自动焊接系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114559191A(43)申请公布日2022.05.31(21)申请号202210302987.7(22)申请日2022.03.24(71)申请人南京欧睿三维科技有限公司地址210000江苏省南京市江宁区麒麟科技创新园智汇路300号D座602-A室(72)发明人刘心维章佳琪董春雨肖建(74)专利代理机构南京行高知识产权代理有限公司32404专利代理师王培松(51)Int.Cl.B23K37/00(2006.01)B23K37/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称自动焊接系统及方法(57)摘要本发明公开了自动焊接系统，包括传感器标定模块、数据采集和处理模块、焊接位置识别模块、路径规划模块；其主要通过改进的RandLA‑Net网络对包括待焊接工件的三维点云模型进行语义分割，保留待焊接工件本体点云模型；通过RANSAC算法对待焊接工件本体的三维点云模型进行平面分割，将分割后的平面进行多平面配准，得到组成待焊接位置的点云。根据组成待焊接位置的点云对机械臂的运动路径进行规划，最终实现自动焊接。本发明还提供了一种自动焊接方法。本发明不仅实现了焊接的智能化和自动化，而且有效提高了焊接位置识别的效率和识别的精度；同时，本发明在局部特征聚合模块中增加注意力机制模块，有效的提升识别的准确率，降低误分割的情况。CN114559191ACN114559191A权利要求书1/2页1.一种自动焊接系统，其特征在于：包括传感器标定模块、数据采集和处理模块、焊接位置识别模块、路径规划模块；其中，传感器标定模块用于对采集待焊接工件数据的传感器进行标定；数据采集和处理模块对待焊接工件进行三维点云数据采集，得到第一三维点云，并对第一三维点云进行预处理得到第二三维点云；对第二三维点云进行重建，得到包括完整的待焊接工件的三维点云模型；焊接位置识别模块基于RandLA‑Net网络结合RandLA‑Net语义分割算法对数据采集和处理模块得到的包括了完整的待焊接工件的三维点云模型进行类别识别，得到待焊接工件本体的三维点云模型；然后通过RANSAC算法对待焊接工件本体的三维点云模型进行平面分割，将分割后的平面进行多平面配准，得到组成待焊接位置的点云；路径规划模块根据焊接位置识别模块得到组成待焊接位置的点云生成焊接路径。2.根据权利要求1所述的自动焊接系统，其特征在于：在RandLA‑Net网络的局部特征聚合模块中增加注意力机制模块；所述注意力机制模块包括通道注意力子模块和空间注意力子模块；输入特征依次通过通道注意力子模块和空间注意力子模块推断注意力图，然后将输入特征图、通道注意力图和空间注意力图依次相乘进行自适应特征融合。3.根据权利要求2所述的自动焊接系统，其特征在于：通道注意力子模块将输入的点云特征F分别进行均值池化和最大值池化；再对特征通道进行全连接，输出通道数为C/r，其中C为通道数，即为输入的特征维度；r为衰减率；接着再使用全连接，使得输出通道恢复为C；最后将均值池化后的特征和最大值池化后的特征进行加和，然后通过激活函数sigmoid，输出后得到通道注意力图Mc，将最后的通道注意力图Mc与输入的点云特征F相乘，进行注意机制加权后得到F'，4.根据权利要求2所述的自动焊接系统，其特征在于：空间注意力子模块将经过通道注意力子模块加权后的特征F'作为输入，分别通过最大值池化和均值池化后将两个特征进行连接后卷积，然后通过激活函数sigmoid，输出得到空间注意力图Ms，将最后的空间注意力图Ms与输入特征F'相乘，进行注意机制加权。5.根据权利要求1所述的自动焊接系统，其特征在于：还包括远程监控模块，所述传感器标定模块、数据采集和处理模块、焊接位置识别模块和路径规划模块输出的结果均分别发送到远程监控模块，所述远程监控模块实时监控焊接位置识别与机械臂执行路径规划的过程。6.一种基于权利要求1所述的自动焊接系统的自动焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对传感器进行标定；步骤2：使用传感器对待焊接工件进行三维点云数据采集，得到第一三维点云；步骤3：对第一三维点云进行预处理得到第二三维点云；步骤4：对第二三维点云进行重建，得到包括完整的待焊接工件的三维点云模型；步骤5：基于RandLA‑Net网络结合RandLA‑Net语义分割算法对数据采集和处理模块得到的包括了完整的待焊接工件的三维点云模型进行类别识别，得到待焊接工件本体的三维点云模型；步骤6：通过RANSAC算法对待焊接工件本体的三维点云模型进行平面分割，将分割后的2CN114559191A权利要求书2/2页平面进行多平面配准，得到组成焊接位置的点云；步骤7：根据步骤6得到的焊接位置的点云进行路径规划。7.根据权利要求6所