一种船舶结构板焊缝自动获取方法和自动获取系统技术方案

本发明专利技术属于船舶制造技术领域，具体提供了一种船舶结构板焊缝自动获取方法和自动获取系统。本发明专利技术在船舶结构板小组立自动焊接装配线原有的辊子输送线、龙门结构基础上增加了横向扫描运动机构和激光测头组，通过多测头组件的连续扫描运动获得预装配结构板的轮廓信息，进行针对点云数据的并行分区实时采集处理、分层处理、8邻域边缘识别算法、移动窗口连通法闭合区域识别算法、分块算法、焊缝数据提取算法、排序算法等处理，获得结构板焊缝数据，完成智能化自动焊接。本发明专利技术方法简单，实现了船舶结构板小组立自动焊接装配线的智能化生产；大大减小船舶结构板小组立自动焊接装配线工作人员的工作量，进一步提高自动焊接装配线的生产效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶结构板焊缝自动获取方法和自动获取系统


[0001]本专利技术属于船舶制造
，具体涉及一种船舶结构板焊缝自动获取方法和自动获取系统。

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，直接关系到船舶建造的质量和效率。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。船舶建造过程中的中小组立构件结构单一、数量庞大，作为船舶建造中的重要中间产物，适合在机器人装配流水线进行制造。使用机器人进行中小组立工件焊接，具有生产效率高、所需人数少、产品质量稳定和检测性能优异等优点。深入研究船舶中小组立焊接机器人的发展情况及其应用的关键技术，具有较强的现实意义和应用价值。
[0003]按照焊接对象的不同，焊接作业机器人可被划分成型材和管材焊接作业机器人、便捷性焊接作业机器人、中组立形式焊接作业机器人和小组立形式焊接作业机器人。小组立生产指将2个零件装配成1个组件；中组立生产指将零件或小组立生产组件与小组立生产组件装配成1个较大组件。传统“地摊式”小组立的制作是在定盘上将钢板依次排开，工件位置不发生移动，通过人工点焊的方式将加强筋和钢板逐块装配，然后进行焊接、翻身、背烧和打磨。
[0004]可见传统方式虽然投资成本低，但占地面积大，质量不稳定，生产效率低，目前主流焊接小车和焊接机器人设备只能焊接最简单的先行小组立，很难焊接复杂的小组立(如纵向筋板+横向筋板+肘板及包角等)，我国很多造船企业便是采用焊接小车焊接最简单的先行小组立部件。由于船舶中小组立焊接的结构重复、单一，比较适合采用机器人流水线生产，故机器人自动焊接技术在船舶制造中有着广泛的应用前景。中小组立焊接作业多为对接和角接，使用的机器人常以悬挂式多关节焊接机器人和小型便携式焊接机器人为主。采用机器人进行小组立焊接装配时，将生产过程转化为生产线的每一个焊接工位，被焊对象随着生产过程流动，每一道工序都有指定的焊接机器人，形成的整套焊接流水工位包括进料区域、装配工位、机器人焊接工位、修补工位、背烧工位和托盘区域，此系统的修补区域可进行焊接质量检测，对焊接缺陷进行优化；焊接过程中产生的应力变形可在背烧工位得到释放，每个工位各司其职，职能互不交叉。工件以零件形式流入，以合格小组立形式流出，相较于传统小组立焊接形式，该系统无论从效率还是安全性上都有较大提升。但是小组立形式焊接作业仍然存在的问题是：1、焊接作业前需要获得结构板模型数据、编制自动焊接焊缝程序并编制自动化流程，这个过程一般由船舶的设计人员根据小组立装配产线的自动化控制形式编制，由于焊接组件种类繁多，这无疑是一项繁重的工作；2、在焊接时还需要确认结构板摆放位置和方向，并将自动焊接焊缝程序进行修正并与之进行匹配，前期准备的工作量巨大。综上，现有的小组立形式焊接作业因前期工作量巨大，存在着效率低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种船舶结构板焊缝自动获取方法和自动获取系统，以克服现有技术存在的因前期工作量巨大，导致效率低的问题。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：
[0007]所述的系统为船舶结构板小组立自动焊接装配线，参与扫描操作的零部件包括辊子输送线、龙门结构、横向运动机构、横向运动机构上设置的激光测头组，所述测头为线结构光扫描测头；
[0008]所述方法包括以下步骤
[0009]步骤一、结构板轮廓点云数据获取：应用线结构光扫描测头，采用并行分区实时数据处理方法，得到的结构板轮廓点云数据；
[0010]步骤二、建立扫描数据坐标系：
[0011]步骤三、扫描零件，进行零件底板与筋板的粗分层处理：
