一種零件三維自動掃描測量裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種零件三維自動掃描測量裝置及方法，所述裝置包括協(xié)作機(jī)器人、多線激光掃描儀、電動轉(zhuǎn)臺以及信息交換處理裝置；多線激光掃描儀用于對零件進(jìn)行掃描，得到零件的實(shí)測模型；協(xié)作機(jī)器人用于夾持固定多線激光掃描儀；電動轉(zhuǎn)臺用于承載被測零件，能夠調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度；信息交換處理裝置用于控制多線激光掃描儀、協(xié)作機(jī)器人和電動轉(zhuǎn)臺執(zhí)行規(guī)劃的掃描路徑得到實(shí)測模型，識別孔洞特征及掃描缺失區(qū)域，計(jì)算掃描有效率，規(guī)劃二次掃描路徑，直到掃描有效率達(dá)到設(shè)定值，信息處理裝置包括坐標(biāo)系標(biāo)定及轉(zhuǎn)換模塊、粗掃描路徑規(guī)劃模塊和二次精細(xì)掃描路徑模塊。本發(fā)明專利技術(shù)能夠自動規(guī)劃粗掃描路徑和二次掃描路徑，提高自動掃描的效率，減少人為操作的誤差。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于自動控制與三維掃描領(lǐng)域，尤其涉及一種零件三維自動掃描測量裝置及方法。

技術(shù)介紹

1、隨著制造業(yè)的發(fā)展，對幾何量測量裝備的測量精度、測量效率、測量穩(wěn)定性和現(xiàn)場適應(yīng)性等指標(biāo)要求越來越高。零件三維掃描測量作為幾何量數(shù)字化測量過程中的重要環(huán)節(jié)，可為保障復(fù)雜零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)質(zhì)量和縮短開發(fā)周期提供有效手段。目前，大多數(shù)航空零部件的三維掃描測量仍處于半自動狀態(tài)，采用人工選擇掃描點(diǎn)、手動拖拽掃描測頭和手動拼接與處理點(diǎn)云等方式。由于航空零部件復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和表面形狀，傳統(tǒng)人工檢測速度既跟不上自動化生產(chǎn)線的節(jié)奏，同時檢驗(yàn)人員又可能因?yàn)榉爆嵉臋z測步驟產(chǎn)生疲勞感，導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差較大。一些國外公司開發(fā)的自動掃描儀器價(jià)格高昂，關(guān)鍵技術(shù)處于封鎖狀態(tài)，無法根據(jù)實(shí)際掃描需要定制個性化的掃描方案。因此現(xiàn)有的三維掃描技術(shù)仍無法滿足數(shù)字化測量和智能制造的期望，需要一種自動化的三維掃描測量裝置與方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利技術(shù)的目的是提供一種零件三維自動掃描測量裝置，能夠自動規(guī)劃粗掃描路徑和二次掃描路徑，提高三維自動掃描的效率，減少人為操作的誤差。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的一個方面提供一種零件三維自動掃描測量裝置，包括協(xié)作機(jī)器人、多線激光掃描儀、電動轉(zhuǎn)臺以及信息交換處理裝置；

3、所述多線激光掃描儀用于將多束藍(lán)色激光交叉線構(gòu)成的投影投射到被測零件上，通過對交叉線投影投射的區(qū)域進(jìn)行信號處理生成零件表面的三維網(wǎng)格，從而得到零件的實(shí)測模型；所述協(xié)作機(jī)器人具有六個自由度，用于夾持固定多線激光掃描儀；所述電動轉(zhuǎn)臺用于承載被測零件，能夠調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度；

4、所述信息交換處理裝置用于控制所述多線激光掃描儀、協(xié)作機(jī)器人和電動轉(zhuǎn)臺執(zhí)行規(guī)劃的掃描路徑得到實(shí)測模型，識別孔洞特征及掃描缺失區(qū)域，計(jì)算掃描有效率，規(guī)劃二次掃描路徑，直到掃描有效率達(dá)到設(shè)定值，所述信息處理裝置包括坐標(biāo)系標(biāo)定及轉(zhuǎn)換模塊、粗掃描路徑規(guī)劃模塊和二次精細(xì)掃描路徑模塊，

