井字形焊件的交汇死角检测方法及装置与流程

本发明涉及焊接自动化与三维机器视觉，尤其涉及一种井字形焊件的交汇死角检测方法及装置。

背景技术：

1、在钢结构焊接、井字形框体焊接及多面体坡口焊接领域中，三平面交汇死角是焊接难度最高、最易出现未焊透、夹渣、气孔等缺陷的关键位置。该死角点位的精准识别是实现机器人自动补焊、打磨及清根作业的前置核心技术。目前行业内通用的死角检测手段主要有两种：第一种是人工目视定位配合标尺测量的方式，即作业人员依靠肉眼观察井字形焊件结构，结合卷尺、卡尺手动标记三面交汇死角位置，再通过手动示教的方式将机器人运动点位录入系统。该方式完全依赖人工经验，不具备自动化感知能力。第二种是二维视觉轮廓交点检测技术，即采用工业相机采集二维图像，通过边缘检测、直线拟合及求直线交点的方式判定焊缝交汇点，再将二维像素交点映射为三维坐标，从而实现死角粗定位。该类方案仅基于二维轮廓的几何相交判断。

2、但是，人工检测方式的效率极低、一致性差且危险性高，而二维视觉交点检测则存在维度缺失、精度极差、极易误检等问题。由此，上述现有技术均无法适配井字形焊件三平面封闭死角的高精度检测场景，存在人工检测死角效率低、一致性差，以及二维视觉交点检测存在维度缺失、易受反光和飞溅干扰等问题，进而导致死角检测精度较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种井字形焊件的交汇死角检测方法及装置，用以解决现有技术中存在人工检测死角效率低、一致性差，以及二维视觉交点检测存在维度缺失、易受反光和飞溅干扰等问题，进而导致死角检测精度较低的缺陷。

2、本发明提供一种井字形焊件的交汇死角检测方法，包括：

3、获取待检测井字形焊件的待检测三维点云；

4、对所述待检测三维点云进行平面提取，得到所述井字形焊件对应的多个基准平面；

5、针对所述待检测三维点云中的空间点，分别计算各空间点到所述多个基准平面的空间距离；

6、基于每个空间点对应的多个空间距离和预设的多平面联合距离约束条件，从所述空间点中筛选出同时贴近所述多个基准平面的交汇死角候选点；

7、对所述多个基准平面对应的焊缝线段的所有端点进行聚类筛选，得到端点交汇簇，计算所述端点交汇簇的质心，得到焊缝死角检测点；

8、整合所述交汇死角候选点和所述焊缝死角检测点，得到所述井字形焊件的交汇死角检测点。

9、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述基于每个空间点对应的多个空间距离和预设的多平面联合距离约束条件，从所述空间点中筛选出同时贴近所述多个基准平面的交汇死角候选点，包括：

10、针对所述每个空间点，将所述多个空间距离分别与单平面距离阈值进行比较；

11、在所述多个空间距离均满足所述单平面距离阈值的情况下，将对应的空间点确定为所述交汇死角候选点。

12、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述方法还包括：

13、在不存在满足所述单平面距离阈值的空间点的情况下，将所述多平面联合距离约束条件放宽至单平面距离放宽阈值；

14、重新针对所述每个空间点，将所述多个空间距离分别与单平面距离放宽阈值进行比较，在所述多个空间距离均满足所述单平面距离放宽阈值的情况下，将对应的空间点确定为所述交汇死角候选点。

15、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述对所述待检测三维点云进行平面提取，得到所述井字形焊件对应的多个基准平面，包括：

16、对所述待检测三维点云进行多次迭代平面分割，得到多个初始平面；

17、针对所述多个初始平面中的任意两个初始平面，分别计算所述两个初始平面的法向量夹角，以及所述两个初始平面所包含的点云之间的最小欧式距离；

18、在所述法向量夹角和所述最小欧式距离均满足预设共面条件的情况下，判定所述两个初始平面为同一个物理平面，将所述两个初始平面的点云进行合并，以重新拟合得到合并平面；

19、基于所有合并平面和未合并的初始平面，筛选得到所述井字形焊件对应的所述多个基准平面。

20、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述对所述待检测三维点云进行多次迭代平面分割，得到多个初始平面，包括：

