[发明专利]一种三维焊缝提取方法及系统

说明书

本发明提供一种三维焊缝提取方法及系统，包括：投影仪向目标焊接工件表面分别投射格雷编码图案和相移编码图案；摄像机采集投射有上述图案的目标焊接工件表面的图像；分别对上述图像的格雷编码图案和相移编码图案进行解码，得到对应的解码结果；根据对应的解码结果、摄像机内外参数矩阵和投影仪内外参数矩阵，计算目标焊接工件对应点的三维坐标；根据目标焊接工件对应点的三维坐标，对目标焊接工件进行三维重建；提取三维重建模型表面的焊缝路径点，对焊缝路径点进行拟合，得到焊缝的三维位置模型；基于三维焊缝位置模型中焊缝路径点的单位方向向量，单位接近向量和单位法向量，确定焊缝的三维姿态模型。该方法可以实现对三维焊缝的精确提取。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种三维焊缝提取方法及系统。

背景技术

随着工业技术的不断进步，焊接技术成为一项重要的金属热加工技术，同时在应用的过程中也对该项技术提出越来越高的要求。传统的人工焊接焊接质量受焊接人员的影响很大，难以保证焊接的品质，焊接自动化成为焊接的主要发展方向。

利用焊接机器人进行焊接是实现焊接自动化的途径之一。在利用焊接机器人进行焊接之前首先要完成对焊接工件的焊缝提取。本发明中的焊缝指焊接工件中未填充焊料的缝隙，如图1所示，图1中的1为本发明所述的焊缝。目前，焊缝提取的方法主要是利用双目结构光视觉传感器对焊接工件进行三维重建，进而提取焊接工件的焊缝。但该方法存在一定缺陷: 比如，双目结构光视觉传感器的体积大、成本高，提取精度低，不适用于大多数焊接机器人工作场景等。

发明内容

本发明提供一种三维焊缝提取方法及系统，用以解决现有技术中三维焊缝提取精度低和提取成本高等缺点的缺陷，可以保证对三维焊缝的精确提取。

第一方面，本发明提供了一种三维焊缝提取方法，包括：通过投影仪向目标焊接工件表面分别投射格雷编码图案和相移编码图案；通过摄像机采集投射有所述格雷编码图案的所述目标焊接工件表面的图像和投射有所述相移编码图案的所述目标焊接工件表面的图像；对所述摄像机采集到的图像中的所述格雷编码图案进行解码，得到所述格雷编码对应的十进制数，对所述摄像机采集到的图像中的所述相移编码图案进行解码，得到所述相移编码对应的相位主值，根据所述十进制数和所述相位主值，确定所述摄像机采集到的图像中任意一点的绝对相位值；根据所述摄像机采集到的图像中任意一点的绝对相位值、所述摄像机的内外参数矩阵和所述投影仪的内外参数矩阵，确定所述目标焊接工件的对应点的三维坐标；根据所述目标焊接工件的对应点的三维坐标，对所述目标焊接工件进行三维重建，得到所述目标焊接工件的三维重建模型；提取所述三维重建模型表面的焊缝路径点，对所述焊缝路径点进行拟合，得到焊缝的三维位置模型；基于所述焊缝的三维位置模型中焊缝路径点的方向向量，接近向量和法向量，确定焊缝的三维姿态模型；其中，所述方向向量为单位向量，用于表征焊缝的三维曲线在各采样点处的切线方向；所述接近向量为单位向量，用于表征焊缝的三维曲线在各采样点处与所述焊缝垂直的方向；所述法向量为单位向量，用于表征所述方向向量与所述接近向量做向量积运算在各采样点处得到的方向。

根据本发明提供的三维焊缝提取方法，所述根据所述目标焊接工件的对应点的三维坐标，对所述目标焊接工件进行三维重建，得到所述目标焊接工件的三维重建模型，包括：根据所述目标焊接工件的对应点的三维坐标，得到所述目标焊接工件的三维点云；根据所述目标焊接工件的三维点云进行三维建模，得到所述目标焊接工件的三维重建模型。

根据本发明提供的三维焊缝提取方法，所述根据所述摄像机采集到的图像上任意一点的绝对相位值、所述摄像机内外参数矩阵和所述投影仪内外参数矩阵确定所述目标焊接工件任一点的三维坐标，包括：