5、所述坐標(biāo)系標(biāo)定及轉(zhuǎn)換模塊用于進(jìn)行機(jī)器人坐標(biāo)系、零件坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系的標(biāo)定，將三者統(tǒng)一為全局坐標(biāo)系，并將協(xié)作機(jī)器人的末端局部坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系，以使機(jī)器人能夠到達(dá)規(guī)劃的掃描視點(diǎn)并保持相應(yīng)的姿態(tài)；

6、所述粗掃描路徑規(guī)劃模塊用于根據(jù)零件理論模型建立零件包圍盒，計(jì)算初始掃描視點(diǎn)，連接視點(diǎn)并規(guī)劃全局坐標(biāo)系下的路徑，形成粗掃描路徑；

7、所述二次精細(xì)掃描路徑模塊用于對零件的實(shí)測模型進(jìn)行解析，提取孔洞特征與掃描缺失區(qū)域的位置與輪廓，生成二次掃描視點(diǎn)，連接視點(diǎn)并規(guī)劃全局坐標(biāo)系下的路徑，形成二次精細(xì)掃描路徑。

8、本專利技術(shù)的另一個方面提供一種零件三維自動掃描測量方法，利用上述的裝置進(jìn)行零件的三維自動掃描測量，所述方法包括：

9、步驟s1，進(jìn)行機(jī)器人坐標(biāo)系、零件坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系的標(biāo)定，將三者統(tǒng)一為全局坐標(biāo)系，并將協(xié)作機(jī)器人的末端局部坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系，并將零件放置在電動轉(zhuǎn)臺的中心，放置姿態(tài)與標(biāo)定的坐標(biāo)系朝向一致；

10、步驟s2，根據(jù)零件理論模型建立零件包圍盒，計(jì)算初始掃描視點(diǎn)，生成粗掃描路徑并執(zhí)行；

11、步驟s3，對于通過執(zhí)行粗掃描路徑得到的實(shí)測模型，識別其中的孔洞和掃描缺失的區(qū)域，計(jì)算對應(yīng)的二次精密掃描視點(diǎn)，生成二次掃描路徑并執(zhí)行；

12、步驟s4，獲取通過執(zhí)行二次掃描路徑得到的實(shí)測模型，計(jì)算其掃描有效率是否達(dá)到設(shè)定值，若達(dá)到設(shè)定值則完成掃描，否則重復(fù)步驟s3，直到掃描有效率達(dá)到設(shè)定值。

13、根據(jù)本專利技術(shù)上述方面的零件三維自動掃描測量裝置，能夠自動規(guī)劃粗掃描路徑和二次掃描路徑，提高三維自動掃描的效率，減少人為操作的誤差。

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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種零件三維自動掃描測量裝置，其特征在于，包括協(xié)作機(jī)器人、多線激光掃描儀、電動轉(zhuǎn)臺以及信息交換處理裝置；

2.一種零件三維自動掃描測量方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行零件的三維自動掃描測量，所述方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟S4中，如下計(jì)算掃描有效率：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步驟S3中，選擇實(shí)測模型中的點(diǎn)pi作為中心點(diǎn)，i＝1，2，3，…，N，N為實(shí)測模型的點(diǎn)數(shù)，利用K近鄰算法搜尋pi的鄰域點(diǎn)集來計(jì)算質(zhì)心Ci，計(jì)算中心點(diǎn)pi與其對應(yīng)的質(zhì)心Ci的距離，并計(jì)算均值作為提取邊界的閾值L：

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，如下將協(xié)作機(jī)器人的末端局部坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系：

6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步驟S1之前還包括通信建立步驟，在通信建立步驟中，信息交換處理裝置與協(xié)作機(jī)器人建立IP通信、與多線激光掃描儀建立TCP通信、與電動轉(zhuǎn)臺通過運(yùn)動控制器建立通信連接。

【技術(shù)特征摘要】

1.一種零件三維自動掃描測量裝置，其特征在于，包括協(xié)作機(jī)器人、多線激光掃描儀、電動轉(zhuǎn)臺以及信息交換處理裝置；

2.一種零件三維自動掃描測量方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行零件的三維自動掃描測量，所述方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟s4中，如下計(jì)算掃描有效率：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步驟s3中，選擇實(shí)測模型中的點(diǎn)pi作為中心點(diǎn)，i＝1，2，3，…，n，n為實(shí)測模型的點(diǎn)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈長逸，王一璋，蔡項(xiàng)宇，
申請(專利權(quán))人：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：