一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法，涉及焊接技术领域，包括：三维测量模块，用于对大型构件进行三维测量，三维重建模块，用于对大型构件进行三维建模，三维测量模块与三维重建模块之间信号连接，三维测量模块包括结构光投影模块、高精度协同CMOS相机模块、高速图像采集板卡模块与图像处理控制模块。主被动混合三维测量可有效抑制环境干扰，提高大型复杂构件三维测量精度和系统环境适应能力，因此针对复杂构件的零件结构尺寸和测量校正精度等技术要求，同时由双目立体视觉传感器连续同步采集经过构件面形调制的结构光图像，依据采集图像包含的结构光特征信息完成双目视觉传感器对应像素匹配。征信息完成双目视觉传感器对应像素匹配。征信息完成双目视觉传感器对应像素匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体为一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法。

技术介绍

[0002]单矿年生产能力达3400万吨以上，两个露天矿拥有190台154吨级及以上的矿用电动轮自卸卡车、28台斗容20～55m3电铲(电动挖掘机)以及1台8750
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65型斗容90m3吊斗铲，在生产过程中上述设备的厢斗及铲斗需要定期下机维修，准能设备维修中心负责对这些设备的卡车厢斗、吊斗铲铲斗、电铲铲斗焊修及耐磨材料焊接工作，目前每年焊接量为58件，平均每件焊修周期为1个月。
[0003]目前，所有焊接和切割工作全部由人工完成，日常焊接工作量大，而且随着设备运行时间长厢斗、铲斗重复焊修次数增多，焊修工作量也随之增加，现有的焊接工人已经无法满足逐渐增加的焊修量，且存在工人劳动环境恶劣、焊接质量不稳定、生产效率低、生产管理费时费力、生产数据完整性及真实性不足等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供的专利技术目的在于提供一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法，解决上述
技术介绍
中的问题。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统，该基于机器视觉的焊接手眼标定系统包括三维测量模块和三维重建模块，三维测量模块用于对大型构件进行三维测量；三维重建模块用于对大型构件进行三维建模；所述三维测量模块与三维重建模块之间信号连接，所述三维测量模块包括结构光投影模块、高精度协同CMO步骤S1相机模块、高速图像采集板卡模块与图像处理控制模块，所述三维重建模块包括大型构件多视图拼接模块、点云精简压缩采用模块与点云数据增强修复模块。
[0006]进一步的，所述结构光投影模块包括结构光编码优化正弦相移模块与灰阶编码条纹模块。
[0007]进一步的，所述构光投影模块与高精度协同CMO步骤S1相机模块之间信号连接，所述高精度协同CMO步骤S1相机模块与高速图像采集板卡模块之间信号连接，所述高速图像采集板卡模块与图像处理控制模块之间信号连接。
[0008]进一步的，所述大型构件多视图拼接模块与点云精简压缩采用模块之间信号连接，所述点云精简压缩采用模块与点云数据增强修复模块之间信号连接。
[0009]根据本申请的另一方面，还提供了一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统的标定方法，应用于上述任意一项所述的一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统，包括以下步骤：
[0010]步骤S1、在机械臂上布置三维测量模块，机械臂安装在龙门架Z轴上，可延龙门架XYZ三轴的各个方向的滑轨移动。
[0011]步骤S2、基于高精度协同CMO步骤S1相机模块的硬件和光学系统标定，控制构光投影模块结构光编码优化正弦相移和灰阶编码条纹完成光源的调整，随后利用相位一致性和空间三角法构件左右两个高精度协同CMO步骤S1相机模块匹配关系，最后完成高精度三维点云获取。
[0012]步骤S3、利用大型构件多视图拼接模块对大型构件进行多视图扫描拼接。
[0013]步骤S4、利用点云精简压缩采用模块对点云精简压缩采用，完成数据处理。
[0014]步骤S5、利用点云数据增强修复模块，对点云数据修复增强。
[0015]进一步的，包括以下步骤：根据步骤S1中的操作步骤，拍摄工件局部图像，经图像拼接软解处理后行程整个厢斗底部的全景图像，同时可提取识别焊缝图像特征。
[0016]进一步的，包括以下步骤：根据步骤S2中的操作步骤，制定基于结构光投影的双目立体视觉测量识别总体方案，控制投影设备行进结构光投影，同时由双目立体视觉传感器连续同步采集经过构件面形调制的结构光图像，依据采集图像包含的结构光特征信息完成双目视觉传感器对应像素匹配，然后根据空间三角法进行三维深度测量。
[0017]进一步的，包括以下步骤：根据步骤S3中的操作步骤，相位一致性原理构建左右相机匹配关系，结合精确系统标定参数，根据空间三角法进行单次三维重建，针对大型复杂构件，协同多模块三维成像进行多个幅面重建，然后进行多视角拼接即可得到全景形貌。
