[发明专利]一种点云中的结构加强筋焊缝定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种点云中的结构加强筋焊缝定位方法及系统，包括以下步骤：S1：在结构加强筋点云中筛选出曲率特征丰富的候选焊缝点；S2：分割结构加强筋的底板平面及与其相交的两个侧板平面，并拟合其平面方程；S3：以步骤S2中得到的平面方程作为约束，从曲率特征丰富的候选焊缝点中筛选出最终的有效焊缝点，完成结构加强筋焊缝定位。本发明使有效焊缝点既符合几何约束，又能真实反映出实际的焊缝位置，避免出现焊枪碰撞或虚焊等情况，焊缝定位结果准确可靠。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，具体涉及一种点云中的结构加强筋焊缝定位方法及系统。

背景技术

在焊接工业中，视觉技术能够帮助机器人自主定位焊缝，提高机器人焊接的精度、效率以及自动化程度。目前大多数的焊缝定位技术基于线激光型3D相机，先从图像中识别激光条纹与焊缝交点的像素位置，再转换为焊缝点的三维坐标。这种方法需要精确移动装置带动线激光型3D相机扫描整条焊缝，且需要经过多次测量才能定位出完整的焊缝，效率较低。面结构光型3D相机不需要移动装置的辅助，通过一次测量即可精确地获取到焊缝所在的面型范围内的工件表面点云。直接从面结构光型3D相机获取的点云中定位焊缝，能够提升焊接的效率。

目前还没有成熟的三维特征识别方法能够实现从点云中直接定位焊缝，需要结合工件本身的立体几何结构进行分析。结构加强筋焊缝位于底板与侧板的相交处，通过面面相交关系虽然能够获取理想的焊缝直线方程，但实际实验表明，理想的直线方程并非焊缝的真实反映，沿此直线进行焊接会出现焊枪碰撞或虚焊。因此，仅通过特征识别法或立体几何分析法都难以准确地从点云中定位加强筋焊缝。

发明内容

本发明的目的是提供一种点云中的结构加强筋焊缝定位方法及系统，使有效焊缝点既符合几何约束，又能真实反映出实际的焊缝位置，避免出现焊枪碰撞或虚焊等情况，焊缝定位结果准确可靠。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种点云中的结构加强筋焊缝定位方法，包括以下步骤：

S1：在结构加强筋点云中筛选出曲率特征丰富的候选焊缝点；

S2：分割结构加强筋的底板平面及与其相交的两个侧板平面，并拟合其平面方程；

S3：以步骤S2中得到的平面方程作为约束，从曲率特征丰富的候选焊缝点中筛选出最终的有效焊缝点，完成结构加强筋焊缝定位。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1具体为：

通过建立结构加强筋点云的邻域数据结构，采用协方差分析法对点云中点的邻域曲率进行估计，构建点云中每个点邻域协方差矩阵；

以协方差矩阵的最小特征值作为邻域曲率的估计值，并设置曲率阈值；

筛选出所有邻域曲率大于阈值的点，即为曲率特征丰富的候选焊缝点。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：

基于随机采样一致性的平面分割算法，通过随机采样的方式得到采样平面，将符合采样平面内点数目阈值的平面内点从原始点云集合中提取出来，拟合新的有效平面；

当提取出底板平面和与其相交的两个侧板平面后，点云集合中的点数不满足最小点数的要求，则终止算法，并得到三个有效平面参数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体为：

结合步骤S2得到的平面方程为约束，对候选焊缝点进行再次筛选；

计算候选焊缝点到底板平面及与其相交的两个侧板平面的各自距离，当候选焊缝点满足到底板平面的距离小于3mm且到侧板平面的距离小于1mm时，为有效焊缝点。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1具体包括以下步骤：