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 PDFInfo
- Publication number
- CN114952173A 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
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grid
- point cloud
- tube
- circular
- welded
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 240000004282 Grewia occidentalis Species 0.000 claims abstract description 63
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 60
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 29
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 10
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000036544 posture Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
- B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
- B23K37/053—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work aligning cylindrical work; Clamping devices therefor
- B23K37/0533—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work aligning cylindrical work; Clamping devices therefor external pipe alignment clamps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/70—Denoising; Smoothing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/11—Region-based segmentation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/13—Edge detection
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/04—Tubular or hollow articles
- B23K2101/06—Tubes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
- G06T2207/30108—Industrial image inspection
- G06T2207/30152—Solder
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
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
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,若且Fi的网格面法相与Fj的网格面法相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。
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
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)
根据联合双边滤波的定义,对网格法向进行滤波:
其中高斯算子中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。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。
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
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,并纪录前个值所对应的顶点坐标。根据记录的个顶点,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,并记录前个值所对应的顶点坐标,个所述顶点坐标对应的顶点位于预设矩形区域内;根据个所述顶点,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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210610365.0A CN114952173A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210610365.0A CN114952173A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114952173A true CN114952173A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=82958587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210610365.0A Pending CN114952173A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114952173A (zh) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002029357A2 (en) * | 2000-10-05 | 2002-04-11 | Electro Scientific Industries, Inc. | Method and apparatus for evaluating integrated circuit packages having three dimensional features |
JP2005088060A (ja) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置、レーザ加工方法及び溶着位置補正プログラム |
CN108453448A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-08-28 | 昆山华恒焊接股份有限公司 | 机器人全自动管板焊接方法 |
CN110322464A (zh) * | 2019-06-30 | 2019-10-11 | 华中科技大学 | 一种基于三维点云的小曲率薄壁零件边界提取方法 |
CN110919134A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-03-27 | 常州坤达焊接技术有限公司 | 一种管板定位焊接方法 |
CN111028220A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-17 | 南京航空航天大学 | 一种点云铆钉齐平度自动检测方法 |
CN111881892A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-11-03 | 熵智科技(深圳)有限公司 | 有序点云5d纹理网格数据结构生成方法、装置、设备及介质 |
CN112184804A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-05 | 季华实验室 | 大体积工件高密度焊点定位方法、装置、存储介质及终端 |
CN113298949A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-24 | 武汉工程大学 | D类焊缝信息获取方法、装置及计算机存储介质 |
CN113487633A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-10-08 | 熵智科技(深圳)有限公司 | 一种点云轮廓提取方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN114029656A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-11 | 焦作智造机电设备有限公司 | 管板换热器阵列式全自动焊接方法 |
CN114227054A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-03-25 | 南昌大学 | 一种基于3d点云的管板焊缝自动检测方法 |
-
2022
- 2022-05-31 CN CN202210610365.0A patent/CN114952173A/zh active Pending
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002029357A2 (en) * | 2000-10-05 | 2002-04-11 | Electro Scientific Industries, Inc. | Method and apparatus for evaluating integrated circuit packages having three dimensional features |
JP2005088060A (ja) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置、レーザ加工方法及び溶着位置補正プログラム |
CN108453448A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-08-28 | 昆山华恒焊接股份有限公司 | 机器人全自动管板焊接方法 |
US20210174121A1 (en) * | 2019-06-30 | 2021-06-10 | Huazhong University Of Science And Technology | Method for extracting robot processing boundary of thin-walled part with small curvature based on three-dimensional point cloud |
CN110322464A (zh) * | 2019-06-30 | 2019-10-11 | 华中科技大学 | 一种基于三维点云的小曲率薄壁零件边界提取方法 |
CN110919134A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-03-27 | 常州坤达焊接技术有限公司 | 一种管板定位焊接方法 |
US20210180945A1 (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics | Method for automated flushness measurement of point cloud rivets |
CN111028220A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-17 | 南京航空航天大学 | 一种点云铆钉齐平度自动检测方法 |
CN112184804A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-05 | 季华实验室 | 大体积工件高密度焊点定位方法、装置、存储介质及终端 |
CN111881892A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-11-03 | 熵智科技(深圳)有限公司 | 有序点云5d纹理网格数据结构生成方法、装置、设备及介质 |
CN113298949A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-24 | 武汉工程大学 | D类焊缝信息获取方法、装置及计算机存储介质 |
CN113487633A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-10-08 | 熵智科技(深圳)有限公司 | 一种点云轮廓提取方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN114029656A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-11 | 焦作智造机电设备有限公司 | 管板换热器阵列式全自动焊接方法 |
CN114227054A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-03-25 | 南昌大学 | 一种基于3d点云的管板焊缝自动检测方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6504541B1 (en) | Warping geometric objects | |
JP5713159B2 (ja) | ステレオ画像による3次元位置姿勢計測装置、方法およびプログラム | |
US6532304B1 (en) | Matching geometric objects | |
US10354402B2 (en) | Image processing apparatus and image processing method | |
CN107622530B (zh) | 一种高效鲁棒的三角网切割方法 | |
KR102029895B1 (ko) | 구조물 손상 정보가 매핑된 3차원 모델 생성 방법 및 이를 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체 | |
US20160117795A1 (en) | Point cloud data processing system and method thereof and computer readable storage medium | |
WO2020107326A1 (zh) | 车道线检测方法、设备、计算机可读存储介质 | |
CN113096094A (zh) | 三维物体表面缺陷检测方法 | |
CN113298949A (zh) | D类焊缝信息获取方法、装置及计算机存储介质 | |
JP2018055199A (ja) | 画像処理プログラム、画像処理装置、及び画像処理方法 | |
CN114881955A (zh) | 基于切片的环状点云缺陷提取方法、装置、设备存储介质 | |
JP2018036770A (ja) | 位置姿勢推定装置、位置姿勢推定方法、及び位置姿勢推定プログラム | |
CN114861500A (zh) | 基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及*** | |
CN114998381A (zh) | 管板焊接中焊接轨迹拟合方法、装置、设备及存储介质 | |
JP5673489B2 (ja) | 点群データの処理装置、処理方法、処理プログラム及び記録媒体 | |
JP2017130049A (ja) | 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム | |
Ghorbani et al. | Accurate registration of point clouds of damaged aeroengine blades | |
CN114952173A (zh) | 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质 | |
CN116921932A (zh) | 焊接轨迹识别方法、装置、设备及存储介质 | |
CN115330836A (zh) | 激光清洗轨迹压缩方法、装置、设备及存储介质 | |
JP2012220271A (ja) | 姿勢認識装置、姿勢認識方法、プログラム及び記録媒体 | |
CN111932517A (zh) | 余料板材的轮廓测绘方法、装置、电子设备与存储介质 | |
CN112381950A (zh) | 一种网格孔洞修补方法、电子设备和计算机可读存储介质 | |
CN115358918A (zh) | 基于投影的扫描轨迹拟合方法、装置、设备及存储介质 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220830 |