CN114952173A - 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN114952173A CN202210610365.0A CN202210610365A CN114952173A CN 114952173 A CN114952173 A CN 114952173A CN 202210610365 A CN202210610365 A CN 202210610365A CN 114952173 A CN114952173 A CN 114952173A
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Abstract

本发明涉及管板焊接技术领域，公开了一种管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质，该方法通过获取待焊接管板的有序点云，根据有序点云生成待焊接管板对应的四角网格数据，待焊接管板包括钢板和多根圆管，对四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格，通过构建四角网格数据提高平面分割的准确性；根据网格面集合计算待焊接管板的待焊接轨迹数量，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异能够适应；根据圆管端面网格提取圆环外层点云，根据待焊接轨迹数量和圆环外层点云提取圆环外轮廓，从而获取管板交线，提高管板焊接的准确性。

Description

管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及管板焊接技术领域，尤其涉及一种管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
管板焊指的是多根相同钢管与钢板的交线处进行焊接的技术，钢管的截面形状多为圆形，钢板多为平面，焊接过程具有重复性。但实际工况中，由于切割工艺瑕疵、热变形等影响因素，钢管端面截面可能呈现椭圆，弧面，或者锯齿等不规则形状。钢板可能存在变形，导致实际焊接面是小曲率的曲面，焊接过程存在差异性。
离线编程和示教编程是管板焊接领域比较常见的焊接方式。离线编程：可一次性生成多条焊接曲线程序，但需要钢管与钢板相交的曲线完全一致，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异无法适应。示教编程：工作量大、工作枯燥、效率低、可移植性差、编程困难。
由于噪声，遮挡，以及圆管侧面管壁的影响，直接对焊接工件进行3D扫描，并不能直接获取管板交线，因此，如何准确获取管板交线位置，提供准确的管板焊接路径是亟待解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中无法直接获取管板交线，导致管板焊接路径规划难的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种管板焊接中圆环外轮廓提取方法，所述管板焊接中圆环外轮廓提取方法包括以下步骤：
获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格；
根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量；
根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云；
根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓。
优选地，所述根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云，包括：
根据所述圆管端面网格提取圆管边缘点云；
计算所述圆管边缘点云中每个圆环点云的点云中心和平均半径；
计算各所述圆环点云中每个顶点与对应的点云中心之间的距离；
根据所述距离判断是否保留对应的顶点，根据保留的顶点提取各圆环外层点云。
优选地，所述根据所述距离判断是否保留对应的顶点，包括：
若所述距离大于对应圆环点云的平均半径，则保留对应的顶点。
优选地，所述对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合之前，还包括：
对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格；
相应地，对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，具体包括：
对所述降噪管板网格进行平面分割，获得网格面集合。
优选地，所述对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格，包括：
对所述四角网格数据中任意四角面片，查找对应的引导法向滤波候选块；
根据所述引导法向滤波候选块进行法向量一致性估计，获得目标候选块；
计算所述目标候选块的引导法向；
根据所述引导法向通过联合双边滤波算法，对所述四角网格数据的网格法向进行滤波，获得滤波后网格法向；
根据所述滤波后网格法向，对所述四角网格数据的网格顶点进行更新，获得降噪管板网格。
优选地，所述根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量，包括：
计算网格面顶点数量阈值；
判断所述网格面集合中各网格面顶点数量是否大于所述网格面顶点数量阈值；
