一种结构件的空间位姿识别系统及方法技术方案

本发明专利技术属于焊接自动化技术领域，具体涉及一种结构件的空间位姿识别系统及方法。该系统包括机械手、结构光轨迹扫查仪、控制器；结构光轨迹扫查仪用于拍摄工件的待焊接头图片并将工件的待焊接头的图片发送至控制器；控制器用于，控制机械手带动结构光轨迹扫查仪沿工件的待焊接头移动并使结构光轨迹扫查仪与工件的待焊接头保持预设距离及预设夹角，根据工件的待焊接头的图片识别工件的待焊接头的中心线的坐标，以及，控制机械手带动焊枪沿着待焊接头的中心线移动进行焊接。本发明专利技术通过扫描得出精确的焊前接头焊接轨迹，依据拟合的焊缝中心点坐标曲线自动控制焊枪的轨迹运动，减少人工示教，提高效率。提高效率。提高效率。

【技术实现步骤摘要】
一种结构件的空间位姿识别系统及方法


[0001]本专利技术属于焊接自动化
，具体涉及一种结构件的空间位姿识别系统及方法。

技术介绍

[0002]在工程机械制造、航天航空等领域，作为关键工序的焊接技术，在装备制造业中占据不可取缔的重要地位。
[0003]目前对于大型工程结构件中挖掘机动臂斗杆的待焊接头轨迹识别通常采用人工示教的方式，但是目前人工示教编程焊接存在以下主要缺点：1、因人工示教的繁琐大大降低了焊接效率，尤其对于长焊缝，曲线焊缝，其严重增加焊前准备时间。2、焊接过程中难以对焊枪与焊缝中心的位置有效控制。示教
‑
再现焊接操作越来越无法满足智能生产的需求，智能化、自主化焊接是各种焊接方式发展的必然趋势。
[0004]因此，结构件的接头智能焊接轨迹控制需要亟待实现。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种结构件的空间位姿识别系统及方法，通过扫描得出精确的焊前接头焊接轨迹，依据拟合的焊缝中心点坐标曲线自动控制焊枪的轨迹运动，减少人工示教，提高效率。
[0006]为解决现有技术的不足，本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种结构件的空间位姿识别系统，包括机械手、结构光轨迹扫查仪、控制器；
[0008]所述结构光轨迹扫查仪用于拍摄工件的待焊接头图片并将工件的待焊接头的图片发送至所述控制器；
[0009]所述控制器用于，控制所述机械手带动结构光轨迹扫查仪沿工件的待焊接头移动并使结构光轨迹扫查仪与工件的待焊接头保持预设距离及预设夹角，根据工件的待焊接头的图片识别工件的待焊接头的中心线的坐标，以及，控制机械手带动焊枪沿着待焊接头的中心线移动进行焊接。
[0010]优选的，还包括移动滑台和移动滑台悬梁，所述移动滑台位于工件一侧，所述移动滑台悬梁和移动滑台滑动连接，所述机械手的基座与移动滑台悬梁固定连接。
[0011]优选的，还包括工件支撑装置；所述工件支撑装置包括工件变位机底板、固定于所述工件变位机底板上的工件变位机立柱和固定于所述工件变位机立柱上的工件变位机；
[0012]所述工件变位机的变位夹头与工件连接。
[0013]优选的，所述控制器按下述步骤识别工件的待焊接头的中心线的坐标：
[0014]采用RNN神经网络提取每一帧工件的待焊接头的图片中包含待焊区域的核心区域，通过直线检测法提取核心区域内激光条纹的中心线，获取激光条纹的中心线的交点得到第i帧工件的待焊接头的图片中焊缝坡口边缘第一特征点的像素坐标(u
i1
,v
i1
)和第二特征点的像素坐标(u
i2
,v
i2
)；i＝1,2,
…
,n，n为工件的待焊接头的图片的总数；
[0015]将焊缝坡口边缘第一特征点的像素坐标(u
i1
,v
i1
)和第二特征点的像素坐标(u
i2
,v
i2
)转化为结构光轨迹扫查仪下的三维坐标(x
i1
,y
i1
,z
i1
)、(x
i2
,y
i2
,z
i2
)；
[0016]对焊缝坡口边缘第一特征点的三维坐标(x
i1
,y
i1
,z
i1
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B1的坐标；对焊缝坡口边缘第二特征点的三维坐标(x
i2
,y
i2
,z
i2
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B2的坐标：
[0017][0018][0019]其中，为样条曲线B1的坐标，B
i1,k
(u)为求取样条曲线B1时的第i个k阶拟合参数；为样条曲线B2的坐标，B
i2,k
(u)为求取样条曲线B2时的第i个k阶拟合参数；
[0020]通过样条曲线B1的坐标、样条轨迹曲线B2的坐标求取工件的待焊接头的中心线的坐标。
[0021]优选的，所述结构光轨迹扫查仪还用于，拍摄工件的已焊焊缝图片并将工件的已焊焊缝图片发送至所述控制器；
