具体技术细节
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，通过控制集成的打磨设备，实现自动检测、自动处理、自动打磨和自动判断等功能，完成对工业加工的钢管焊缝的自动打磨，系统自动化程度高，可操作性强。
[0005] 本发明提供了一种用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0006] S1、确认自动打磨系统的参数，并使钢管和机器人进入打磨工位：
[0007] S11、确定自动打磨系统的参数：钢管直径、焊缝余高、最大错边量和打磨长度；
[0008] S12、启动托运小车将钢管放置在转辊上，接着机器人将沿着地轨运动到打磨工位；
[0009] S2、利用机器人末端搭载的视觉系统自动检测、对钢管、焊缝和管端的位置进行定位并测量钢管的壁厚：
[0010] S21、对外焊缝进行自动检测和定位，机器人末端在钢管端部附近运动，并带动轮廓仪扫描焊缝完成形貌的检测：
[0011] S211、寻找钢管：将机器人的机械臂由初始姿态沿一定角度靠近钢管，待位于机器人末端的打磨头上的距离传感器和轮廓仪识别到钢管的外壁时，机器人停止运动；
[0012] S212、轮廓仪调平：根据轮廓仪反馈的数据，调整机器人的机械臂，将轮廓仪和被测量钢管的外表面的距离调整在合适的范围内，同时微调机器人末端打磨头以机器人第六轴为轴线转动使测量轮廓水平；
[0013] S213、根据轮廓仪测量的数据，通过转动转辊获得机器人定位焊缝的准确位置；
[0014] S214、将轮廓仪沿焊缝移动一段距离，并记录焊缝上相对应位置的两点，根据三角函数获取机器人末端调整需要偏转的角度；
[0015] S215、将机器人末端向管端移动，当测量数据为无效值时，则为定位到管端并记录数据；
[0016] S22、通过轮廓仪对钢管壁厚进行测量：
[0017] S221、将机器人的末端运行到钢管端外的位置，并通过轮廓仪采集当前轮廓的两侧边界点的索引；
[0018] S222、判断当前轮廓是否处于测量中心的位置，若未处于测量中心的位置则机器人的末端继续下移，循环此步骤直到当前轮廓处于测量中心的位置；
[0019] S223、当机器人的末端到达测量中心的第一测量位置时，将机器人的末端转动角度2M/m，到达第二测量位置；
[0020] S224、在步骤S223的基础上，将机器人的末端向步骤S223相反的方向按一定步长旋转指定角度，旋转若干次后，从第二测量位置到达第三测量位置；
[0021] S225、记录每次旋转后对应的钢管壁厚，并对比前后两次测量的钢管壁厚，保留管壁较小的壁厚的值，最小壁厚的值即为钢管的真实壁厚值；
[0022] S3、利用机器人末端搭载的视觉系统采集钢管和焊缝的扫描数据，并对视觉系统扫描获取的焊缝表面标准点云进行识别获取焊缝的边界，进而得到扫描区域焊缝的精确范围：
[0023] S31、当机器人末端沿焊缝方向匀速移动时，利用机器人末端上搭载的轮廓仪扫描并获取焊缝及两侧部分钢管区域的均匀点云数据；
[0024] S32、获取焊缝边界，使用点云积分图法线法获取焊缝边界，对获取的焊缝边界根据扫描区域特点进行判断，满足条件则结束；
[0025] S33、若不满足条件，则跳转到点云区域增长分割法再次获取焊缝边界；
[0026] S4、对轮廓仪采集的焊缝轮廓数据进行数据处理、判定及打磨路径的规划；
[0027] S41、根据步骤S3还原的形貌和相关参数判断钢管焊缝是否符合打磨条件，若符合打磨条件，则进行步骤S43；
[0028] S42、若不符合打磨条件则进入残次品判断，若为残次品，则需对钢管进行切头并重新进入工位，若为非残次品，则直接流出工位；
[0029] S43、规划内外焊缝的打磨轨迹：
[0030] S44、根据步骤S43分别提取的外焊缝和内焊缝的三条打磨轨迹，使用线性九点平滑法处理并获取三条平滑打磨轨迹；
[0031] S5、机器人根据步骤S43规划的路径打磨焊缝；
[0032] S51、机器人在步骤S431规划的三条外焊缝轨迹上等距离选取若干点，通过设置在接触轮底部中心的TCP点为参考点，以线性点动的模式经过选定的点，并以外打磨方式执行粗\精打磨工作；