若是，则保留对应的网格面，根据保留的网格面计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量。
优选地，所述根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓之后，还包括：
根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
将所述圆环外轮廓的点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种管板焊接中圆环外轮廓提取装置，所述管板焊接中圆环外轮廓提取装置包括：
生成模块，用于获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
平面分割模块，用于对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格；
计算模块，用于根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量；
提取模块，用于根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云；
所述提取模块，还用于根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被处理器执行时实现如上文所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种管板焊接中圆环外轮廓提取设备，所述管板焊接中圆环外轮廓提取设备包括：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管板焊接中圆环外轮廓提取程序，所述管板焊接中圆环外轮廓提取程序被所述处理器执行时实现如上文所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法的步骤。
本发明中，通过获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管，对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格，通过构建四角网格数据提高平面分割的准确性；根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异能够适应；根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云，根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓，从而获取管板交线，提高管板焊接路径的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的管板焊接中圆环外轮廓提取设备的结构示意图；
图2为本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法实施例中待焊接管板的边缘点云；
图4为本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法实施例中钢板平面边缘点云；
图5为本发明管板焊接中圆环外轮廓方法实施例中圆管端面边缘点云；
图6为本发明管板焊接中圆环外轮廓方法实施例中圆环外轮廓点云；
图7为本发明管板焊接中圆环外轮廓方法实施例中引导法向候选块P*示意图；
图8为本发明管板焊接中圆环外轮廓方法实施例中导向滤波降噪对比图；
图9为本发明管板焊接中圆环外轮廓方法实施例中降噪管板网格；
图10为本发明管板焊接中圆环外轮廓提取装置第一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的管板焊接中圆环外轮廓提取设备结构示意图。
如图1所示，该管板焊接中圆环外轮廓提取设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口，对于用户接口1003的有线接口在本发明中可为USB接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的存储器(Non-volatileMemory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对管板焊接中圆环外轮廓提取设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作***、网络通信模块、用户接口模块以及管板焊接中圆环外轮廓提取程序。
在图1所示的管板焊接中圆环外轮廓提取设备中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与所述后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接用户设备；所述管板焊接中圆环外轮廓提取设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的管板焊接中圆环外轮廓提取程序，并执行本发明实施例提供的管板焊接中圆环外轮廓提取方法。
基于上述硬件结构，提出本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法的实施例。