[0018]进一步的，包括以下步骤：根据步骤S4中的操作步骤，删除和优化冗余点云，实现大规模点云数据精简，提高视觉分析系统处理效率，识别面形变化剧烈区域，基于点云增强修复方法滤除噪声和奇异点、填补孔洞等非连续区域，以实现大面型复杂构件的高精度三维重建。
[0019]进一步的，包括以下步骤：根据步骤S5中的操作步骤，通过构造点云的显著度函数计算散乱点的显著度，采用点间测地距和显著度求取模型顶点分类值，基于各顶点测地距离构建多个Reeb图，再经过拓扑化映射形成标准平面域提取三维模型的本质结构，进而融合二维三维数据，分别提取面型和轮廓特征，提高工件三维外形特征提取的自适应性和稳定性。
[0020]本专利技术提供了一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法。具备以下有益效果：
[0021]该基于机器视觉的焊接手眼标定系统及使用方法，由于拍摄目标为15m*8m的箱型结构件，结构复杂尺寸大，测量现场环境复杂，背景物体干扰严重，以致拍摄的图像中背景物体与目标难以区分，并且由于光照因素不可控，图像中目标边界处并无明显的灰度梯度变化，主被动混合三维测量可有效抑制环境干扰，提高大型复杂构件三维测量精度和系统环境适应能力，因此针对复杂构件的零件结构尺寸和测量校正精度等技术要求，基于双目机器视觉测量识别原理，制定基于结构光投影的双目立体视觉测量识别总体方案，控制投影设备行进结构光投影，同时由双目立体视觉传感器连续同步采集经过构件面形调制的结构光图像，依据采集图像包含的结构光特征信息完成双目视觉传感器对应像素匹配，然后根据空间三角法进行三维深度测量。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法的总系统图；
[0023]图2为本专利技术一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及使用结构光投影模块的示意图；
[0024]图3为本专利技术一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统及标定方法的使用方法示意图。
[0025]图中：1、三维测量模块；2、三维重建模块；10、结构光投影模块。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明：
[0029]请参阅图1、图2和图3，本专利技术提供一种技术方案：一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统，该基于机器视觉的焊接手眼标定系统包括三维测量模块1和三维重建模块2；三维测量模块1用于对大型构件进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统，其特征在于，包括：三维测量模块(1)，用于对大型构件进行三维测量；三维重建模块(2)，用于对大型构件进行三维建模；所述三维测量模块(1)与三维重建模块(2)之间信号连接，所述三维测量模块(1)包括结构光投影模块(10)、高精度协同CMOS相机模块、高速图像采集板卡模块与图像处理控制模块，所述三维重建模块(2)包括大型构件多视图拼接模块、点云精简压缩采用模块与点云数据增强修复模块。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的焊接手眼标定系统，其特征在于：所述结构光投影模块(10)包括结构光编码优化正弦相移模块与灰阶编码条纹模块。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的焊接手眼标定系统，其特征在于：所述构光投影模块(10)与高精度协同CMOS相机模块之间信号连接，所述高精度协同CMOS相机模块与高速图像采集板卡模块之间信号连接，所述高速图像采集板卡模块与图像处理控制模块之间信号连接。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的焊接手眼标定系统，其特征在于：所述大型构件多视图拼接模块与点云精简压缩采用模块之间信号连接，所述点云精简压缩采用模块与点云数据增强修复模块之间信号连接。5.一种基于机器视觉的焊接手眼标定系统的标定方法，其特征在于，应用于权利要求1至4中任意一项所述的基于机器视觉的焊接手眼标定系统，包括以下步骤：步骤S1、在机械臂上布置三维测量模块(1)，机械臂安装在龙门架Z轴上，可延龙门架XYZ三轴的各个方向的滑轨移动；步骤S2、基于高精度协同CMOS相机模块的硬件和光学系统标定，控制构光投影模块(10)结构光编码优化正弦相移和灰阶编码条纹完成光源的调整，随后利用相位一致性和空间三角法构件左右两个高精度协同CMOS相机模块匹配关系，最后完成高精度三维点云获取；步骤S3、利用大型构件多视图拼接模块对大型构件进行多视图扫描拼接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利军，田丰，呼木吉力吐，郭俊义，于德君，乔硕，栗飞，
申请(专利权)人：神华准格尔能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：