[0033] S52、完成一次焊缝打磨后，系统会执行步骤S4再次扫描焊缝，并对余高值和目标余高值进行比较，并根据比较结果进行相应的打磨量补偿，执行第二次打磨；
[0034] S53、机器人根据步骤S432规划的三条内焊缝轨迹，重复步骤S51至S52，完成内焊缝打磨；
[0035] S6、机器人根据规划路径打磨焊缝结束后，机器人退回准备位，钢管流出工位。
[0036] 可优选的是，所述步骤S213具体包括以下步骤：
[0037] S2131、启动转辊，通过转辊带动钢管逆时针转动以调整焊缝的位置，同时轮廓仪始终保持测量状态；
[0038] S2132、若轮廓仪检测到被测量钢管的轮廓发生变化时，表明焊缝进入测量范围，停止转辊；
[0039] S2133、在钢管停稳后，若轮廓仪在当前位置未检测到被测量钢管的轮廓发生变化时，则控制机器人末端带动轮廓仪以合适步长步进移动，并再次通过轮廓仪检测被测量钢管的轮廓是否发生变化，若未发生变化，则循环此步直到被测量钢管的轮廓发生变化；
[0040] S2134、根据轮廓仪检测的焊缝轮廓数据，评估最高点横坐标与轮廓仪横向测量范围中心的距离，判断焊缝是否在测量中心，若焊缝不在测量中心，根据上述测量和计算的结果以缩小最高点横坐标与中心距离的方向以小步长移动，移动后再次调节机器人末端，使得轮廓仪上测量的轮廓水平，并继续判断焊缝是否在测量中心，如此循环，直至调整焊缝位于测量的中心，再次执行步骤S212完成焊缝的定位；
[0041] S2135、若轮廓仪未检测到被测量钢管的轮廓发生变化，且转辊转动一定时间t时，则表明钢管不具备焊缝检测条件，则机器人返回初始状态并退回地轨原位，同时系统输出钢管无焊缝特征。
[0042] 可优选的是，所述步骤S2133具体包括以下步骤：
[0043] S21331、若大步进移动超过系统设定的次数n时，则认定系统误定位，则返回步骤S2131重新定位焊缝；
[0044] S21332、若第二次定位焊缝仍出现最大步进移动超过系统设定的次数n时，则认定钢管无焊缝特征，机器人返回初始状态并退回地轨原位，系统输出钢管无焊缝特征。
[0045] 可优选的是，所述步骤S43具体包括以下步骤：
[0046] S431、规划外焊缝的打磨轨迹：
[0047] S4311、设置基准，以接触轮的圆柱体侧面母线与拟合的钢管外圆相切的位置作为打磨基准，针对外焊缝的外形特点，以此基准选取左、中、右三个点作为基准点，每条扫描轮廓都有这样的三个基准点，所有基准点的集合将形成外焊缝规划打磨的中轴线和左右两侧的三条轨迹；
[0048] S4312、将打磨头沿钢管外圆上的外焊缝所处位置的法线方向纵向进给，再以接触轮端面与焊缝走向近似平行的方式进给；
[0049] S432、规划内焊缝的打磨轨迹：
[0050] S4321、设置基准，以接触轮的外轮廓圆与拟合的钢管内圆相切的位置作为打磨基准，针对内焊缝的外形特点，以此基准选取左、中、右三个点作为基准点，每条扫描轮廓都有这样的三个基准点，所有基准点的集合将形成内焊缝规划打磨的中轴线和左右两侧的三条轨迹；
[0051] S4322、将打磨头以连续性和间歇性两种进给方式穿插进行，直至完成指定长度内焊缝的磨削。
[0052] 可优选的是，所述步骤S51具体包括以下步骤：
[0053] S511、根据数据处理结束后获得的每条焊缝当前的余高值，以目标焊缝打磨高度为基础叠加余高值再逐次减去每次沿规划路径打磨的一个完整长度的刀具磨削量，将获得的值作为外焊缝的最新余高量；
[0054] S512、粗磨时每完成一次规定打磨焊缝长度的工作，会进行剩余余高的判断，当余高值小于设定的粗磨时每次的刀具磨削量，则进入精磨，打磨刀具一次性进给到目标焊缝高度，再沿规划的轨迹运行一次完成精磨；当余高值大于设定的粗磨时每次的刀具磨削量，则继续进行粗磨。
[0055] 可优选的是，所述步骤S52具体包括以下步骤：
[0056] S521、二次打磨仅对焊缝进行一次精打磨，完成外焊缝打磨工作；
[0057] S522、完成二次打磨需再进行一次扫描判断，若合格，则进入内焊缝打磨工序；若不合格，则钢管进行切头处理并重新进入工位。