参照图2，图2为本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法第一实施例的流程示意图，提出本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法第一实施例。
在第一实施例中，所述管板焊接中圆环外轮廓提取方法包括以下步骤：
步骤S10：获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管。
应理解的是，本实施例的执行主体是所述管板焊轨迹生成设备，所述管板焊轨迹生成设备可为个人电脑、工控机或服务器等电子设备，本实施例对此不加以限制。将3D相机固定于所述待焊接管板正上方，触发拍照获取所述待焊接管板的有序点云。对于所述有序点云中的任意一点vi,j，依照行列排序的索引规则查找vi,j的相邻点vi,j+1，vi+1,j+1，vi+1,j。其中，有序点云数据中第i行j列、第i行j+1列、第i+1行j+1列、第i+1行j列分别对应的vi,j，vi,j+1，vi+1,j+1，vi+1,j四个点，这四个点构成一个四角面片，构成四角面片的点称为网格顶点。依据索引关系，添加四角面片，直至搜索完有序点云中的所有点，顶点和四角面片共同构成四角网格。其中每个顶点vi,j的3D空间位置坐标记为(x,y,z)。根据四角面片的顶点位置坐标，计算出每个四角面片的法向量，所有四角面片法向，构成四角网格的面法向集合
Figure BDA0003673014210000061
获得所述待焊接管板对应的四角网格数据，其中NF为四角网格所包含的四角面片个数。
步骤S20：对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格。
需要说明的是，设定网格面夹角阈值θ，对上述管板工件四角网格进行平面分割，提取四角网格面的集合MF。具体为：对任意四角面片Fi，在其邻域Ωi内进行搜索，若
Figure BDA0003673014210000062
且Fi的网格面法相
Figure BDA0003673014210000063
与Fj的网格面法相
Figure BDA0003673014210000064
的夹角小于所述网格面夹角阈值θ，则认为Fi与Fj属于同一个网格面，并以Fj为起始面继续查找，由此可以得到多个四角网格面的集合MF。对上述四角网格面的集合MF按照网格顶点顶点数由大到小排序。将圆管端面面积与点云分辨率关联，计算网格面顶点数量阈值Nv，分别提取出钢板平面网格和圆管端面网格。
步骤S30：根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量。
可理解的是，管板焊指的是多根相同钢管与钢板的交线处进行焊接，钢管的截面形状多为圆形，钢板多为平面，焊接过程具有重复性。准确找出待焊接管板中待焊接轨迹的个数是管板焊接中至关重要的一步。获取点云分辨率，测量圆管内直径和外直径，根据所述圆管内直径、外直径和云分辨率，计算网格面顶点数量阈值Nv，保留四角网格面的集合MF中，网格顶点数
Figure BDA0003673014210000071
大于Nv的网格面，根据保留的网格面计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量。
步骤S40：根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云。
在具体实现中，管板焊指的是多根相同钢管与钢板的交线处进行焊接，已计算出所述待焊接管板的接轨迹数量，接下来需要准确识别出管板交线的位置。然而，在3D扫描获得的有序点云以及生成的四角网格中，由于噪声，遮挡，以及圆管侧面管壁的影响，并不能直接获取管板交线处的点云坐标，需要由圆管端面圆环的外层轮廓点云来估计管板交线位置。
由四角网格顶点间的拓扑关系，任意一个网格的内顶点vi,j，它的相邻顶点数必然为四个，否则顶点vi,j为边缘点。由此，提取出钢板平面和多个圆管端面的边缘顶点的集合Bv。Bv为待焊接管板的边缘点云集合，如图3所示。其中，顶点数量最多的点集为钢板平面边缘点云，如图4所示。其余为圆管端面边缘点云，圆管端面边缘点云为双层圆环，如图5所示。则外层的即为所述圆环外层点云。
根据每个顶点vi(xi,yi,zi)，计算圆环点云的中心，第k个圆环点云中心
Figure BDA0003673014210000072
计算方式如下：
Figure BDA0003673014210000073
其中Nk为提取的第k个圆环点云的顶点个数。
计算第k个圆环点云平均半径rk。rk为点云中每个顶点到圆环点云中心的距离的平均值，即
Figure BDA0003673014210000074
其中
Figure BDA0003673014210000081
为圆环点云中每个顶点vi(xi,yi,zi)到点云中心ok的距离。
根据计算出的点云中心ok和点云平均半径rk提取出圆环外轮廓，即保留第k个圆环点云中d(vi,ok)＞rk的所有顶点，第k个圆环外轮廓点云顶点个数记为
Figure BDA0003673014210000082
在本实施例中，所述步骤S40，包括：根据所述圆管端面网格提取圆管边缘点云；计算所述圆管边缘点云中每个圆环点云的点云中心和平均半径；计算各所述圆环点云中每个顶点与对应的点云中心之间的距离；根据所述距离判断是否保留对应的顶点，根据保留的顶点提取各圆环外层点云。
进一步地，所述根据所述距离判断是否保留对应的顶点，包括：
若所述距离大于对应圆环点云的平均半径，则保留对应的顶点。
可理解的是，若所述距离小于或等于对应圆环点云的平均半径，则舍弃对应的顶点。
步骤S50：根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓。
