[發(fā)明專利]大型產(chǎn)品幾何參數(shù)視覺檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910972620.4
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN112729163B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳月玲;夏仁波;趙吉賓;趙亮;劉殿海;周波;于彥鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/00;G06T7/70
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

1.一種大型產(chǎn)品幾何參數(shù)視覺檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

機(jī)器人輸出指令控制其夾持的測量臂相對待檢測大型部件在定點(diǎn)工位移動(dòng)，使得設(shè)置在測量臂末端的結(jié)構(gòu)光掃描頭完成對待檢測大型部件的外形尺寸測量；

所述待檢測大型部件的頂端包括天線罩，待檢測大型部件的外形尺寸包括：總長度DD、同軸度偏差、垂直度偏差；

所述總長度DD為天線罩端頭到待檢測大型部件的尾端面的距離；

所述同軸度偏差為天線罩幾何中心與待檢測大型部件的尾端面幾何中心的連線相對于基準(zhǔn)軸的偏差；

所述垂直度偏差為天線罩幾何中心與待檢測大型部件的尾端面幾何中心的連線相對于尾端面的偏差；

所述測量總長度的步驟如下：

a.大型產(chǎn)品尾端面測量：

測量臂帶動(dòng)結(jié)構(gòu)光掃描頭掃描得到待檢測大型部件的尾端面π_G1的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行空間平面擬合，得到尾端面π_G1所在的平面方程：

Ax+By+Cz+D＝0

其中，A、B、C、D為平面方程系數(shù)，x，y，z為平面方程參數(shù)；

b.大型產(chǎn)品長度測量：

測量臂帶動(dòng)結(jié)構(gòu)光掃描頭掃描得到天線罩的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后擬合成球體，得到球心O_e和半徑，則總長度就是球心O_e到尾端面π_G1的距離加上球半徑；

所述同軸度偏差的測量步驟如下：

a.基準(zhǔn)軸后端點(diǎn)O_F1的測量：

測量臂帶動(dòng)結(jié)構(gòu)光掃描頭掃描基準(zhǔn)軸后端點(diǎn)的圓周，得到后端點(diǎn)附近圓周點(diǎn)云數(shù)據(jù)YZDY_{后端點(diǎn)}；

在基準(zhǔn)軸后端點(diǎn)附近作一個(gè)與尾端面π_G1平行的平面PM，將圓周點(diǎn)云數(shù)據(jù)YZDY_{后端點(diǎn)}向該平面PM投影，形成一個(gè)橢圓形的輪廓點(diǎn)云DY_{后端點(diǎn)投影點(diǎn)云}；

將橢圓形的輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)DY_{后端點(diǎn)投影點(diǎn)云}擬合成一個(gè)空間橢圓TU_{后端點(diǎn)投影橢圓}，其圓心即為所求的基準(zhǔn)軸后端點(diǎn)；

b.基準(zhǔn)軸前端點(diǎn)O_E1的測量：

測量臂帶動(dòng)結(jié)構(gòu)光掃描頭掃描基準(zhǔn)軸前端點(diǎn)的圓周，得到前端點(diǎn)附近圓周點(diǎn)云數(shù)據(jù)YZDY_{前端點(diǎn)}；

在基準(zhǔn)軸前端點(diǎn)附近作一個(gè)與尾端面π_G1平行的平面PM_{前端點(diǎn)}，將圓周點(diǎn)云數(shù)據(jù)YZDY_{前端點(diǎn)}向該平面PM_{前端點(diǎn)}投影，形成一個(gè)橢圓形的輪廓點(diǎn)云DY_{前端點(diǎn)投影點(diǎn)云}；

將橢圓形的輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)DY_{前端點(diǎn)投影點(diǎn)云}擬合成一個(gè)空間橢圓TU_{后端點(diǎn)投影橢圓}，其圓心即為所求的基準(zhǔn)軸前端點(diǎn)；

c.大型產(chǎn)品同軸度計(jì)算：

先計(jì)算點(diǎn)O_E1與O_F1所構(gòu)成的直線L_F1-E1；

將端頭球心O_e投影到直線L_F1-E1上，得到投影點(diǎn)P_e；

計(jì)算P_e與O_e的距離|O_eP_e|，則，同軸度偏差為：Φ_F1-E1-e＝2*|O_eP_e|；

所述測量產(chǎn)品垂直度偏差的步驟如下：

a.尾端面π_G1的平面方程為Ax+By+Cz+D＝0；

b.尾端面π_G1幾何中心O_G1的測量：

測量臂帶動(dòng)結(jié)構(gòu)光掃描頭掃描尾端面附近的圓周，得到尾端面附近圓周點(diǎn)云數(shù)據(jù)YZDY_尾端面；

將圓周點(diǎn)云數(shù)據(jù)YZDY_尾端面向尾端面π_G1投影，形成一個(gè)橢圓形的輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)DY_{尾端面投影點(diǎn)云}；

將橢圓形的輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)DY_{尾端面投影點(diǎn)云}擬合成一個(gè)空間橢圓TU_{尾端面橢圓}，其圓心即為所求的尾端面幾何中心點(diǎn)O_G1(x_G1,y_G1,z_G1)；

c.計(jì)算過幾何中心O_G1(x_G1,y_G1,z_G1)的尾端面法線：

已知尾端面π_G1的平面方程Ax+By+Cz+D＝0，則該平面的法向量為n_G1＝(a1,b1,c1)＝(A,B,C)，已知法向量n_G1＝(a1,b1,c1)和其上一點(diǎn)O_G1(x_G1,y_G1,z_G1)，則尾端面的法線L_nG1方程寫成參數(shù)方程形式為：

其中，t為直線參數(shù)方程比例系數(shù)；

d.計(jì)算垂直度：

將O_e投影到直線L_nG1上，得到投影點(diǎn)Q_e；

計(jì)算Q_e與O_e的距離|O_eQ_e|，則，垂直度偏差為：Φ_e-nG1＝|O_eQ_e|。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型物體幾何參數(shù)測量方法，其特征在于在測量之前還包括對測量臂移動(dòng)的定點(diǎn)工位進(jìn)行全局標(biāo)定，步驟如下：

a.在測量臂移動(dòng)軌跡上設(shè)置若干個(gè)定點(diǎn)工位；

b.在每個(gè)定點(diǎn)工位附近放置多個(gè)靶球；

c.先用激光跟蹤儀測量當(dāng)前工位每個(gè)靶球的幾何中心，得到靶球的在激光跟蹤儀下的空間坐標(biāo)，進(jìn)而得到當(dāng)前工位下靶球與激光跟蹤儀的變換矩陣T1；

d.再用結(jié)構(gòu)光掃描頭測量每個(gè)靶球，得到每個(gè)靶球在法如關(guān)節(jié)臂下的坐標(biāo)，進(jìn)而得到當(dāng)前工位下關(guān)節(jié)臂與靶球坐標(biāo)變換矩陣T2；

e.通過變換矩陣T2、變換矩陣T1求出當(dāng)前工位下關(guān)節(jié)臂與激光跟蹤儀坐標(biāo)之間的變換矩陣T，完成關(guān)節(jié)臂在當(dāng)前工位的標(biāo)定；

f.重復(fù)上述步驟a-e對所有工位進(jìn)行標(biāo)定，將關(guān)節(jié)臂在每個(gè)工位下的坐標(biāo)統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)全局標(biāo)定。