用于船舶中小组立构件的智能焊接方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于船舶中小组立构件的智能焊接方法及系统，所述方法包括步骤：对待焊接工件进行扫描，获得目标点云数据；根据所述目标点云数据，自预设模板工件库中匹配得到与所述待焊接工件对应的目标工件模型；依据工件焊缝信息表和目标工件模型，获取与待焊接工件对应的焊缝数模坐标信息；根据所述目标点云数据以及与所述目标工件模型对应的模板点云文件，生成旋转变换矩阵；根据所述旋转变换矩阵，将所述数模坐标信息转换为与所述焊缝关联的真实坐标信息；以及根据所述真实坐标信息，控制焊接装置中的焊接机器人对所述待焊接工件进行焊接；本发明专利技术利于提高焊接机器人的焊接准确性，进而利于提高船舶中小组立构件的焊接质量。接质量。接质量。

【技术实现步骤摘要】
用于船舶中小组立构件的智能焊接方法及系统


[0001]本专利技术涉及船舶制造
，具体地说，涉及一种用于船舶中小组立构件的智能焊接方法及系统。

技术介绍

[0002]焊接是制造业的基石，在工业经济的发展中占据举足轻重的地位，船舶焊接作为船舶建造领域的关键技术，它直接关系到船舶建造的质量和效率。目前大部分造船企业采用传统的人工为主的焊接方式进行生产制造，存在劳动力成本高、耗费工时长、质量不稳定和生产连续性差等问题，满足不了现代造船企业的要求。随着机器人焊接技术飞速推进，其在船舶建造过程中的应用也受到广泛关注。
[0003]船舶建造过程中的中小组立构件结构单一、数量庞大，作为建船中的重要中间产物，适合在机器人装配流水线进行制造。国内目前虽然建立起小组立智能生产线，但在提取焊缝信息时，通常通过扫描工件的方式，这就会存在由于遮挡等因素造成无法准确提取焊接线的情况，进而导致机器人焊接准确性较差的问题。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种用于船舶中小组立构件的智能焊接方法及系统，利于提高焊接机器人的焊接准确性，进而利于提高其焊接质量。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种用于船舶中小组立构件的智能焊接方法，包括以下步骤：
[0007]S110，对待焊接工件进行扫描，获得目标点云数据；
[0008]S120，根据所述目标点云数据，自预设模板工件库中匹配得到与所述待焊接工件对应的目标工件模型；所述预设模板工件库中存储有工件焊缝信息表以及与各工件模型对应的模板点云文件；
[0009]S130，依据所述工件焊缝信息表和所述目标工件模型，获取与所述待焊接工件对应的焊缝数模坐标信息；
[0010]S140，根据所述目标点云数据以及与所述目标工件模型对应的模板点云文件，生成旋转变换矩阵；
[0011]S150，根据所述旋转变换矩阵，将所述数模坐标信息转换为与所述焊缝关联的真实坐标信息；以及
[0012]S160，根据所述真实坐标信息，控制焊接装置中的焊接机器人对所述待焊接工件进行焊接。
[0013]可选地，步骤S160包括：
[0014]基于预设路径规划算法，以机器人避障和多机器人协调作为约束条件，以焊接时
间最短和/或焊接变形量最小为优化目标，计算得到机器人避障焊接路径；
[0015]根据所述真实坐标信息和所述机器人避障焊接路径，控制焊接装置中的焊接机器人对所述待焊接工件进行焊接。
[0016]可选地，步骤S120包括：
[0017]根据所述目标点云数据，计算对应的第一Hu矩数据，作为第一向量；
[0018]计算预设模板工件库中每一工件模型对应的第二Hu矩数据，作为第二向量，并将所有的第二向量组合得到第二向量组；
[0019]计算所述第二向量组中各第二向量与所述第一向量的距离，将距离最小的第二向量作为目标第二向量；
[0020]将与所述目标第二向量对应的工件模型，作为目标工件模型。
[0021]可选地，步骤S120包括：
[0022]自所述目标点云数据，提取得到第一边界特征信息；
[0023]根据所述第一边界特征信息，自预设模板工件库中匹配得到与所述待焊接工件对应的目标工件模型。
[0024]可选地步骤S140包括：
[0025]根据所述模板点云文件，获得与所述待焊接工件对应的第二边界特征信息；
[0026]根据所述第一边界特征信息和所述第二边界特征信息，生成旋转变换矩阵。
[0027]可选地，所述根据所述第一边界特征信息和所述第二边界特征信息，生成旋转变换矩阵，包括：
[0028]根据预设点云库，控制所述第二边界特征信息旋转至与所述第一边界特征信息保持一致，生成旋转变换矩阵。
[0029]可选地，在步骤S110之前，所述方法还包括：
[0030]分别导入多个工件各自对应的模型，建立预设模板工件库；
[0031]根据每一工件对应的模型，提取每一工件模型对应的焊缝信息，并生成工件焊缝信息表，将所述工件焊缝信息表存储于所述预设模板工件库中。
[0032]可选地，步骤S160包括：
[0033]在焊接开始前，控制焊接机器人对焊接的起点和终点进行二次寻位，并依据二次寻位结果，修正焊接起点和终点的坐标信息；
[0034]在焊接过程中，控制焊接机器人跟踪检测焊缝的变化，并依据跟踪结果，修正焊接轨迹；
[0035]在焊接过程中，实时采集得到焊接实际成形数据，并依据所述焊接实际成形数据，对焊接机器人焊接过程中参考的焊接工艺参数数据库进行修正。
