本发明专利技术涉及建筑施工的技术领域，更具体地，涉及一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置及方法。一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其中，包括焊接装置：焊接装置为焊接任务提供焊接材料和能量；机械臂：用于控制末端焊枪的位姿和移动速度；视觉重建模块：产生的三维点云数据信息；计算机工作站：用于接收和处理视觉重建模块产生的三维点云数据信息生成焊接程序，控制和引导机械臂完成对焊接构件的焊接。本发明专利技术装置更加适用于建筑小批量、非标焊接钢构件的生产，可以提高工作效率，具有较广阔的应用前景。具有较广阔的应用前景。具有较广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置及方法
[0001]本专利技术涉及建筑施工的
，更具体地，涉及一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置及方法。
技术介绍
[0002]建筑钢结构件是高楼、桥梁等建筑物的主要构件。钢结构件的主体结构是H钢梁或箱式梁，由于其尺寸较大且其上存在较少的长直焊缝，目前可由埋弧自动焊机进行焊接，质量稳定，效率较高。但其上的结构件尺寸相对较小，无法进行埋弧自动焊接，目前主要由工人进行手工焊接，无法保证焊接质量。
[0003]随着自动化技术的发展，机械臂焊接机器人广泛应用于汽车制造、模具生产等标准化生产线的制造行业。机械臂焊接机器按照操作方式主要分为示教方式和离线编程的方式。示教方式要求构件摆放位置固定且要求操作人员具有较高的操作能力，使用机械臂的示教器编程；离线编程的方式则基于焊接构件的三维设计模型信息完成焊接轨迹的编程，要求设计与加工的偏差较小。因此上述两种操作方式只适用于标准构件或存在固定夹具场景下的构件生产。由于建筑构件在生产过程中加工精度和装配精度不高，构件生产过程中位置摆放不固定，对于这类非标构件的生产，不适用于上述生产线场景的生产。
技术实现思路
[0004]基于此，本专利技术的目的在于，提供一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置及方法，该适用于建筑小批量、非标焊接钢构件的生产，可以提高工作效率。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其中，包括
[0006]焊接装置：焊接装置为焊接任务提供焊接材料和能量；
[0007]机械臂：用于控制末端焊枪的位姿和移动速度；
[0008]视觉重建模块：产生的三维点云数据信息；
[0009]计算机工作站：用于接收和处理视觉重建模块产生的三维点云数据信息生成焊接程序，控制和引导机械臂完成对焊接构件的焊接。
[0010]本专利技术中，不需要专业机器人操作人员即可快速完成针对不同焊接构件的快速示教编程，而是基于构件三维重建信息完成焊缝提取和路径规划生成的程序。此装置更加适用于建筑小批量、非标焊接钢构件的生产，可以提高工作效率。
[0011]进一步优选地，所述的视觉重建模块包括支架，所述的支架数量为三个，三个支架上都设有深度相机，三个支架呈三角形摆放，且三个深度相机拍摄角度都朝向焊接构件放置位置处。对三个深度相机位姿完成调整后，在计算机工作站中完成三个深度相机自身的相机校准以及视觉重建模块的坐标系统标定，完成标定的视觉模块系统采集工作台上的构件三维信息，其中三维信息以点云的形式进行表示。
[0012]进一步优选地，所述的支架为圆柱支架。
[0013]进一步优选地，所述的视觉重建模块还包括连杆、角度调节旋钮，所述的连杆一端与支架连接，连杆的另一端与深度相机连接，所述的角度调节旋钮设于连杆一侧。三个深度相机的位姿角度可以通过角度调节旋钮进行调节。
[0014]进一步优选地，所述的连杆为球形连杆。球形连杆的连接方式简单，而且容易调节深度相机的角度。
[0015]进一步优选地，所述的支架包括一底座和一圆柱支杆，圆柱支杆固定于底座上，连杆设于圆柱支杆的上端。
[0016]进一步优选地，所述的三个深度相机与地面的距离为1米
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2米。优选地，三个深度相机与地面的距离为1.5米。上述的高度设置合理，能对焊接构件进行清晰的拍摄。
[0017]具体的，应用所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置的方法，其中，包括以下步骤：
[0018]环境搭建：安装视觉重建模块，以焊接构件为中心对象，呈三角形放置并安装三台红外深度相机；
[0019]深度相机标定：采用张正友标定法对小孔成像模型的深度相机进行标定；使用OpenCV生成黑白相间的棋盘格，打印并制作为标定板，标定板分别放置于不同位置、不同角度，使用深度相机像头依次进行拍摄；对拍摄的照片进行角点检测，提取亚像素角点坐标值并计算出提取角点的三维坐标，得到摄像头的内参矩阵与畸变参数完成相机标定；
[0020]手眼标定：深度相机对待焊接构件进行拍摄，得到构件在相机坐标系下目标的相对位置；利用机械臂基座与相机的相对位置保持不变，求解机械臂基坐标系与相机坐标系之间的转换矩阵，采用眼在手外的方式进行手眼标定；