[0058] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0059] 本发明的自动化程度较高，可以在无人干预的情况下完成钢管的连续打磨工作，又有高度的容错性，当有待加工件出现制造缺陷，系统设计了误检测保护，出现问题第一时间保护设备并马上报警示意操作人员，体现了系统高度的智能化和柔性。
法律保护范围
涉及权利要求数量6：其中独权1项，从权-1项
1.一种用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、确认自动打磨系统的参数，并使钢管和机器人进入打磨工位：
S11、确定自动打磨系统的参数：钢管直径、焊缝余高、最大错边量和打磨长度；
S12、启动托运小车将钢管放置在转辊上，接着机器人将沿着地轨运动到打磨工位；
S2、利用机器人末端搭载的视觉系统自动检测、对钢管、焊缝和管端的位置进行定位并测量钢管的壁厚：
S21、对外焊缝进行自动检测和定位，机器人末端在钢管端部附近运动，并带动轮廓仪扫描焊缝完成形貌的检测：
S211、寻找钢管：将机器人的机械臂由初始姿态沿一定角度靠近钢管，待位于机器人末端的打磨头上的距离传感器和轮廓仪识别到钢管的外壁时，机器人停止运动；
S212、轮廓仪调平：根据轮廓仪反馈的数据，调整机器人的机械臂，将轮廓仪和被测量钢管的外表面的距离调整在合适的范围内，同时微调机器人末端打磨头以机器人第六轴为轴线转动使测量轮廓水平；
S213、根据轮廓仪测量的数据，通过转动转辊获得机器人定位焊缝的准确位置；
S214、将轮廓仪沿焊缝移动一段距离，并记录焊缝上相对应位置的两点，根据三角函数获取机器人末端调整需要偏转的角度；
S215、将机器人末端向管端移动，当测量数据为无效值时，则为定位到管端并记录数据；
S22、通过轮廓仪对钢管壁厚进行测量：
S221、将机器人的末端运行到钢管端外的位置，并通过轮廓仪采集当前轮廓的两侧边界点的索引；
S222、判断当前轮廓是否处于测量中心的位置，若未处于测量中心的位置则机器人的末端继续下移，循环此步骤直到当前轮廓处于测量中心的位置；
S223、当机器人的末端到达测量中心的第一测量位置时，将机器人的末端转动角度2M/m，到达第二测量位置；
S224、在步骤S223的基础上，将机器人的末端向步骤S223相反的方向按一定步长旋转指定角度，旋转若干次后，从第二测量位置到达第三测量位置；
S225、记录每次旋转后对应的钢管壁厚，并对比前后两次测量的钢管壁厚，保留管壁较小的壁厚的值，最小壁厚的值即为钢管的真实壁厚值；
S3、利用机器人末端搭载的视觉系统采集钢管和焊缝的扫描数据，并对视觉系统扫描获取的焊缝表面标准点云进行识别获取焊缝的边界，进而得到扫描区域焊缝的精确范围：
S31、当机器人末端沿焊缝方向匀速移动时，利用机器人末端上搭载的轮廓仪扫描并获取焊缝及两侧部分钢管区域的均匀点云数据；
S32、获取焊缝边界，使用点云积分图法线法获取焊缝边界，对获取的焊缝边界根据扫描区域特点进行判断，满足条件则结束；
S33、若不满足条件，则跳转到点云区域增长分割法再次获取焊缝边界；
S4、对轮廓仪采集的焊缝轮廓数据进行数据处理、判定及打磨路径的规划；
S41、根据步骤S3还原的形貌和相关参数判断钢管焊缝是否符合打磨条件，若符合打磨条件，则进行步骤S43；
S42、若不符合打磨条件则进入残次品判断，若为残次品，则需对钢管进行切头并重新进入工位，若为非残次品，则直接流出工位；
S43、规划内外焊缝的打磨轨迹：
S44、根据步骤S43分别提取的外焊缝和内焊缝的三条打磨轨迹，使用线性九点平滑法处理并获取三条平滑打磨轨迹；
S5、机器人根据步骤S43规划的路径打磨焊缝；
S51、机器人在步骤S431规划的三条外焊缝轨迹上等距离选取若干点，通过设置在接触轮底部中心的TCP点为参考点，以线性点动的模式经过选定的点，并以外打磨方式执行粗\精打磨工作；
S52、完成一次焊缝打磨后，系统会执行步骤S4再次扫描焊缝，并对余高值和目标余高值进行比较，并根据比较结果进行相应的打磨量补偿，执行第二次打磨；
