焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法

所属的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。此外，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。另外，该asic可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

背景技术：

1、机器人焊接数字孪生的基础是数字化和模型化，而相比传统的仿真或者离线编程，它多出了迈向智能制造的最为重要的一步，即双向的数据交换。对于机器人焊接数字孪生而言，它利用数字模型对生产制造流程进行优化，或者是提供更快更好的解决方案，从而对在物理实体中的生产产生价值。替代模型是基于从现场、实验和数字的物理或统计模型中获得的数据模型。

2、对于数字孪生或者交互程度较高、精度要求较高的离线编程程序而言，最首要的工作就是建立真实世界在虚拟世界中的数字表达，以机器人焊接系统为例，对于一个机器人焊接的数字孪生系统，其主要包括机器人的模型，工作台、加工工件的模型，以及场景模型。在模拟加工过程中，机器人会预先进行计算，规划出实际加工中的轨迹和姿态变换。在规划过程中，机器人与工件、工作台的模型由于需要精确地进行碰撞检测，因此需要进行逐一精确地计算包围盒。因此，在实际的场景构建过程中，存在以下的问题：

3、1)真实的场景焊接场景较为复杂，且焊接轨迹变化较大。如果需要计算得到更加简洁且可靠的加工轨迹，需要更精确的模型，数量也非常庞大，因此不可以直接完整地加载到场景中参与计算。

4、2)场景模型的获取往往可以通过多种渠道，如直接导入产品模型数据交互规范(standard for the exchange of product model data，step)文件，或者通过点云获取等。不同渠道获取的场景信息需要进行整合合并到场景中，此过程也需要进行大量计算。

5、因此，需要在生成场景时，将一些复杂的模型或数据信息进行整合，去除冗余，尽可能提升速度。公开号为cn113987835a的专利：“焊接场景的数字孪生场景的构建和自动生成焊接轨迹方法、装置”提供了一种焊接场景的数字孪生场景的构建方法，其是在已经生成的零件模型中，选用和适配当前焊接场景匹配的模型，并根据焊接场景中的部分或全部实体的真实参数进行导入，然后生成当前的数字孪生场景。但是，其主要是针对场景中主要模型进行标记，如机械臂，而对其中次要的模型进行简化或忽略，未能解决场景过于复杂时计算量大幅增大的问题，也不能在进行多元设备采集场景信息时，如何整合到场景中的问题。

6、一种常规的方法是对其进行逐个判断和检查。例如，将不同的模型先进行是否重叠的判断，如果重叠，则进行两两的合并。如abc互相连接，判断出abc互相重叠后，依次合并ab，ac，bc。但是，当合并ab与ac后，bc其实已经是合并后的，无需再合并。因此就造成算力的大量浪费。但是，由于数字孪生的场景中模型数量庞大，位置也高度重合，所以对每一个模型进行逐个计算是低效且无意义的。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法。

2、第一方面，本技术实施例提供一种焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法，包括：

3、步骤1：根据数据规模及计算机内核数，进行任务分块；

4、步骤2：通过三角阵列获取每个数据分块的起始位置；

5、步骤3：根据计算机内核数量构建并查集；

6、步骤4：对各个并查集进行计算，并合并各个并查集；

7、步骤5：根据合并的并查集，进行场景合并运算，导出场景文件。

8、可选地，所述步骤1包括：

9、步骤1.1：将模型文件加载到计算机内存中；

10、步骤1.2：将模型文件中的数据划分为n*(n-1)/2n个任务块，并向上取整，不能整除的余数部分归入最后一个任务块；其中，n表示计算机内核数量，n表示模型文件的总数。

11、可选地，所述步骤2包括：

12、步骤2.1：根据计算机的内核数目，创建相应数量的线程，并将线程依次填入三角阵列中；

13、步骤2.2：计算每个线程的起始元素在三角阵列中的位置，并根据起始元素的位置递推剩余元素的位置。

14、可选地，所述步骤3包括：建立n个容量大小为n的并查集，每个线程分别分配一个独立的并查集；其中，n表示计算机内核数量，n表示模型文件的总数。

15、可选地，所述步骤4包括：

16、步骤4.1：根据预先定义的合并规则判断是否需要进行合并；若需要合并，则执行步骤4.2；若不需要合并，则结束；

17、步骤4.2：对并查集进行标记；

18、步骤4.3：将标记的并查集进行合并。

19、可选地，所述步骤4.3包括：

20、步骤4.3.1：将标记的并查集进行连通；

21、步骤4.3.2：等待所有线程计算完毕后，合并到主线程；

22、步骤4.3.3：将各个并查集的结果整合到主线程的并查集中；

23、步骤4.3.4：获取并查集中的每个小集合，并进行整体的合并运算。

24、可选地，所述预先定义的合并规则包括：判断各个并查集是否存在重合区域，若存在重合区域，则进行合并。

25、可选地，所述步骤5包括：按照标记进行场景数据的合并，将合并后的结果写入文件中，得到场景文件，以使得在下次打开文件时，直接导出所述场景文件。

26、第二方面，本技术实施例提供一种焊接数字孪生三维场景模型并发构建设备，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：

27、执行如第一方面中任一项所述的焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法的步骤。

28、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现如第一方面中任一项所述的焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法的步骤。

29、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

30、1)本技术实施例提供的焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法，可以无精度损失，或者在可控的精度范围内，构建出复杂焊接系统的数字孪生场景，大幅缩短耗时，效率高。

31、2)本技术实施例提供的焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法是一个预处理阶段，并不直接使用源数据，因此兼容性好，可导入不同设备获取的场景图元信息。

32、3)本技术实施例提供的焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法，充分利用了现代计算机的多核特性，充分利用计算机算力提高模型运算速度，数据处理效率得到极大提升。

33、4)本技术实施例提供的焊接数字孪生三维场景模型并发构建方法只涉及相似位置图元的合并计算，因此在缩小存储体积的同时，不会造成场景精度的损耗。