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技术

本发明专利技术公开了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，焊缝高精度识别方法包括：将焊缝原始测量点投影到xy平面上；将水平测量点阵拟合成焊缝在xy平面上的投影图形；剔除水平测量点阵中偏离理论点超过阈值的测量点形成新的水平测量点阵；将新的测量点阵重新拟合成焊缝在xy平面上的二次投影图形；将扫描到的焊缝原始测量点投影到xz平面；通过竖直测量点阵拟合焊缝在xz平面上的直线；获得焊缝水平方向的坐标，获得焊缝高度方向的坐标，结合形成焊缝三维坐标。在拟合焊缝三维形状时剔除噪点影响，减小其与实际焊缝之间的偏差。偏差。偏差。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于焊接领域，尤其涉及一种通过激光三维扫描板管并拟合板管焊缝三维轮廓的方法，以及将焊缝的三维轮廓转化为焊接轨迹的方法。

技术介绍

[0002]散热管板是一种散热设备，其结构是一块平板上竖直固定若干散热管。为了提高生产效率降低工人劳动强度，现在大多采用焊接机器人来进行散热管和平板的焊接工作。传统的基于视觉的管板焊接方法主要只基于一个模板管板，然后机器人作示教作固定的偏移，当散热管位置不规则，散热管板板子焊接时发生热变形，散热管一致性较差时，很容易产生焊接缺陷。不能满足用户的要求。
[0003]为了解决上述技术问题，申请人提出了一种基于激光三维建模的的机器人管板焊接方法，包括以下步骤：步骤A.对需要焊接的管板进行三维成像；步骤B.通过将三维成像数据化，识别计算出管板焊缝的三维轮廓。步骤C.将焊缝的三维轮廓通过控制指令输入到焊接机器人进行焊接。具有上述步骤的焊接方法，克服散热管板散热管变形，散热管安装角度及高度不一致，散热管板摆放偏差等实际生产中的难点。同时解决采用模板方式焊接时，散热管与模板存在差异导致的焊接缺陷。
[0004]然而在实际生产过程中发现，现有的算法管板焊缝仅通过一次拟合，一次拟合出的(椭)圆会受到奇异(噪)点的影响，如图1所示，现有技术拟合的焊缝101与实际焊缝100之间偏差较大。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供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，在拟合焊缝三维形状时剔除噪点影响，减小其与实际焊缝之间的偏差。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于激光扫描的板管焊缝高精度识别方法，包括：将扫描到的焊缝原始测量点投影到xy平面上形成水平测量点阵；将水平测量点阵拟合成焊缝在xy平面上的投影图形，获得投影图形的计算方程；将水平测量点阵与投影图形中的理论点比较，剔除水平测量点阵中偏离理论点超过阈值的测量点形成新的水平测量点阵；将新的测量点阵重新拟合成焊缝在xy平面上的二次投影图形，并获得二次投影图形的计算方程；将扫描到的焊缝原始测量点投影到xz 平面上形成竖直测量点阵；通过竖直测量点阵拟合焊缝在xz平面上的直线，获得该直线的直线方程；将原始测量点的x坐标带入二次投影图形的计算方程获得焊缝水平方向的坐标，将原始测量点的x坐标带入直线方程获得焊缝高度方向的坐标，将水平方向的坐标和高度方向的坐标结合形成焊缝三维坐标。
[0007]作为一种改进，所述将水平测量点阵拟合成焊缝在xy平面上的投影图形，获得投影图形的计算方程中，投影图形为椭圆，获得的代表投影图形的计算方程为椭圆一般方程
ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0，其中a、b、c、d、e、f为常数，x、y是椭圆上的坐标点。
[0008]作为一种改进，所述椭圆一般方程中常数a、b、c、d、e、f获取方法为：
[0009]定义向量a＝[a b c d e f]T
,及向量X＝[x
2 xy y
2 x y 1]T
，椭圆的一般方程记作F
a
(X)＝Xa＝0，椭圆的拟合表示为
[0010][0011]当b2‑
4ac<0时，该圆椎曲线为椭圆，根据前述两篇引用文档，将不等式约束b2‑
4ac<0转换为等式约束b2‑
4ac＝1，然后定义常数矩阵
[0012][0013]将b2‑
4ac＝1转换为a
T
Ca＝1,其中a为参数向量[a b c d e f]T
；
[0014]定义三维焊缝轨迹原始测量点投影到xy平面上的N个点的矩阵N*6
[0015][0016]则椭圆拟合可表述为求E＝min(||Da||2),且有约束a
T
Ca＝1,其中a为参数向量[a b c d e f]T
[0017]引入拉格朗日乘数λ得到等式
[0018]2D
T
Da
‑
2λCa＝0
[0019]a
T
Ca＝1
[0020]令S＝D
T
D,则上式可表示为：
[0021]Sa＝λCa
[0022]a
T
Ca＝1
[0023]求出向量a＝[a b c d e f]T
。