应理解的是，圆环外层轮廓点云，如图6所示。结合所述待焊接轨迹数量，从而准确提取出所述待焊接管板对应的圆环外轮廓。
在本实施例中，通过获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管，对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格，通过构建四角网格数据提高平面分割的准确性；根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量，对于不同钢管与钢板平面相交时存在的曲线大小、位置和姿态上的差异能够适应；根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云，根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓，从而获取管板交线，提高管板焊接路径的准确性。
基于上述图2所示的第一实施例，继续参照图2，提出本发明管板焊接中圆环外轮廓提取方法的第二实施例。
在第二实施例中，所述步骤S20之前，还包括：
对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格。
相应地，对所述步骤S20，具体包括：
对所述降噪管板网格进行平面分割，获得网格面集合。
应理解的是，对四角网格进行导向滤波，去除3D成像过程中的噪声和异常值的影响，降低计算误差。具体流程为：
对任意网格面Fi，定义它的法向滤波候选块P*。依据与中心四角网格边相邻的面划分网格邻域，网格面Fi的邻域记为
Ω(Fi)＝{Fj|eij∈Fi且eij∈Fj}
以下简称为Ωi，Fj为Fi相邻四角面片，eij为网格面Fi和Fj的公共边。依据网格邻域Ωi的定义找出每个中心四角面片的引导法向滤波候选块P*，候选块包含中心四角面片，每个中心四角面片至多包含四个法相滤波候选块，如图7中标记为Ⅱ的区域所示。
对引导法向候选块进行法向量一致性估计，寻找一致性最好的候选块，即为目标候选块。对于每一个候选块Pi∈P*，法向量一致性为
H(Pi)＝Φ(Pi)*R(Pi)
Φ(Pi)表示候选块内任意两个面fj,fk的面法向
Figure BDA0003673014210000091
的最大差值，R(Pi)表示中心四角网格的与相邻面的公共边边显著性，定义如下：
Figure BDA0003673014210000092
Figure BDA0003673014210000093
其中，
Figure BDA0003673014210000094
为任意网格面Fi的面法向。
一致性是根据网格面间的法向量的差值来定义的，值越小，代表网格的一致性越好，寻找一致性最好的候选块，即寻找
Figure BDA0003673014210000095
计算中心四角网格的引导法向。计算一致性最好的候选块对应的引导法向
Figure BDA0003673014210000096
为：
Figure BDA0003673014210000097
其中，Aj表示Fj的网格面积，
Figure BDA0003673014210000098
表示网格面Fj的法向。
根据联合双边滤波的定义，对网格法向进行滤波：
Figure BDA0003673014210000099
其中高斯算子
Figure BDA0003673014210000101
中p-q为四角网格相邻面中心之间的距离，σs为空间权重的标准差，表示四角网格相邻面质心之间的平均距离。高斯算子
Figure BDA0003673014210000102
中Ip-Iq为四角网格相邻面的引导方向量之间的差值，σr∈[0.2,0.6]为变化权重的标准差，控制去噪效果和平滑度。ci为网格面Fi的重心，cj为相邻网格面Fj的重心。
Figure BDA0003673014210000103
为归一化权重。
根据滤波后的网格法向，对网格顶点进行更新。
Figure BDA0003673014210000104
其中|Fi|为网格顶点Vi连接的面数量。在本实施例中，所述对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格，包括：对所述四角网格数据中任意四角面片，查找对应的引导法向滤波候选块；根据所述引导法向滤波候选块进行法向量一致性估计，获得目标候选块；计算所述目标候选块的引导法向；根据所述引导法向通过联合双边滤波算法，对所述四角网格数据的网格法向进行滤波，获得滤波后网格法向；根据所述滤波后网格法向，对所述四角网格数据的网格顶点进行更新，获得降噪管板网格。
通过导向滤波处理过的待焊接管板的点云，网格面更加平滑。导向滤波网格降噪效果如图8所示。滤波后，获得待焊接管板的降噪管板网格如图9所示。
进一步地，在本实施例中，所述步骤S30，包括：
计算网格面顶点数量阈值；
判断所述网格面集合中各网格面顶点数量是否大于所述网格面顶点数量阈值；
若是，则保留对应的网格面，根据保留的网格面计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量。
需要说明的是，对四角网格面的集合MF按照网格顶点顶点数由大到小排序。将圆管端面面积与点云分辨率关联，计算网格面顶点数量阈值Nv，分别提取出钢板平面网格和圆管端面网格。用游标卡尺测量圆管内直径d和外直径D。Nv计算方式为：Nv＝S*Rc
其中，
Figure BDA0003673014210000111
为圆管端面圆环面积，Rc为点云分辨率。
保留四角网格面的集合MF中，网格顶点数