[0022]所述控制器还用于，
[0023]控制机械手带动结构光轨迹扫查仪沿工件的已焊焊缝移动并使结构光轨迹扫查仪与工件的已焊焊缝保持预设距离及预设夹角，以及，按照下述步骤根据工件的已焊焊缝的图片识别工件的焊缝质检中心线的坐标和焊缝最高点所在直线的坐标：
[0024]采用RNN神经网络提取每一帧工件的已焊焊缝图片中包含焊缝的核心区域，通过直线检测法提取核心区域内激光条纹的中心线，获取激光条纹的中心线的交点得到第m帧工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第一特征点的像素坐标(u
m1
,v
m1
)和第二特征点的像素坐标(u
m2
,v
m2
)，获取激光条纹的中心线上二阶导数为零的点得到焊缝最高点的像素坐标(u
m3
,v
m3
)，m＝1,2,
…
,o，o为工件的已焊焊缝图片的总数；
[0025]将工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第一特征点的像素坐标(u
m1
,v
m1
)和第二特征点的像素坐标(u
m2
,v
m2
)以及工件的焊缝最高点的像素坐标(u
m3
,v
m3
)转化为CCD相机坐标系下的三维坐标(x
m1
,y
m1
,z
m1
)、(x
m2
,y
m2
,z
m2
)、(x
m3
,y
m3
,z
m3
)；
[0026]对工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第一特征点的像素坐标(x
m1
,y
m1
,z
m1
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B4的坐标；对工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第二特征点的像素坐标(x
m2
,y
m2
,z
m2
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B5的坐标；对工件的焊缝最高点的像素坐标(x
m3
,y
m3
,z
m3
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B6的坐标：
[0027][0028][0029][0030]其中，为样条曲线B4的坐标，B
m4,k
(u)为求取样条曲线B4时的第m个k阶拟合参数；为样条曲线B5的坐标，B
m5,k
(u)为求取样条曲线B5时的第m个k阶拟合参数；为样条曲线B6的坐标，B
m6,k
(u)为求取样条曲线B6时的第m个k阶拟合参数；
[0031]样条曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，包括机械手、结构光轨迹扫查仪、控制器；所述结构光轨迹扫查仪用于拍摄工件的待焊接头图片并将工件的待焊接头的图片发送至所述控制器；所述控制器用于，控制所述机械手带动结构光轨迹扫查仪沿工件的待焊接头移动并使结构光轨迹扫查仪与工件的待焊接头保持预设距离及预设夹角，根据工件的待焊接头的图片识别工件的待焊接头的中心线的坐标，以及，控制机械手带动焊枪沿着待焊接头的中心线移动进行焊接。2.根据权利要求1所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，还包括移动滑台和移动滑台悬梁，所述移动滑台位于工件一侧，所述移动滑台悬梁和移动滑台滑动连接，所述机械手的基座与移动滑台悬梁固定连接。3.根据权利要求1所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，还包括工件支撑装置；所述工件支撑装置包括工件变位机底板、固定于所述工件变位机底板上的工件变位机立柱和固定于所述工件变位机立柱上的工件变位机；所述工件变位机的变位夹头与工件连接。4.根据权利要求1所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，所述控制器按下述步骤识别工件的待焊接头的中心线的坐标：采用RNN神经网络提取每一帧工件的待焊接头的图片中包含待焊区域的核心区域，通过直线检测法提取核心区域内激光条纹的中心线，获取激光条纹的中心线的交点得到第i帧工件的待焊接头的图片中焊缝坡口边缘第一特征点的像素坐标(u
i1
,v
i1
)和第二特征点的像素坐标(u
i2
,v
i2
)；i＝1,2,
…
,n，n为工件的待焊接头的图片的总数；将焊缝坡口边缘第一特征点的像素坐标(u
i1
,v
i1
)和第二特征点的像素坐标(u
i2
,v
i2
)转化为结构光轨迹扫查仪下的三维坐标(x
i1