[0036]可选地，所述焊接装置还包括清枪剪丝机构，用于清理焊接机器人在焊接过程中产生的粘堵在焊枪气体保护套内的飞溅物，并且保证焊丝的伸出长度保持一致。
[0037]可选地，所述焊接装置还包括焊接门架、焊枪、线激光扫描器、激光跟踪传感器、摄像模组、工控机和上位机；所述上位机集成安装于所述工控机中，所述焊接门架包括导轨、门架主体和回转平台，所述导轨和所述回转平台分别与所述门架主体连接；所述线激光扫描器和摄像模组设于所述门架主体上；所述门架主体可在所述导轨上沿X方向滑动；所述回转平台可在所述门架主体上沿Y方向滑动；所述焊枪与所述回转平台连接，所述激光跟踪传
感器设于所述焊枪上。
[0038]可选地，所述焊接装置还包括焊丝盘和送丝机构，所述焊丝盘和所述送丝机构分别与所述回转平台连接，所述焊丝盘位于所述送丝机构的上方，所述焊丝盘与所述回转平台的旋转轴同步转动，所述焊丝盘的焊丝输出口与所述送丝机构的焊丝输入口对齐。
[0039]可选地，所述回转平台与所述导轨均采用伺服电机驱动运动，所述回转平台采用RV减速机实现减速，所述导轨采用行星减速机实现减速。
[0040]根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于船舶中小组立构件的智能焊接系统，用于实现上述任一智能焊接方法，包括：
[0041]工件扫描模块，对待焊接工件进行扫描，获得目标点云数据；
[0042]模板匹配模块，根据所述目标点云数据，自预设模板工件库中匹配得到与所述待焊接工件对应的目标工件模型；所述预设模板工件库中存储有工件焊缝信息表以及与各工件模型对应的模板点云文件；
[0043]焊缝数模坐标获取模块，依据所述工件焊缝信息表和所述目标工件模型，获取与所述待焊接工件对应的焊缝数模坐标信息；
[0044]旋转变换矩阵生成模块，根据所述目标点云数据以及与所述目标工件模型对应的模板点云文件，生成旋转变换矩阵；
[0045]焊缝真实坐标转换模块，根据所述旋转变换矩阵，将所述数模坐标信息转换为与所述焊缝关联的真实坐标信息；以及
[0046]焊接执行模块，根据所述真实坐标信息，控制焊接装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于船舶中小组立构件的智能焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S110，对待焊接工件进行扫描，获得目标点云数据；S120，根据所述目标点云数据，自预设模板工件库中匹配得到与所述待焊接工件对应的目标工件模型；所述预设模板工件库中存储有工件焊缝信息表以及与各工件模型对应的模板点云文件；S130，依据所述工件焊缝信息表和所述目标工件模型，获取与所述待焊接工件对应的焊缝数模坐标信息；S140，根据所述目标点云数据以及与所述目标工件模型对应的模板点云文件，生成旋转变换矩阵；S150，根据所述旋转变换矩阵，将所述数模坐标信息转换为与所述焊缝关联的真实坐标信息；以及S160，根据所述真实坐标信息，控制焊接装置中的焊接机器人对所述待焊接工件进行焊接。2.如权利要求1所述的智能焊接方法，其特征在于，步骤S160包括：基于预设路径规划算法，以机器人避障和多机器人协调作为约束条件，以焊接时间最短和/或焊接变形量最小为优化目标，计算得到机器人避障焊接路径；根据所述真实坐标信息和所述机器人避障焊接路径，控制焊接装置中的焊接机器人对所述待焊接工件进行焊接。3.如权利要求1所述的智能焊接方法，其特征在于，步骤S120包括：根据所述目标点云数据，计算对应的第一Hu矩数据，作为第一向量；计算预设模板工件库中每一工件模型对应的第二Hu矩数据，作为第二向量，并将所有的第二向量组合得到第二向量组；计算所述第二向量组中各第二向量与所述第一向量的距离，将距离最小的第二向量作为目标第二向量；将与所述目标第二向量对应的工件模型，作为目标工件模型。4.如权利要求1所述的智能焊接方法，其特征在于，步骤S120包括：自所述目标点云数据，提取得到第一边界特征信息；根据所述第一边界特征信息，自预设模板工件库中匹配得到与所述待焊接工件对应的目标工件模型。5.如权利要求4所述的智能焊接方法，其特征在于，步骤S140包括：根据所述模板点云文件，获得与所述待焊接工件对应的第二边界特征信息；根据所述第一边界特征信息和所述第二边界特征信息，生成旋转变换矩阵。6.如权利要求5所述的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述第一边界特征信息和所述第二边界特征信息，生成旋转变换矩阵，包括：根据预设点云库，控制所述第二边界特征信息旋转至与所述第一边界特征信息保持一致，生成旋转变换矩阵。7.如权利要求1所述的智能焊接方法，其特征在于，在步骤S110之前，所述方法还包括：分别导入多个工件各自对应的模型，建立预设模板工件库；根据每一工件对应的模型，提取每一工件模型对应的焊缝信息，并生成工件焊缝信息
表，将所述工件焊缝信息表存储于所述预设模板工件库中。8.如权利要求1所述的智能焊接方法，其特征在于，步骤S160包括：在焊接开始前，控制焊接机器人对焊接的起点和终点进行二次寻位，并依据二次寻位结果，修正焊接起点和终点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，李芳，胡成绰，孟金波，邓玥，魏晓鹏，张跃龙，华学明，杜广锋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：