[0012](一)以上端外接拟合的原则，将辊道输送线的辊子顶部数据点拟合为单块底板基底平面S1；将所有数据点的坐标系由平面S1所在坐标系中变换到以平面S2为基准平面的坐标系中，进行底板与筋板的粗分层识别；
[0013]步骤四：进行并行的底板数据和筋板数据处理两个部分：
[0014]第一部分底板数据处理，包括顺序进行的以下处理：
①
通过8邻域判别标准，进行底板边缘识别；
②
对各分区的底板边缘数据进行粗拼接和精细拼接两个步骤完成数据的拼接处理；
③
提出移动窗口连通法对结构板底板的边缘数据进行闭合分块；
④
各个联通区域包容性判断；
⑤
结构板底板分块；
[0015]第二部分筋板数据处理，包括顺序进行的以下处理：
①
筋板数据滤波、拼接；
②
筋板数据分层处理；
③
筋板焊缝数据处理；
④
获取筋板厚度。
[0016]步骤五、按照首末坐标包容原则将焊缝数据归属到不同的底板区域：
[0017]焊缝归属性判断，在XOY坐标系中，识别各个焊缝数据的四个坐标极值点(无下坐标值为随机数据)：
[0018]焊缝数据1：(x
′
max
‑1,y
′
)、(x
′
min
‑1,y
′
)、(x
′
,y
′
max
‑1)、(x
′
,y
′
min
‑1)；
[0019]焊缝数据2：(x
′
max
‑2,y
′
)、(x
′
min
‑2,y
′
)、(x
′
,y
′
max
‑2)、(x
′
,y
′
min
‑2)；
[0020]焊缝数据3：(x
′
max
‑3,y
′
)、(x
′
min
‑3,y
′
)、(x
′
,y
′
max
‑3)、(x
′
,y
′
min
‑3)；
[0021]……
[0022]焊缝数据1：(x
′
max
‑
i
,y
′
)、(x
′
min
‑
i
,y
′
)、(x
′
,y
′
max
‑
i
)、(x
′
,y
′
min
‑
i
)；
[0023]步骤六、将同一块结构板底板中的焊缝数据按照XOY坐标系中由负到正的顺序编号，完成所有焊缝的获取。
[0024]进一步的，上述步骤一中，当扫描开始时，由龙门结构和横向扫描运动机构联动，实现激光测头组的“Z”字本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述的系统为船舶结构板小组立自动焊接装配线，参与扫描操作的零部件包括辊子输送线(4)、龙门结构、横向运动机构(11)、横向运动机构(11)上设置的激光测头组(12)，所述测头为线结构光扫描测头；所述方法包括以下步骤步骤一、结构板轮廓点云数据获取：应用线结构光扫描测头，采用并行分区实时数据处理方法，得到的结构板轮廓点云数据；步骤二、建立扫描数据坐标系：步骤三、扫描零件，进行零件底板与筋板的粗分层处理：(一)以上端外接拟合的原则，将辊道输送线(4)的辊子顶部数据点拟合为单块底板基底平面S1；将所有数据点的坐标系由平面S1所在坐标系中变换到以平面S2为基准平面的坐标系中，进行底板与筋板的粗分层识别；步骤四：进行并行的底板数据和筋板数据处理两个部分：第一部分底板数据处理，包括顺序进行的以下处理：
①
通过8邻域判别标准，进行底板边缘识别；
②
对各分区的底板边缘数据进行粗拼接和精细拼接两个步骤完成数据的拼接处理；
③
提出移动窗口连通法对结构板底板的边缘数据进行闭合分块；
④
各个联通区域包容性判断；
⑤
结构板底板分块；第二部分筋板数据处理，包括顺序进行的以下处理：
①
筋板数据滤波、拼接；
②
筋板数据分层处理；
③
筋板焊缝数据处理；
④
获取筋板厚度；步骤五、按照首末坐标包容原则将焊缝数据归属到不同的底板区域：焊缝归属性判断，在XOY坐标系中，识别各个焊缝数据的四个坐标极值点(无下坐标值为随机数据)：焊缝数据1：(x
′
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‑1，y
′
)、(x
′
min
‑1，y
′
)、(x
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max
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‑1)；焊缝数据2：(x
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max
‑2，y
′
)、(x
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min
‑2，y
′
)、(x
′
，y
′
max
‑2)、(x
′
，y
