环点云中心和平均半径；
计算所述钢板平面的边缘点云中任意顶点与所述圆环点云中心的距离，并记距离集合为Dv；
根据所述距离和所述平均半径确定顶点个数
Figure FDA0003673012140000031
按照预设规则获取所述距离集合Dv中
Figure FDA0003673012140000032
个值所对应的顶点坐标；
根据
Figure FDA0003673012140000033
个所述顶点坐标，采用随机采样一致性算法进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面。
7.如权利要求1～5中任一项所述的管板焊轨迹生成方法，其特征在于，所述根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹之后，还包括：
对多个所述管板焊接轨迹进行排序，获得目标焊接轨迹。
8.一种管板焊轨迹生成装置，其特征在于，所述管板焊轨迹生成装置包括：
构建模块，用于获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云构建所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
平面分割模块，用于根据所述四角网格数据进行平面分割，获得钢板所在平面网格和圆管端面网格；
平面拟合模块，用于根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
投影模块，用于根据所述圆管端面网格提取圆环外轮廓点云，将所述圆环外轮廓点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
计算模块，用于根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
生成模块，用于根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
9.一种管板焊轨迹生成设备，其特征在于，所述管板焊轨迹生成设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
CN202210610364.6A 2022-05-31 2022-05-31 管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质 Pending CN115008092A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210610364.6A CN115008092A (zh) 2022-05-31 2022-05-31 管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210610364.6A CN115008092A (zh) 2022-05-31 2022-05-31 管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115008092A true CN115008092A (zh) 2022-09-06

Family

ID=83071709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210610364.6A Pending CN115008092A (zh) 2022-05-31 2022-05-31 管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115008092A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1094874A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Babcock Hitachi Kk 管継手の自動溶接方法
CN108453439A (zh) * 2018-03-14 2018-08-28 清华大学天津高端装备研究院洛阳先进制造产业研发基地 基于视觉传感的机器人焊接轨迹自主编程系统及方法
CN113298833A (zh) * 2021-05-20 2021-08-24 山东大学 目标物点云特征线面提取方法及系统
CN113793344A (zh) * 2021-08-31 2021-12-14 无锡砺成智能装备有限公司 一种基于三维点云的叶轮焊缝定位方法
CN114029656A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 焦作智造机电设备有限公司 管板换热器阵列式全自动焊接方法
CN114136993A (zh) * 2021-11-29 2022-03-04 北京工业大学 一种盾构隧道环缝检测方法与系统
CN114227054A (zh) * 2022-01-05 2022-03-25 南昌大学 一种基于3d点云的管板焊缝自动检测方法
CN114346528A (zh) * 2021-12-09 2022-04-15 成都卡诺普机器人技术股份有限公司 一种基于激光扫描的板管焊缝高精度识别及焊接轨迹获取方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1094874A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Babcock Hitachi Kk 管継手の自動溶接方法
CN108453439A (zh) * 2018-03-14 2018-08-28 清华大学天津高端装备研究院洛阳先进制造产业研发基地 基于视觉传感的机器人焊接轨迹自主编程系统及方法
CN113298833A (zh) * 2021-05-20 2021-08-24 山东大学 目标物点云特征线面提取方法及系统
CN113793344A (zh) * 2021-08-31 2021-12-14 无锡砺成智能装备有限公司 一种基于三维点云的叶轮焊缝定位方法
CN114029656A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 焦作智造机电设备有限公司 管板换热器阵列式全自动焊接方法
CN114136993A (zh) * 2021-11-29 2022-03-04 北京工业大学 一种盾构隧道环缝检测方法与系统
CN114346528A (zh) * 2021-12-09 2022-04-15 成都卡诺普机器人技术股份有限公司 一种基于激光扫描的板管焊缝高精度识别及焊接轨迹获取方法
CN114227054A (zh) * 2022-01-05 2022-03-25 南昌大学 一种基于3d点云的管板焊缝自动检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6830139B2 (ja) ３次元データの生成方法、３次元データの生成装置、コンピュータ機器及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
CN110738273B (zh) 图像特征点的匹配方法、装置、设备及存储介质
US20160117795A1 (en) Point cloud data processing system and method thereof and computer readable storage medium
KR102029895B1 (ko) 구조물 손상 정보가 매핑된 3차원 모델 생성 방법 및 이를 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체
CN107622530B (zh) 一种高效鲁棒的三角网切割方法
CN112839764A (zh) 用于焊接路径生成的系统和方法
JP6880618B2 (ja) 画像処理プログラム、画像処理装置、及び画像処理方法
JP2000011172A (ja) 仮想環境生成方法および装置、並びに仮想環境生成プログラムを記録した記録媒体
CN114494649B (zh) 有限元网格划分几何清理方法、设备和存储介质
US20230015214A1 (en) Planar contour recognition method and apparatus, computer device, and storage medium
JP2009037381A (ja) 工具参照面を作成する装置と方法とプログラム
JP5673489B2 (ja) 点群データの処理装置、処理方法、処理プログラム及び記録媒体
CN111400830A (zh) 一种三维毛坯工件的加工校准方法及装置
CN114998381A (zh) 管板焊接中焊接轨迹拟合方法、装置、设备及存储介质
CN111091594A (zh) 多点云平面融合方法及装置
JP2007102595A (ja) 解析メッシュ生成装置
CN115008092A (zh) 管板焊轨迹生成方法、装置、设备及计算机存储介质
JP6300120B2 (ja) 制御用データ生成方法および制御用データ生成装置
JP4389663B2 (ja) 画像処理方法及び画像処理装置
CN115325962A (zh) 自动化激光三维扫描轨迹的规划方法
KR101845079B1 (ko) 대상물의 cad 형상을 이용한 로봇의 위치 및 트래킹 경로 생성 방법
CN114952173A (zh) 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质
KR20180102251A (ko) 부품 조립형 생산과정의 진척도 모니터링 방법 및 장치
JP6894591B2 (ja) 測定データ生成装置、加工プログラム生成システム、測定データ生成方法
JP7161857B2 (ja) 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination