(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210755842.2 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 中国水利水电夹江水工 机械有限公 司 地址 614100 四川省乐 山市夹江县漹城镇 西河路40号 申请人 中国水利水电第七工程局有限公司 (72)发明人 江健炜　肖丹亚　闫军　朱玉堂　 赵明　高福祥　李松　邓斌　 鲁旭辉　 (74)专利代理 机构 成都天嘉专利事务所(普通 合伙) 5121 1 专利代理师 彭思雨 (51)Int.Cl. B23K 9/127(2006.01)B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种窄小空间内长 焊缝扫描及跟踪方法 (57)摘要 本申请涉及机器人焊接技术领域， 公开了一 种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 本方法利 用机器人控制系统和图像识别系统， 采用人工放 置标定板， 三维视觉自动识别结构 件焊缝位置的 方式， 自动找寻焊接位置， 能够满足小空间构件 施焊的需要， 可对多腔体钢构 件的坡口焊缝进行 焊接， 实现机 器人自动化焊 接作业。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115106617 A 2022.09.27 CN 115106617 A 1.一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 其特 征在于， 包括： 人工铺设标定板至工件焊缝位置处， 视觉传感器采集工件的实时图像并将图像传输至 上位机； 上位机对所采集的工件图像进行图像处理， 对图像中的标定板进行识别， 获取工件的 类型和焊缝类型， 最终确定焊接 机器人运动轨 迹； 获取工件的原始三维点云数据， 对工件的原始三维点云数据进行预处理， 最终得到工 件的三维模型以及工件的焊缝位置； 工件的三维模型与工件实物进行比较， 若两者相匹配或在误差范围内， 上位机将焊接 机器人的运动轨迹指 令以及焊缝的位置信息传输至焊接机器人控制器中， 焊接机器人控制 器根据上述指 令以及焊缝位置信息对焊接机器人的运动轴执行结构进 行控制， 最 终实现工 件的焊接 。 2.根据权利要求1所述的一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 其特征在于， 所述视 觉传感器包括CCD摄像机、 激光器和窄带滤光片， CCD摄像机和激光器集 成在一个壳体中， 壳 体设置在焊接 机器人的轴臂上， 窄带 滤光片设置在C CD摄像机镜头的前面。 3.根据权利要求1所述的一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 其特征在于， 所述图 像处理包括图像预处 理、 边缘检测以及特 征提取。 4.根据权利要求3所述的一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 其特征在于， 所述图 像预处理包括数字化、 几何变换、 归一 化、 平滑、 复原以及增强中的一种或多种。 5.根据权利要求1所述的一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 其特征在于， 所述上 位机对所采集的工件图像进行图像处理， 对图像中的标定板进行识别， 获取工件的类型和 焊缝类型， 最终确定焊接 机器人运动轨 迹， 包括： 上位机内部存储有基础数据库， 基础数据库中包括有标定板类型数据、 工件数据和焊 接机器人运动轨迹数据， 标定板类型数据、 工件数据以及焊接机器人轨迹数据对应匹配； 当 识别出工件焊缝位置放置的标定板类型后， 在基础数据库中寻找与其匹配的工件数据， 并 最终得到 工件类型、 焊缝类型以及对应的焊接 机器人运动轨 迹。 6.根据权利要求1所述的一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 其特征在于， 所述对 工件的原 始三维点云数据进行 预处理， 包括： 点云坐标变换： 求解出视觉坐标系和机器人坐标系之间的坐标变换矩阵， 将获取的原 始三维点云数据由扫描设备坐标表达转换成由机器人坐标表达； 点云切片： 将获取的三维点云进行中心切片， 得到工件的主视切片点云、 俯视切片点云 和左视切片点云； 点云去噪： 分别将上述工件的主视切片点云、 俯视切片点云和左视切片点云进行去噪 处理； 点云分割： 在得到去噪后的点云切片后， 设定一个灰度阈值， 选定出目标区域和背景区 域， 将目标区域大致轮廓提取 出来； 点云切片重组： 将主视切片点云、 俯视切片点云以及左视切片点云进行重组， 最终得到 工件的三维模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115106617 A 2一种窄小空间内长焊缝扫描 及跟踪方法 技术领域 [0001]本申请涉及机器人焊接技术领域， 具体涉及一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方 法。 背景技术 [0002]随着机器人技术日益成熟， 焊接机器人正逐渐被广泛应用于工业制造各个领域。 因焊接机器人具有多轴联动与程序智能化控制功能， 具有动作重复精度高、 产品质量稳定、 生产效率高等特点， 特别适合在流水线 上应用， 如汽车制造、 医疗器械、 化工生产、 包装等具 有程序化、 标准 化特点的行业。 [0003]在水利水电钢结构件中， 如弧门、 机架等， 目前主要采用手弧焊方式进行焊接。 手 弧焊存在操作劳动强度大， 焊接质量不稳定， 生产效率低， 而将智能化的机器人焊接技术应 用于该类产品制 造， 替代手弧焊则可有效解决质量与效率问题。 但由于该类焊接件存在结 构复杂、 施焊方向变换多、 空间狭 窄、 焊缝质量等级为一级， 100%UT等特点。 因为该类结构件 内部空间狭小， 难以进入内腔进 行焊缝的施焊， 为了实现窄小空间焊接， 用一种小空间长悬 臂内焊装置， 安装在机器人手臂上， 可对多腔 体钢构件的坡口焊缝进 行焊接。 但由于空间狭 小、 封闭， 焊缝长且坡口组合焊缝直线度大于3 mm， 看不见实时焊接情况， 仅仅依靠编程 实现 焊接保证不了焊缝的质量。 发明内容 [0004]为了解决上述现有技术中存在的问题和不足， 本申请提出了一种窄小空间内长焊 缝扫描及跟踪方法， 本方法利用机器人控制系统和图像识别系统， 采用人工放置引导板， 三 维视觉自动识别结构件焊缝位置的方式， 自动找 寻焊接位置， 满足小空间构件施焊的需要， 可对多腔体钢构件的坡口焊缝进行焊接， 实现机器人自动化焊接作业。 [0005]为了实现上述发明目的， 本申请的技 术方案具体如下： 一种窄小空间内长焊缝扫描及跟踪方法， 包括： 人工铺设标定板至工件焊缝位置处， 视觉传感器采集工件的实时图像并将图像传 输至上位机； 上位机对所采集的工件图像进行 图像处理， 对图像中的标定板进行识别， 获取工 件的类型和焊缝类型， 最终确定焊接 机器人运动轨 迹； 获取工件的原始三维点云数据， 对工件的原始三维点云数据进行预处理， 最终得 到工件的三维模型以及工件的焊缝位置； 工件的三维模型与工件实物进行比较， 若两者相匹配或在误差范围内， 上位机将 焊接机器人的运动轨迹指 令以及焊缝的位置信息传输至焊接机器人控制器中， 焊接机器人 控制器根据上述指 令以及焊缝位置信息对焊接机器人的运动轴执行结构进 行控制， 最终实 现工件的焊接 。 [0006]进一步地， 所述视觉传感器包括CCD摄像机、 激光器和窄带滤光片， CCD摄像机和激说　明　书 1/5 页 3 CN 115106617 A 3