【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3d视觉领域，尤其涉及一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法与系统。
技术介绍
1、钢结构具备材料强度高、塑性及韧性好、抗震性能好、工业装配化程度高、综合经济效益优以及绿色环保等众多优点，在桥梁、船舶、海工装备等行业应用广泛。随着我国经济发展与基建能力的提升，对大型钢结构桥梁的建设需求不断增大，提高其制造效率与稳定性是有待继续解决的难题。
2、焊接是钢结构中厚板制造的核心工序和关键技术，焊接质量直接影响桥梁的服役性能。目前，我国大型钢结构中厚板制造仍主要采用手工电弧焊接、半自动埋弧焊接方法，存在效率低、人工依赖度高、质量不稳定等问题。而自动化焊接以其一致性好、稳定性强、人工参与度少的优点，目前已经在制造领域得到极为广泛的应用。将自动化焊接技术应用于大型钢结构桥梁的焊接，通过视觉技术监控指导焊接过程，实现自动的焊前定位与监测，能够有效提高焊接质量与焊接效率，解决实际工程问题，促进桥梁制造业的发展。
3、值得关注的是，对于工程工件坡口焊接的实用过程中，目前采用的通常是的半自动机器人示教编程，需要人工定位焊点，操作复杂且效率低下。以结构光相机为代表的视觉传感器因具有测量信息丰富、测量精度较高、抗电磁干扰能力强等优势，备受学术界和工业界的青睐。结构光相机可以自动、有效的获取工件整体或局部的三维信息，在工件定位、焊缝特征点提取、焊中位置实时调整中均能发挥左右，与现有的常用的定位方法相比，本方法能够实现焊接过程的全线高度自动化，具有巨大的发展潜力与研究意义。
4、鉴于此，本专利技术提出一种用
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法与系统。
2、本专利技术是这样实现的，一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，该方法包括：
3、s1、面结构光相机从不同视角拍摄工件，获取多点多角度下工件局部表面点云数据；
4、s2、对所获取的每帧点云数据进行预处理，剔除无效数据点；
5、s3、基于预处理结果配准点云，建立工件完整的逆向模型；
6、s4、基于所获得的工件模型，识别并提取坡口特征，获取起焊点三维坐标以及坡口特征中包含的三维数据点坐标；
7、s5、将所获得的三维坐标转换到机器人坐标系下，并发送给控制焊枪的机器人，控制焊枪移动到指定位置完成焊接。
8、进一步，所述步骤s1包括：
9、在所述工件斜上方设定拍摄初始位置，通过机械臂带动相机绕工件一周连续拍摄，从而获取工件多点多角度表面点云数据；
10、所述面结构光相机能够一次获取相机视场内全部三维信息，包括现场环境、工件表面、实验平台、噪声数据等，并以点云数据格式存储。
11、进一步，所述步骤s2包括：
12、对所述每帧点云数据应用点云下采样方法，进行数据的提取与简化；
13、对简化后的点云数据应用平面提取算法，去除地面；
14、应用离群点去除算法与滤波去噪方法，去除干扰噪声数据，得到有效点云数据集。
15、进一步，所述步骤s3包括：
16、对所述预处理完成的点云帧应用点云配准算法，依次两两配准，得到完整的工件逆向模型；
17、将所述工件逆向模型旋转至初始位置，保证其上每一点三维坐标与实际工件位置保持一致。
18、进一步，所述步骤s4包括：
19、根据坡口位置的局部特征，结合特征点邻域内法线与曲率特征等建立局部特征模型；
20、根据所述特征模型遍历所有数据点及其邻域，提取符合要求的坡口特征点；
21、提取所述坡口特征线在相机坐标系下的三维坐标，将坡口端点保存为起焊点。
22、进一步，所述步骤s5包括：
23、计算相机坐标系、机器人坐标系与工件坐标系间的变换矩阵，将相机坐标系下坡口与起焊点的三维坐标转换到机器人坐标系下；
24、设定系统与机器人间数据传输的格式，将转换后的三维坐标数据按照传输格式发送到机器人端；
25、机器人解析起焊点与坡口数据坐标，带动焊枪移动到起焊点位置，并基于坡口数据坐标进行焊接。
26、本专利技术另一目的在于提供一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位系统，包括龙门架、机器人、面结构光相机和分析模块：
27、所述机器人固定在所述龙门架上。龙门架能够带动机器人进行横向与纵向移动；
28、所述面结构光相机可拆卸的安装于所述机器人上，用于从多点多视角采集工件表面点云数据；
29、所述分析模块与所述面结构光相机相连，控制相机的开启、关闭与点云采集，并实现所述方法的步骤。
30、本专利技术另一目的在于提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述方法的步骤。
31、本专利技术另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法的步骤。
32、本专利技术另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位系统。
33、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
34、第一、在现代桥梁建设中，焊接工艺是保障结构安全的关键步骤之一。传统的焊前坡口定位方法依赖于人工示教，这不仅耗时耗力，而且易受操作人员技能水平的影响，导致焊接质量的波动。针对这一问题，本专利技术提供了一种免示教的焊前坡口定位方法及系统，该系统利用面结构光相机扫描工件表面，快速获取点云数据。通过对点云数据的多点多视角扫描，本系统能够集成更多视角的局部点云数据集，极大提高了数据的维度和精确度。此外，系统通过先进的数据处理算法，自动提取出有效的数据点，并配准这些数据点以建立工件的逆向模型，从而实现高精度的坡口与起焊点定位。
35、本技术方案中的关键创新之一是建立了一种点云局部特征的计算模型，该模型能够准确识别并提取出符合特定坡口与起焊点特征的数据点。这种方法不仅提高了定位的精确度，还大大缩短了焊接前的准备时间。通过这种免示教的定位系统，可以实现焊接过程中的自动化，有效减少人为错误，提高焊接效率和质量。更重要的是，该系统的通用性使其能够适用于不同类型的工件和坡口特征，证明了其在实际工业应用中的广泛适用性和优越性。
36、综上所述，本专利技术的免示教焊前坡口定位方法与系统不仅技术先进，能够提供更为精确和稳定的工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
5.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
6.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
7.一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位系统，其特征在于，包括龙门架、机器人、面结构光相机和分析模块：
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位系统。
...【技术特征摘要】
1.一种用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
5.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
6.根据权利要求1所述的用于桥梁钢的免示教焊前坡口定位方法，其特征在于，所述步骤s5包括：
7.一种用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋平，陈以诺，舒乐时，仇越，耿韶宁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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