21、将所述待检测三维点云作为当前的待分割点云，执行以下平面提取操作：

22、对所述当前的待分割点云进行平面分割，得到当前次分割出的内点云；

23、计算所述内点云中各点之间的距离，基于距离连通性对所述内点云进行聚类分析，将连通点数最大的连通域点云作为当前次提取的主平面；

24、在成功提取出所述主平面的情况下，将所述当前的待分割点云中除去所述主平面后的剩余点云更新为所述当前的待分割点云；在未成功提取出所述主平面的情况下，累计连续失败次数；

25、在所述连续失败次数未达到预设次数阈值的情况下，返回执行所述平面提取操作；

26、在所述连续失败次数达到所述预设次数阈值的情况下，结束迭代，并将历次成功提取的所述主平面作为所述多个初始平面。

27、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述对所述多个基准平面对应的焊缝线段的所有端点进行聚类筛选，得到端点交汇簇，计算所述端点交汇簇的质心，得到焊缝死角检测点，包括：

28、获取所述焊缝线段的所有端点；

29、基于预设的聚类半径，对所述焊缝线段的所有端点进行空间距离聚类，筛选出包含多个端点的所述端点交汇簇；

30、计算所述端点交汇簇内多个端点的空间坐标平均值，将所述空间坐标平均值作为质心，以得到所述焊缝死角检测点。

31、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述获取待检测井字形焊件的待检测三维点云，包括：

32、获取所述待检测井字形焊件的初始三维点云；

33、基于预设的空间坐标范围构建感兴趣区域，剔除所述初始三维点云中位于所述感兴趣区域之外的背景点云，得到保留点云；

34、对所述保留点云按照预设体素大小进行均匀降采样，得到采样点云；

35、统计所述采样点云中各点的邻域平均距离，在目标点的邻域平均距离不满足预设标准差倍数约束的情况下，判定所述目标点为离群噪声点并进行剔除，以得到所述待检测三维点云。

36、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测方法，所述待检测井字形焊件包括三平面井字形焊件。

37、本发明还提供一种井字形焊件的交汇死角检测装置，包括：

38、获取单元，获取待检测井字形焊件的待检测三维点云；

39、平面提取单元，对所述待检测三维点云进行平面提取，得到所述井字形焊件对应的多个基准平面；

40、距离计算单元，针对所述待检测三维点云中的空间点，分别计算各空间点到所述多个基准平面的空间距离；

41、死角候选点筛选单元，基于每个空间点对应的多个空间距离和预设的多平面联合距离约束条件，从所述空间点中筛选出同时贴近所述多个基准平面的交汇死角候选点；

42、焊缝检测点计算单元，对所述多个基准平面对应的焊缝线段的所有端点进行聚类筛选，得到端点交汇簇，计算所述端点交汇簇的质心，得到焊缝死角检测点；

43、整合单元，整合所述交汇死角候选点和所述焊缝死角检测点，得到所述井字形焊件的交汇死角检测点。

44、根据本发明提供的一种井字形焊件的交汇死角检测装置，所述死角候选点筛选单元具体用于：

45、针对所述每个空间点，将所述多个空间距离分别与单平面距离阈值进行比较；

46、在所述多个空间距离均满足所述单平面距离阈值的情况下，将对应的空间点确定为所述交汇死角候选点。

47、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述井字形焊件的交汇死角检测方法。

48、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述井字形焊件的交汇死角检测方法。

49、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述井字形焊件的交汇死角检测方法。

50、本发明提供的井字形焊件的交汇死角检测方法及装置，通过对获取的三维点云进行平面提取得到多个基准平面，利用预设的多平面联合距离约束条件从点云中筛选出同时贴近多个平面的交汇死角候选点，并结合对焊缝线段端点的聚类质心拟合得到焊缝死角检测点，最终综合得到交汇死角检测点，摆脱了人工目视定位的低效与误差，克服了传统二维视觉丢失深度信息及易受环境干扰的缺陷，通过三维空间下的联合距离约束与端点聚类双重机制，实现了狭小封闭死角的抗干扰、高精度自动检测，极大提升了机器人自动化焊接作业的一致性与产品良率。