[0024]作为一种改进，所述将水平测量点阵与投影图形中的理论点比较，剔除水平测量点阵中偏离投影图形超过阈值的点形成新的水平测量点阵包括：计算测量点和理论点的距离；将距离中值设置为阈值；将每个测量点与理论点的距离与阈值比较，若该点与理论点的距离大于阈值则删除该点。
[0025]作为一种改进，所述计算测量点和理论点的距离包括：将测量点的x 坐标带入投影图形的计算方程中，产生该点的水平方向坐标；将水平方向坐标中两个y坐标与测量点的y坐标分别相减，将差的绝对值较小的一个 y坐标作为y值得到理论点；通过平面距离公式得到测量点和理论点之间的距离。
[0026]作为一种改进，所述距离中值的获得方法包括：将测量点和理论点的距离值d1,d2,d3,d4…
d
n
存入数组D[n]并从小到大排序，取中间值 d
m
，若有奇数个距离值，则令d
m
＝D[n/2]；若有偶数个距离值，则令d
m
＝D[n/2+1]。
[0027]作为一种改进，所述将新的测量点阵重新拟合成焊缝在xy平面上的二次投影图形，并获得二次投影图形的计算方程中，二次投影图形为椭圆，获得的代表二次投影图形的计算方程为椭圆一般方程a2x2+b2xy+c2y2+d2x +e2y+f2＝0，其中a、b、c、d、e、f为常数，x、y是椭圆上的坐标。
[0028]作为一种改进，所述通过竖直测量点阵拟合焊缝在xz平面上的直线，获得该直线的直线方程中，直线方程为Ax
‑
z+C＝0，其中A为斜率，C为截距。
[0029]本专利技术还提供一种基于激光扫描的焊接机器人轨迹获取方法，包括：将激光扫描装置固定在焊接机器人上对待焊接的管板进行扫描，读取焊接机器人行进方向上的x坐标值，将该x坐标值作为此刻扫描到的原始测量点的x坐标值；获得焊缝原始测量点y坐标值和z坐标值，并将读取的焊接机器人行进方向上相应的x坐标值填入形成该原始测量点完整的三维坐标；利用权利要求1～8中任意一项所述的识别方法获取焊缝三维轨迹；将焊缝三维轨迹作为焊接机器人焊接轨迹。
[0030]作为一种改进，所述获得焊缝原始测量点y坐标值和z坐标值包括：对采集到的图像逐帧进行数据化；找出代表基板在yz平面上的线段所在的直线，求出代表散热管顶管的线段的垂线的端点与该直线的交点，该交点的坐标为焊缝原始测量点在yz平面上的坐标。
[0031]本专利技术的有益之处在于：
[0032]1.对焊缝测量数据进行椭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描的板管焊缝高精度识别方法，其特征在于包括：将扫描到的焊缝原始测量点投影到xy平面上形成水平测量点阵；将水平测量点阵拟合成焊缝在xy平面上的投影图形，获得投影图形的计算方程；将水平测量点阵与投影图形中的理论点比较，剔除水平测量点阵中偏离理论点超过阈值的测量点形成新的水平测量点阵；将新的测量点阵重新拟合成焊缝在xy平面上的二次投影图形，并获得二次投影图形的计算方程；将扫描到的焊缝原始测量点投影到xz平面上形成竖直测量点阵；通过竖直测量点阵拟合焊缝在xz平面上的直线，获得该直线的直线方程；将原始测量点的x坐标带入二次投影图形的计算方程获得焊缝水平方向的坐标，将原始测量点的x坐标带入直线方程获得焊缝高度方向的坐标，将水平方向的坐标和高度方向的坐标结合形成焊缝三维坐标。2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的板管焊缝高精度识别方法，其特征在于所述将水平测量点阵拟合成焊缝在xy平面上的投影图形，获得投影图形的计算方程中，投影图形为椭圆，获得的代表投影图形的计算方程为椭圆一般方程ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0，其中a、b、c、d、e、f为常数，x、y是椭圆上的坐标点。3.根据权利要求2所述的一种基于激光扫描的板管焊缝高精度识别方法，其特征在于所述椭圆一般方程中常数a、b、c、d、e、f获取方法为：定义向量a＝[a b c d e f]
T
,及向量X＝[x
2 xy y
2 x y 1]
T
，椭圆的一般方程记作F
a
(X)＝Xa＝0，椭圆的拟合表示为当b2‑
4ac<0时，该圆椎曲线为椭圆，根据前述两篇引用文档，将不等式约束b2‑
4ac<0转换为等式约束b2‑
4ac＝1，然后定义常数矩阵将b2‑
4ac＝1转换为a
T
Ca＝1,其中a为参数向量[a b c d e f]
T
；定义三维焊缝轨迹原始测量点投影到xy平面上的N个点的矩阵N*6则椭圆拟合可表述为求E＝min(||Da||2),且有约束a
T
Ca＝1,其中a为参数向量[a b c d e f]
T
引入拉格朗日乘数λ得到等式2D
T
Da
‑
2λCa＝0
a
T
Ca＝1令S＝D
T
D,则上式可表示为：Sa＝λCaa
T
Ca＝1求出向量a＝[a b c d e f]
T
。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成军，谷菲，
申请(专利权)人：成都卡诺普机器人技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：