[发明专利]基于交互式的焊缝曲线提取与自动轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种基于交互式的焊缝曲线提取与自动轨迹生成方法，对机器人视觉系统进行标定，建立焊接件的RGB‑D图像的像素坐标与世界坐标系的三维坐标之间的数学映射关系；基于标定后的机器人视觉系统，提取光栅条纹图像的相位场分布，计算焊接件上物点的物点高度，建立物点高度与相位之间的数学映射关系；对焊接件上焊缝位置进行连续标注；设定兴趣区域，根据焊缝的标注痕迹获取焊接区域的最小包围盒，并提取标注痕迹的中心线，形成特征曲线；对所述特征曲线进行离散，生成路径点集合，并对所述路径点集合进行拟合，生成焊接轨迹，焊接质量和焊接精度高，且能够有效提高加工效率。

技术领域

本发明涉及工业机器人自动化焊接技术领域，尤其是涉及一种基于交互式的焊缝曲线提取与自动轨迹生成方法。

背景技术

焊接技术是金属制造业的三大技术产业之一，在传统的手工焊接操作中，会产生大量的有毒气体、强光电弧及高温，所造成的尘肺病等呼吸系统疾病严重影响了工人的身心健康。同时，操作工人的焊接技术水平、疲劳程度等因素都会影响金属焊接的工作效率、焊接质量以及精度，因此，以工业机器人为载体的自动化焊接技术逐渐成为焊接领域发展的必然趋势。

目前焊接机器人的轨迹规划大多数是通过人工示教的方式对焊枪位置和姿态进行在线示教，由于人工操作主要凭借工人的自身经验，缺乏数据支撑，因此对于规则焊缝来说，往往能够较好的生成焊接轨迹，而对于曲面上的复杂形状焊缝来说，人工示教方式往往不能满足焊接工艺所需要的参数需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于交互式的焊缝曲线提取与自动轨迹生成方法，以解决现有技术中焊接效率低、焊接质量及精度偏低的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种基于交互式的焊缝曲线提取与自动轨迹生成方法，具体包括以下步骤：

S1：对机器人视觉系统进行标定，建立焊接件的RGB-D图像的像素坐标与世界坐标系的三维坐标之间的数学映射关系；

S2：基于标定后的机器人视觉系统，提取光栅条纹图像的相位场分布，计算焊接件上物点的物点高度，建立物点高度与相位之间的数学映射关系；

S3：对焊接件上焊缝位置进行连续标注；

S4：设定兴趣区域，根据焊缝的标注痕迹获取焊接区域的最小包围盒，并提取标注痕迹的中心线，形成特征曲线；

S5：对所述特征曲线进行离散，生成路径点集合，并对所述路径点集合进行拟合，生成焊接轨迹。

进一步的，所述步骤S1建立焊接件的RGB-D图像的像素坐标与世界坐标系的三维坐标之间的数学映射关系的具体方法为：

采用带有预知位置点的标靶作为特征点提取图像，基于所述特征点在像素坐标系中的位置与所述特征点在世界坐标系中的坐标建立对应的数学映射关系，求解深度相机的内参数和外参数；所述特征点在像素坐标系中的位置与所述特征点在世界坐标系中的坐标之间的数学映射关系可表示为：

其中：Z_c为特征点在像素坐标系中的位置；(x_w,y_w,z_w)为特征点在世界坐标系中的坐标；(u,v)为特征点的图像坐标；为深度相机的内参数矩阵；M_w为外参数矩阵。

进一步的，所述步骤S2得到物点高度与相位值之间的数学映射关系的具体方法为：

S201：采用四步相移法并利用机器人视觉系统采集到四幅光栅条纹图像；

S202：对每一次相移的相移值进行赋值，计算区间相位值，并通过解相位方法得到完整的相位值，得到光栅条纹图像中的相位场分布；

S203：根据得到的相位场分布，计算焊接件上物点的物点高度，得到物点高度与相位值之间的数学映射关系。