S53、机器人根据步骤S432规划的三条内焊缝轨迹，重复步骤S51至S52，完成内焊缝打磨；
S6、机器人根据规划路径打磨焊缝结束后，机器人退回准备位，钢管流出工位。
2.根据权利要求1所述的用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，所述步骤S213具体包括以下步骤：
S2131、启动转辊，通过转辊带动钢管逆时针转动以调整焊缝的位置，同时轮廓仪始终保持测量状态；
S2132、若轮廓仪检测到被测量钢管的轮廓发生变化时，表明焊缝进入测量范围，停止转辊；
S2133、在钢管停稳后，若轮廓仪在当前位置未检测到被测量钢管的轮廓发生变化时，则控制机器人末端带动轮廓仪以合适步长步进移动，并再次通过轮廓仪检测被测量钢管的轮廓是否发生变化，若未发生变化，则循环此步直到被测量钢管的轮廓发生变化；
S2134、根据轮廓仪检测的焊缝轮廓数据，评估最高点横坐标与轮廓仪横向测量范围中心的距离，判断焊缝是否在测量中心，若焊缝不在测量中心，根据上述测量和计算的结果以缩小最高点横坐标与中心距离的方向以小步长移动，移动后再次调节机器人末端，使得轮廓仪上测量的轮廓水平，并继续判断焊缝是否在测量中心，如此循环，直至调整焊缝位于测量的中心，再次执行步骤S212完成焊缝的定位；
S2135、若轮廓仪未检测到被测量钢管的轮廓发生变化，且转辊转动一定时间t时，则表明钢管不具备焊缝检测条件，则机器人返回初始状态并退回地轨原位，同时系统输出钢管无焊缝特征。
3.根据权利要求1或者2所述的用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，所述步骤S2133具体包括以下步骤：
S21331、若大步进移动超过系统设定的次数n时，则认定系统误定位，则返回步骤S2131重新定位焊缝；
S21332、若第二次定位焊缝仍出现最大步进移动超过系统设定的次数n时，则认定钢管无焊缝特征，机器人返回初始状态并退回地轨原位，系统输出钢管无焊缝特征。
4.根据权利要求1所述的用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，所述步骤S43具体包括以下步骤：
S431、规划外焊缝的打磨轨迹：
S4311、设置基准，以接触轮的圆柱体侧面母线与拟合的钢管外圆相切的位置作为打磨基准，针对外焊缝的外形特点，以此基准选取左、中、右三个点作为基准点，每条扫描轮廓都有这样的三个基准点，所有基准点的集合将形成外焊缝规划打磨的中轴线和左右两侧的三条轨迹；
S4312、将打磨头沿钢管外圆上的外焊缝所处位置的法线方向纵向进给，再以接触轮端面与焊缝走向近似平行的方式进给；
S432、规划内焊缝的打磨轨迹：
S4321、设置基准，以接触轮的外轮廓圆与拟合的钢管内圆相切的位置作为打磨基准，针对内焊缝的外形特点，以此基准选取左、中、右三个点作为基准点，每条扫描轮廓都有这样的三个基准点，所有基准点的集合将形成内焊缝规划打磨的中轴线和左右两侧的三条轨迹；
S4322、将打磨头以连续性和间歇性两种进给方式穿插进行，直至完成指定长度内焊缝的磨削。
5.根据权利要求1所述的用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，所述步骤S51具体包括以下步骤：
S511、根据数据处理结束后获得的每条焊缝当前的余高值，以目标焊缝打磨高度为基础叠加余高值再逐次减去每次沿规划路径打磨的一个完整长度的刀具磨削量，将获得的值作为外焊缝的最新余高量；
S512、粗磨时每完成一次规定打磨焊缝长度的工作，会进行剩余余高的判断，当余高值小于设定的粗磨时每次的刀具磨削量，则进入精磨，打磨刀具一次性进给到目标焊缝高度，再沿规划的轨迹运行一次完成精磨；当余高值大于设定的粗磨时每次的刀具磨削量，则继续进行粗磨。
6.根据权利要求1所述的用于钢管焊缝自动打磨系统的数据处理及控制方法，其特征在于，所述步骤S52具体包括以下步骤：
S521、二次打磨仅对焊缝进行一次精打磨，完成外焊缝打磨工作；
S522、完成二次打磨需再进行一次扫描判断，若合格，则进入内焊缝打磨工序；若不合格，则钢管进行切头处理并重新进入工位。