Figure BDA0003673014210000112
大于Nv的网格面，得到钢板平面网格和圆管端面网格的集合M'F其中顶点数量最多的网格面为钢板平面，其余的网格面为圆管端面。待焊接管板中待焊接轨迹数量为
N＝len(M'F)-1；
其中len(M'F)表示M'F所包含的边缘顶点集合的数量。
进一步地，在本实施例中，所述根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓之后，还包括：
根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
将所述圆环外轮廓的点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
在具体实现中，在实际工况中，由于切割工艺，运输过程等影响因素，钢板实际上并不是一个严格的平面，而是一个小曲率的曲面，用钢板平面边缘点云的所有顶点进行平面拟合难以适应局部小曲率形变，误差较大，此处引进一种局部平面拟合方法。计算每个圆环点云中心
Figure BDA0003673014210000113
和平均半径rk；对于圆环点云中任意顶点vi＝(xi,yi,zi)，计算vi与圆环点云中心ok的距离
Figure BDA0003673014210000114
平面边缘点云中所有点云与圆环中心的距离集合记为Dv；对Dv由小到大排序，并纪录前
Figure BDA0003673014210000115
个值所对应的顶点坐标。根据记录的
Figure BDA0003673014210000116
个顶点，采用随机采样一致性算法拟合平面方程，形式如下：Ax+By+Cz+D＝0，其中(A,B,C)为空间平面法向，D为原点到平面的距离，获得管板交线投影平面。在本实施例中，所述根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面，具体包括：计算圆环点云中心
Figure BDA0003673014210000117
和点云平均半径rk；根据平面边缘点云中任意顶点vi＝(xi,yi,zi)，计算vi与圆环点云中心ok的距离
Figure BDA0003673014210000118
所述钢板平面的边缘点云中所有点云与所述圆环点云中心的距离集合记为Dv；对所述距离集合Dv按照预设顺序进行排序，并记录前
Figure BDA0003673014210000121
个值所对应的顶点坐标，
Figure BDA0003673014210000122
个所述顶点坐标对应的顶点位于预设矩形区域内；根据
Figure BDA0003673014210000123
个所述顶点，采用随机采样一致性算法进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面。
需要说明的是，通过随机采样一致性算法对投影圆环点云进行空间拟合，根据拟合的空间圆圆心坐标、半径和空间圆法向量，计算空间圆方程；根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标；在所述投影圆环点云上通过k-d树搜索，在所述投影圆环点云中查找与所述圆弧顶点坐标最接近的点，作为实际焊接圆弧顶点。
进一步地，在本实施例中，所述根据所述空间圆方程，查找拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点获取圆弧顶点坐标，包括：
可理解的是，在拟合的空间圆上，查找第一预设数量的拟合轨迹分割点，根据所述拟合轨迹分割点将所述空间圆分解为第二预设数量的圆弧；调整所述空间圆的参数方程中θ值，获取所述圆弧的圆弧顶点坐标。
在具体实现中，将焊接轨迹分解为两段圆弧进行焊接。具体为：三点可以确定一段圆弧，因此在所述第一预设数量为4时，在拟合的空间圆上，寻找四个点，将空间圆分解为两段圆弧，此时所述预设第二预设数量为2。其中，第一段圆弧的终点为第二段圆弧的起点，第二段圆弧的终点为第一段圆弧的起点。通过调整空间圆的参数方程中θ值，获取圆弧顶点坐标。
在本实施例中，对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格，去除3D成像过程中的噪声和异常值的影响，降低计算误差；对所述降噪管板网格进行平面分割，获得网格面集合，兼顾了管板焊接中的重复性和差异性，能有效适应钢板发形变和管板交线不一致的情况。
此外，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有管板焊接中圆环外轮廓提取程序，所述管板焊接中圆环外轮廓提取程序被处理器执行时实现如上文所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法的步骤。
此外，参照图10，本发明实施例还提出一种管板焊接中圆环外轮廓提取装置，所述管板焊接中圆环外轮廓提取装置包括：
生成模块10，用于获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
平面分割模块20，用于对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格；
计算模块30，用于根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量；
提取模块40，用于根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云；