,y
i1
,z
i1
)、(x
i2
,y
i2
,z
i2
)；对焊缝坡口边缘第一特征点的三维坐标(x
i1
,y
i1
,z
i1
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B1的坐标；对焊缝坡口边缘第二特征点的三维坐标(x
i2
,y
i2
,z
i2
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B2的坐标：
其中，为样条曲线B1的坐标，B
i1,k
(u)为求取样条曲线B1时的第i个k阶拟合参数；为样条曲线B2的坐标，B
i2,k
(u)为求取样条曲线B2时的第i个k阶拟合参数；通过样条曲线B1的坐标、样条轨迹曲线B2的坐标求取工件的待焊接头的中心线的坐标。5.根据权利要求1所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，所述结构光轨迹扫查仪还用于，拍摄工件的已焊焊缝图片并将工件的已焊焊缝图片发送至所述控制器；所述控制器还用于，控制机械手带动结构光轨迹扫查仪沿工件的已焊焊缝移动并使结构光轨迹扫查仪与工件的已焊焊缝保持预设距离及预设夹角，以及，按照下述步骤根据工件的已焊焊缝的图片识别工件的焊缝质检中心线的坐标和焊缝最高点所在直线的坐标：采用RNN神经网络提取每一帧工件的已焊焊缝图片中包含焊缝的核心区域，通过直线检测法提取核心区域内激光条纹的中心线，获取激光条纹的中心线的交点得到第m帧工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第一特征点的像素坐标(u
m1
,v
m1
)和第二特征点的像素坐标(u
m2
,v
m2
)，获取激光条纹的中心线上二阶导数为零的点得到焊缝最高点的像素坐标(u
m3
,v
m3
)，m＝1,2,
…
,o，o为工件的已焊焊缝图片的总数；将工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第一特征点的像素坐标(u
m1
,v
m1
)和第二特征点的像素坐标(u
m2
,v
m2
)以及工件的焊缝最高点的像素坐标(u
m3
,v
m3
)转化为CCD相机坐标系下的三维坐标(x
m1
,y
m1
,z
m1
)、(x
m2
,y
m2
,z
m2
)、(x
m3
,y
m3
,z
m3
)；对工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第一特征点的像素坐标(x
m1
,y
m1
,z
m1
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B4的坐标；对工件的已焊焊缝图片中焊趾边缘第二特征点的像素坐标(x
m2
,y
m2
,z
m2
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B5的坐标；对工件的焊缝最高点的像素坐标(x
m3
,y
m3
,z
m3
)的集合进行曲线拟合得到样条曲线B6的坐标：
其中，为样条曲线B4的坐标，B
m4,k
(u)为求取样条曲线B4时的第m个k阶拟合参数；为样条曲线B5的坐标，B
m5,k
(u)为求取样条曲线B5时的第m个k阶拟合参数；为样条曲线B6的坐标，B
m6,k
(u)为求取样条曲线B6时的第m个k阶拟合参数；样条曲线B6的坐标工件为焊缝最高点所在直线的坐标；通过样条曲线B4的坐标、样条轨迹B5的坐标求取焊缝质检中心线的坐标。6.根据权利要求5所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，还包括质检探头；所述控制器还用于控制所述机械手带动所述质检探头根据所述焊缝质检中心线移动对焊缝进行质检。7.根据权利要求5所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，还包括打磨磨头；所述控制器还用于控制所述机械手带动所述打磨磨头沿焊缝最高点所在直线移动对已焊缝进行打磨。8.根据权利要求5所述的一种结构件的空间位姿识别系统，其特征在于，所述结构光轨迹扫查仪包括固定支架、CCD相机和激光发生器；所述固定支架与所述机械手的最外端连接；所述CCD相机固定在固定支架上，CCD相机的中轴线与所述工件的待焊接头或已焊焊缝所在平面垂直；所述激光发生器固定在固定支架上，发出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢春雷，方荣超，丁贺，王河，赵小辉，王浩，蔡宇，
申请(专利权)人：徐州徐工挖掘机械有限公司，
类型：发明
国别省市：