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min
‑2)；焊缝数据3：(x
′
max
‑3，y
′
)、(x
′
min
‑3，y
′
)、(x
′
，y
′
max
‑3)、(x
′
，y
′
min
‑3)；
……
焊缝数据1：(x
′
max
‑
i
，y
′
)、(x
′
min
‑
i
，y
′
)、(x
′
，y
′
max
‑
i
)、(x
′
，y
′
min
‑
i
)；步骤六、将同一块结构板底板中的焊缝数据按照XOY坐标系中由负到正的顺序编号，完成所有焊缝的获取。2.根据权利要求1所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤一中，当扫描开始时，由龙门结构和横向扫描运动机构(11)联动，实现激光测头组(12)的“Z”字形或“弓”字形扫描运动，完成设定区域的全覆盖扫描。3.根据权利要求1所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤一中，激光测头组(12)由两个或多个测头等间距排列组成，测头排布时要求相邻测头的扫描区域有重叠，重叠扫描长度为Δy，设扫描区域宽度为ΔY，激光测头组(12)由n个测头组成，测头的采样间隔为δ，采样频率为k，单次扫描宽度为d，单次采样点数为N。4.根据权利要求1所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤一中，横向扫描运动机构(11)的运行速度为：v
11
＝δk。
5.根据权利要求4所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤一中，当采用“Z”字形扫描运动龙门结构(9)的运行速度为：6.根据权利要求1所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤一中，将高精度矩形标准尺作为标准件，在测量前需要对激光测头组(12)各个测头的空间位姿进行调整和标定，获得各个测头之间的空间位姿修正系数。7.根据权利要求1所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤二的具体步骤是：(一)、在测头坐标系下，扫描辊道输送线(4)的辊子顶部高度数据，形成结构板安放底板的空间高度三维数据，以测头激光的Z轴方向为法线方向；(二)以龙门运动方向为X轴，以扫描运动方向为Y轴，以底板基底平面的法向方向为Z轴，以X轴、Y轴的运动零位为X、Y零位，以底板基底平面的Z轴位置为Z轴零位，三轴的正方向满足右手定则，从而建立扫描数据坐标系。8.根据权利要求7所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述进行底板与筋板的粗分层识别：以底板平均基底平面S1为Z轴基准，进行结构板轮廓高度扫描获取，设定底板最高高度阈值t，当扫描点的Z轴坐标不大于t时，将该点定义为底板数据，当扫描点的Z轴坐标大于t时，将该点定义为筋板数据。9.根据权利要求8所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤四第一部分中，所述
①
，是通过8邻域判别标准，进行底板边缘识别：正对底板数据点A，按如下标准判断其是否为底板边缘点：当对点A进行识别时，若点A的Z轴坐标值Za＜0或Za＞t，则不做处理，跳入下个点的识别；若点A的Z轴坐标值t≥Za≥0，则以该点为中心，获取其相邻的8个点，即该点的八邻域点。若该八邻域点中有一个点的Z轴坐标值Z8＜0或Z8＞t，则点A即作为底板的边缘点。10.根据权利要求8所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤四第一部分中，所述
②
，是对各分区的底板边缘数据进行粗拼接和精细拼接两个步骤完成数据的拼接处理：以数据点的X、Y坐标为依据进行粗拼接，以数据边缘10mm宽度范围内的三维形状为特征进行精细拼接，完成数据拼接。完成以上操作获得底板的完整轮廓数据。11.根据权利要求8所述的一种船舶结构板焊缝自动获取方法，其特征在于：所述步骤四第一部分中，所述
③
，提出移动窗口连通法对结构板底板的边缘数据进行闭合分块：建立一个圆形数据窗口，以X、Y坐标最小的点(x
min
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳鹏，薄涛，曹东生，朱金铜，冯忠友，丁建军，李常胜，张珂源，张茹涵，
申请(专利权)人：唐山开元自动焊接装备有限公司，
类型：发明
国别省市：