一种三维焊缝提取方法及系统与流程

技术特征：
1.一种三维焊缝提取方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的三维焊缝提取方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的三维焊缝提取方法，其特征在于，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：根据所述摄像机采集到的图像上任意一点的绝对相位值，得到该点在所述投影仪平面内对应的直线的坐标；根据所述该点在所述投影仪平面内对应的直线的坐标、所述摄像机内外参数矩阵和所述投影仪内外参数矩阵得到所述目标焊接工件的对应点的三维坐标。4.根据权利要求1所述的三维焊缝提取方法，其特征在于，所述提取所述三维重建模型表面的焊缝路径点，包括：根据焊接工件表面先验形状信息，对所述三维重建模型表面进行拟合，得到拟合的目标焊接工件表面；计算所述目标焊接工件表面的三维点云中每个点到所述拟合的目标焊接工件表面的最近距离；根据所述最近距离得到所述焊缝路径点。
5.根据权利要求4所述的三维焊缝提取方法，其特征在于，所述根据焊接工件表面先验形状信息，对所述三维重建模型表面进行拟合，得到拟合的目标焊接工件表面之前，还包括：对所述三维重建模型表面的三维点云进行滤波处理，得到降噪后的三维点云。6.根据权利要求1所述的三维焊缝提取方法，其特征在于，所述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，包括：对所述摄像机采集到的图像中的所述格雷编码图案进行二值化处理，对二值化处理后的格雷编码图案进行解码，得到所述格雷编码对应的二进制码；将所述二进制码进行转换，得到所述格雷编码对应的十进制数。7.一种三维焊缝提取系统，其特征在于，包括：投影仪，用于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；摄像机，用于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；工业计算机，用于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。8.一种电子设备，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计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~6任一项所述的三维焊缝提取方法的步骤。9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~6任一项所述的三维焊缝提取方法的步骤。10.一种计算机程序产品，其上存储有可执行指令，其特征在于，该指令被处理器执行时使处理器实现如权利要求1~6任一项所述的三维焊缝提取方法的步骤。

技术总结
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。的精确提取。的精确提取。


技术研发人员：范俊峰 邓赛 吴正兴 周超 景奉水 谭民
受保护的技术使用者：中国科学院自动化研究所
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2021/11/14