【技术实现步骤摘要】
一种基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法及系统
[0001]本专利技术涉及焊接
，尤其是指一种基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法及系统。
技术介绍
[0002]在现代制造过程中，工件结构件逐渐朝向着大型化的方向发展。而在焊接过程中形成的焊缝的内应力会影响构件性能，因此对焊缝的打磨加工是不可或缺的。目前，机器人技术已经大量应用在焊缝打磨领域中，主要通过人工示教和机器人离线编程进行打磨轨迹的规划。然而，当前使用的方法存在一系列问题。
[0003]其中，人工示教的方式会带来耗时长、效率低的问题。机器人编程技术尽管可以利用已知工件的空间信息生成复杂的加工路径，但是针对不同的打磨工况和环境变化的稳定性和适应性不够，难以达到高精度打磨过程的要求。因此，以上实施方式都难以满足现代工业制造对机器人打磨效果提出越来越高的要求。
技术实现思路
[0004]为此，本专利技术的目的在于提供一种基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法及系统，能够根据焊缝的特征，自主规划形成平滑、稳定的打磨路径，打磨效率高、适用性强。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法，包括以下步骤：
[0006]S1、采用激光视觉传感器获取焊缝表面轮廓，建立焊缝坐标系；
[0007]S2、基于轮廓点云数据，通过特征提取算法获取焊缝的最高点以及焊缝与母材平面的两边缘过渡点；
[0008]S3、将焊缝沿其延伸方向进行分割形成多个焊缝截面，将每个焊缝截面近似矩形处理；>[0009]S4、将焊缝截面分割为若干面积相等的小矩形，获取每个小矩形的中心点作为打磨路径点，将多个焊缝截面的打磨路径点进行拟合，以生成打磨路径。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述激光视觉传感器包括激光发生器、调光镜组及CCD成像平面，在步骤S1中，通过所述激光视觉传感器获取焊缝表面轮廓，包括以下步骤：
[0011]S1
‑
1、采用所述激光发生器发射激光，激光透过调光镜组之后形成线激光，所述线激光投射在焊缝表面，在焊缝表面形成具有特征的线性激光条纹；
[0012]S1
‑
2、通过所述CCD成像平面接收所述线性激光条纹并形成焊接坡口的激光条纹图像；
[0013]S1
‑
3、基于激光条纹图像，对原始图像进行阈值分割，以剔除部分焊缝位置反光干扰；
[0014]S1
‑
4、基于激光中心线提取算法，将激光条纹图像中投射到焊缝表面的激光条纹的二维像素坐标值提取出来；同时，基于设计的激光结构光视觉的视觉标定系统，通过激光
平面转换和手眼转换，将二维像素坐标转换到机器人基坐标系，并进行进一步点云处理，以重建该位置处待打磨的焊缝表面三维形貌。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述点云处理方法包括：点云统计学滤波、体素降采样滤波、区域生长分割和欧式聚类分割的过程。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在步骤S1中，还包括步骤S1
‑
5、设置激光视觉传感器随着机器人末端移动形成扫描路径，在扫描路径中固定间隔的位置在焊缝表面重复上述步骤S1
‑
1～S1
‑
4，获取焊缝在各个点位的焊缝表面三维形貌。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述扫描路径的设置方法包括：
[0018]基于工件和机器人空间位置的固定扫描路径，通过路径插值的方式设置扫描拍照点位；
[0019]或，设定初始扫描位置后，通过自动搜索焊缝特征点的消失位置作为终止扫描位置；
[0020]或，在待焊焊缝起始和终止位置同时确定一个搜索激光特征。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，在所述焊缝坐标系中，定义所述的焊缝方向设定为X方向，则其法向截面方向即为YOZ平面；定义在焊缝扫描的法向YOZ平面存在焊缝和母材平面的边缘点a和b，两个边缘点连接方向为Y方向，两者连接的中点为O点，截面法向的连接方向为Z方向。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，在步骤S2中，所述特征提取方法通过不同的特征点定位方式寻找所需的打磨工具点；基于N个焊缝三维轮廓点云，通过遍历的方式，搜寻在边缘点a和b之间的z值，并通过对比得到z方向的最大值点作为当前拍照位置的待焊焊缝的最高点位置。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，在步骤S3中，将拟完成打磨的焊缝轮廓和每次打磨后的去除的部分都近似为矩形，所获得的焊缝最高点的高度为Hmax，此值则用来近似整个待打磨焊缝的整体高度，所获得的焊缝和母材基板过渡边缘点a和b，其距离Wmax，此值用来近似整个待打磨焊缝的整体宽度，设定每一道打磨去除高度为d，打磨去除宽度为w。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，在步骤S4中，所述打磨路径点的拟合方法为：基于样条曲线的拟合方法，生成平滑并且接近于每一个打磨工具点的路径点点集，并通过插值的方法，生成密集的焊缝最高点的三维空间坐标。