[0021]机械臂运动学分析：使用连杆参数来描述机构的运动关系，参数为连杆长度、连杆转角、连杆偏距、关节角，用DH参数将机械臂数学模型描述出来；利用DH参数对机械臂进行正逆运动求解，建立末端执行器坐标系相对基座坐标系的变换矩阵，构成机械臂的正逆运动学方程；
[0022]多角度点云拼接：三个相机完成多角度待焊构件点云数据采集，通过点云配准的方法进行点云拼接；使用迭代最近点算法将点云配准拼接，得到完整焊接构件的点云数据，完成三维重建；
[0023]焊缝提取及生成空间路径：对重建点云进行直通滤波，直通滤波参数与深度相机安装位置，设置x、y、z三个方向参数，保证采集构件点云包含在参数限制范围内，取出较多的背景点云信息；进一步计算直通滤波后点云x、y、z三个方向的最值，分别给定x、y、z三个方向体素的大小，采用取平均值的体素降采样对划分的体素小方格完成降采样；进一步采用随机采用一致性方法完成构件与地面点云的分割和取出，对于构件提取法向量发生改变的区域点云数据作为焊缝点；进一步对于提取的焊缝点数据进一步采用RANSAC进行拟合，得到焊缝的空间直线点，得到焊接的起始点和结束点，直线上的点为焊接机器人末端移动焊接的位置，利用手眼标定求得的点云坐标系和机器人坐标系的坐标转换关系得到机械臂移动的空间路径。
[0024]具体的，所述的环境搭建步骤中，每台深度相机对准待焊接构件且保证拍摄对象，确定机械臂初始位置即深度相机拍照重建的位置，保证拍照时不受机械臂遮挡构件，保证构件的可见性。
[0025]具体的，所述的深度相机标定步骤中，使用深度相机像头依次进行拍摄，共拍摄10张照片。
[0026]与现有技术相比，有益效果是：本专利技术不需要专业机器人操作人员即可快速完成针对不同焊接构件的快速示教编程，程序为基于构件三维重建信息完成焊缝提取和路径规划生成的程序。此装置更加适用于建筑小批量、非标焊接钢构件的生产，可以提高工作效率，具有较广阔的应用前景。
[0027]为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
附图说明
[0028]图1是本专利技术整体结构示意图。
[0029]图2是本专利技术视觉重建模块示意图。
[0030]图3是本专利技术图2中A处放大示意图。
[0031]图4是本专利技术方法流程示意图。
[0032]图5是本专利技术整体模块示意图。
具体实施方式
[0033]在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其特征在于，包括焊接装置(1)：焊接装置(1)为焊接任务提供焊接材料和能量；机械臂(2)：用于控制末端焊枪的位姿和移动速度；视觉重建模块(4)：产生的三维点云数据信息；计算机工作站(3)：用于接收和处理视觉重建模块(4)产生的三维点云数据信息生成焊接程序，控制和引导机械臂(2)完成对焊接构件(5)的焊接。2.根据权利要求1所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其特征在于：所述的视觉重建模块(4)包括支架(41)，所述的支架(41)数量为三个，三个支架(41)上都设有深度相机(44)，三个支架(41)呈三角形摆放，且三个深度相机(44)拍摄角度都朝向焊接构件(5)放置位置处；所述的支架(41)为圆柱支架。3.根据权利要求2所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其特征在于：所述的视觉重建模块(4)还包括连杆(43)、角度调节旋钮(42)，所述的连杆(43)一端与支架(41)连接，连杆(43)的另一端与深度相机(44)连接，所述的角度调节旋钮(42)设于连杆(43)一侧；所述的连杆(43)为球形连杆。4.根据权利要求3所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其特征在于：所述的支架(41)包括一底座和一圆柱支杆，圆柱支杆固定于底座上，连杆(43)设于圆柱支杆的上端。5.根据权利要求2至4任一所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其特征在于：所述的三个深度相机(44)与地面的距离为1米
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2米。6.根据权利要求5所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置，其特征在于：所述的三个深度相机(44)与地面的距离为1.5米。7.应用权利要求6所述的一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：环境搭建：安装视觉重建模块(4)，以焊接构件(5)为中心对象，呈三角形放置并安装三台红外深度相机(44)；深度相机标定：采用张正友标定法对小孔成像模型的深度相机进行标定；使用OpenCV生成黑白相间的棋盘格，打印并制作为标...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜凯，刘界鹏，李帅，梁全雷，郑星，张龙，
申请(专利权)人：中国建筑第四工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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