所述提取模块40，还用于根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓。
本发明所述管板焊接中圆环外轮廓提取装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器镜像(Read Only Memory image，ROM)/随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述管板焊接中圆环外轮廓提取方法包括以下步骤：
获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格；
根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量；
根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云；
根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓。
2.如权利要求1所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云，包括：
根据所述圆管端面网格提取圆管边缘点云；
计算所述圆管边缘点云中每个圆环点云的点云中心和平均半径；
计算各所述圆环点云中每个顶点与对应的点云中心之间的距离；
根据所述距离判断是否保留对应的顶点，根据保留的顶点提取各圆环外层点云。
3.如权利要求2所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述根据所述距离判断是否保留对应的顶点，包括：
若所述距离大于对应圆环点云的平均半径，则保留对应的顶点。
4.如权利要求1所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合之前，还包括：
对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格；
相应地，对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，具体包括：
对所述降噪管板网格进行平面分割，获得网格面集合。
5.如权利要求4所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述对所述四角网格数据进行导向滤波，获得降噪管板网格，包括：
对所述四角网格数据中任意四角面片，查找对应的引导法向滤波候选块；
根据所述引导法向滤波候选块进行法向量一致性估计，获得目标候选块；
计算所述目标候选块的引导法向；
根据所述引导法向通过联合双边滤波算法，对所述四角网格数据的网格法向进行滤波，获得滤波后网格法向；
根据所述滤波后网格法向，对所述四角网格数据的网格顶点进行更新，获得降噪管板网格。
6.如权利要求1所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量，包括：
计算网格面顶点数量阈值；
判断所述网格面集合中各网格面顶点数量是否大于所述网格面顶点数量阈值；
若是，则保留对应的网格面，根据保留的网格面计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量。
7.如权利要求1～6中任一项所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法，其特征在于，所述根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓之后，还包括：
根据所述钢板所在平面网格提取钢板平面的边缘点云，根据所述钢板平面的边缘点云和圆环点云中心进行局部平面拟和，获得管板交线投影平面；
将所述圆环外轮廓的点云投影到所述管板交线投影平面，获得投影圆环点云；
根据所述投影圆环点云，进行空间圆拟合，根据拟合的空间圆参数，计算实际焊接圆弧顶点；
根据所述实际焊接圆弧顶点生成多个管板焊接轨迹。
8.一种管板焊接中圆环外轮廓提取装置，其特征在于，所述管板焊接中圆环外轮廓提取装置包括：
生成模块，用于获取待焊接管板的有序点云，根据所述有序点云生成所述待焊接管板对应的四角网格数据，所述待焊接管板包括钢板和多根圆管；
平面分割模块，用于对所述四角网格数据进行平面分割，获得网格面集合，所述网格面集合包括钢板所在平面网格和圆管端面网格；
计算模块，用于根据所述网格面集合计算所述待焊接管板的待焊接轨迹数量；
提取模块，用于根据所述圆管端面网格提取圆环外层点云；
所述提取模块，还用于根据所述待焊接轨迹数量和所述圆环外层点云提取圆环外轮廓。
9.一种管板焊接中圆环外轮廓提取设备，其特征在于，所述管板焊接中圆环外轮廓提取设备包括：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管板焊接中圆环外轮廓提取程序，所述管板焊接中圆环外轮廓提取程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的管板焊接中圆环外轮廓提取方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有管板焊轨迹生成程序，所述管板焊轨迹生成程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的管板焊轨迹生成方法的步骤。
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