[0025]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种基于激光视觉的焊缝打磨自主规划系统，用于实现上述方法，包括：
[0026]图像采集模块，用于采用激光视觉传感器获取焊缝表面轮廓，建立焊缝坐标系；
[0027]特征点提取模块，基于轮廓点云数据，通过特征提取算法获取焊缝的最高点以及焊缝与母材平面的两边缘过渡点；
[0028]图像处理模块；将焊缝沿其延伸方向进行分割形成多个焊缝截面，将每个焊缝截面近似矩形处理；
[0029]路径拟合模块，将焊缝截面分割为若干面积相等的小矩形，获取每个小矩形的中心点作为打磨路径点，将多个焊缝截面的打磨路径点进行拟合，以生成打磨路径。
[0030]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0031]本专利技术所述的基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法及系统，使用激光视觉传感
器获取焊缝表面轮廓，基于轮廓点云数据，可以通过特征提取算法获得焊缝的最高点以及焊缝和平板的边缘过渡点；基于提出的梯形近似方法，可以有效地将焊道分割为矩形的焊道打磨截面；然后通过重心法可以获得矩形中心点；基于各个拍照位置的矩形中心点，可以进行拟合插值，以生成该层该道次的平滑、稳定的打磨路径。
附图说明
[0032]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中
[0033]图1为本专利技术中基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法的步骤流程图；
[0034]图2为本专利技术中中扫描路径特征点定义的示意图；
[0035]图3为本专利技术中焊道坐标系定义的示意图；
[0036]图4为本专利技术中待打磨焊道简化过程的示意图；
[0037]图5为本专利技术中焊道各个层道的打磨规划结果图；
[0038]图6为本专利技术中激光传感器在各个扫描位置拍照的示意图；
具体实施方式
[0039]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、采用激光视觉传感器获取焊缝表面轮廓，建立焊缝坐标系；S2、基于轮廓点云数据，通过特征提取算法获取焊缝的最高点以及焊缝与母材平面的两边缘过渡点；S3、将焊缝沿其延伸方向进行分割形成多个焊缝截面，将每个焊缝截面近似矩形处理；S4、将焊缝截面分割为若干面积相等的小矩形，获取每个小矩形的中心点作为打磨路径点，将多个焊缝截面的打磨路径点进行拟合，以生成打磨路径。2.根据权利要求1所述的基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法，其特征在于：所述激光视觉传感器包括激光发生器、调光镜组及CCD成像平面，在步骤S1中，通过所述激光视觉传感器获取焊缝表面轮廓，包括以下步骤：S1
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1、采用所述激光发生器发射激光，激光透过调光镜组之后形成线激光，所述线激光投射在焊缝表面，在焊缝表面形成具有特征的线性激光条纹；S1
‑
2、通过所述CCD成像平面接收所述线性激光条纹并形成焊接坡口的激光条纹图像；S1
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3、基于激光条纹图像，对原始图像进行阈值分割，以剔除部分焊缝位置反光干扰；S1
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4、基于激光中心线提取算法，将激光条纹图像中投射到焊缝表面的激光条纹的二维像素坐标值提取出来；同时，基于设计的激光结构光视觉的视觉标定系统，通过激光平面转换和手眼转换，将二维像素坐标转换到机器人基坐标系，并进行进一步点云处理，以重建该位置处待打磨的焊缝表面三维形貌。3.根据权利要求2所述的基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法，其特征在于：所述点云处理方法包括：点云统计学滤波、体素降采样滤波、区域生长分割和欧式聚类分割的过程。4.根据权利要求2所述的基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法，其特征在于：在步骤S1中，还包括步骤S1
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5、设置激光视觉传感器随着机器人末端移动形成扫描路径，在扫描路径中固定间隔的位置在焊缝表面重复上述步骤S1
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1～S1
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4，获取焊缝在各个点位的焊缝表面三维形貌。5.根据权利要求4所述的基于激光视觉的焊缝打磨自主规划方法，其特征在于：所述扫描路径的设置方法包括：基于工件和机...
【专利技术属性】
技术研发人员：张华军，左昱昱，侯震，徐凤靖，
申请(专利权)人：上海赛威德机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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