基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種公差檢測系統(tǒng)及檢測方法，尤其涉及一種基于面激光傳感器的機(jī) 器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車行業(yè)中，汽車部件的檢測已經(jīng)越來越普及，其檢測要求一般是多樣性的，t匕 如錯(cuò)漏裝的檢測以及關(guān)鍵點(diǎn)形位公差的檢測通常希望一起完成。機(jī)器人攜帶視覺傳感器的 檢測方式以其非接觸、自動(dòng)化的特點(diǎn)被普遍采用。但是錯(cuò)漏裝檢測和形位公差檢測屬于不 同類型的檢測，在視覺檢測領(lǐng)域，對(duì)錯(cuò)漏裝的檢測通常通過平面圖像處理的方法進(jìn)行錯(cuò)漏、 漏裝的判別，而對(duì)形位公差的檢測則通過工件三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算進(jìn)行。
[0003]目前主流的檢測方式都不能很好的處理這種復(fù)雜的檢測要求，諸如：機(jī)器人攜帶 工業(yè)相機(jī)的方式，由于相機(jī)不能得到三維數(shù)據(jù)，僅能進(jìn)行錯(cuò)漏裝的檢測，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的形位公 差無能為力。機(jī)器人攜帶線激光器的方式，能有效檢測形位公差，卻很難檢測裝配正確與 否。機(jī)器人同時(shí)攜帶線激光器和工業(yè)相機(jī)的方式能夠同時(shí)進(jìn)行形位公差和錯(cuò)漏裝的檢測， 但是機(jī)器人末端攜帶兩個(gè)傳感器更容易帶來干涉，傳感器變位時(shí)會(huì)造成檢測精度的損失， 且線激光器依靠機(jī)器人提供第三軸坐標(biāo)的方式使手眼標(biāo)定非常復(fù)雜并且會(huì)造成所采集數(shù) 據(jù)的精度損失。
[0004] 同時(shí)，雙目視覺的檢測方式往往需要依靠外部設(shè)備(如激光跟蹤儀)，或者在被測 物體表面貼標(biāo)記點(diǎn)，來完成系統(tǒng)的全局標(biāo)定，前者會(huì)增加系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用場合的限制，后者會(huì)給 檢測造成不便，且雙目視覺的檢測方式成本會(huì)很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種基于面激光傳 感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)及檢測方法。由于面激光傳感器可在靜止?fàn)顟B(tài) 下一次性獲取測量范圍內(nèi)物體表面三維數(shù)據(jù)(可用于形位公差檢測）及圖像灰度數(shù)據(jù)(可用 于錯(cuò)漏裝檢測)，系統(tǒng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)裝配及形位公差的檢測。同時(shí)面激光傳感器可獨(dú)立獲取三 維數(shù)據(jù)的特點(diǎn)也使得系統(tǒng)精度較高，且相比于雙目視覺的檢測方式，不需要外部設(shè)備的輔 助，也不需要額外的標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)簡單，成本低。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)： 上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)，其中：所述定位組 件的外圍設(shè)置有相互通訊的面激光傳感器、機(jī)器人設(shè)備、工控機(jī)，所述面激光傳感器安裝在 機(jī)器人設(shè)備末端，由機(jī)器人設(shè)備攜帶對(duì)機(jī)器人設(shè)備運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的被測位置采集工件表面三 維數(shù)據(jù)，所述面激光傳感器在采集工件表面三維數(shù)據(jù)的同時(shí)還采集灰度圖像數(shù)據(jù)，采集所 得的工件表面三維數(shù)據(jù)用于工件關(guān)鍵點(diǎn)形位公差檢測，采集所得的灰度圖像數(shù)據(jù)用于工件 錯(cuò)漏裝檢測；所述工控機(jī)同時(shí)連接面激光傳感器、機(jī)器人控制柜，用于控制檢測過程及處理 檢測數(shù)據(jù)，所述工控機(jī)根據(jù)檢測計(jì)劃啟動(dòng)檢測過程，控制機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)到工件被測位置， 通過面激光傳感器采集被測工件表面三維數(shù)據(jù)及灰度圖像數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和分析得到檢測結(jié)果。
[0007] 進(jìn)一步地，上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)，其 中：所述的工控機(jī)內(nèi)設(shè)置有通信及控制模塊，所述的通信及控制模塊的數(shù)據(jù)處理端口上連 接有數(shù)據(jù)處理組件，所述數(shù)據(jù)處理組件的輔助通訊端口上連接有顯示存儲(chǔ)及統(tǒng)計(jì)分析模 塊；所述機(jī)器人設(shè)備包括機(jī)器人本體，所述機(jī)器人本體上連接有機(jī)器人控制柜，所述機(jī)器人 控制柜連接有機(jī)器人示教器，所述機(jī)器人本體用于帶動(dòng)面激光傳感器以到達(dá)工件被檢測位 置，所述機(jī)器人控制柜用于機(jī)器人本體的伺服控制，所述機(jī)器人控制柜和工控機(jī)連接用于 傳輸機(jī)器人位置數(shù)據(jù)，所述機(jī)器人示教器用于機(jī)器人編程調(diào)試。
[0008] 更進(jìn)一步地，上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)， 其中：所述通信及控制模塊用于完成和面激光傳感器、機(jī)器人控制柜的通信，通過面激光傳 感器采集灰度圖像數(shù)據(jù)和三維位置數(shù)據(jù)，并記錄面激光傳感器拍攝時(shí)機(jī)器人的位置和姿態(tài) 信息，所述通信及控制模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測過程的協(xié)調(diào)控制，根據(jù)檢測計(jì)劃，依次控制機(jī) 器人本體到達(dá)被測位置，在機(jī)器人本體到達(dá)被測位置后觸發(fā)面激光傳感器采集被測位置數(shù) 據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理組件包括相互通訊的標(biāo)定模塊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算模塊，所述標(biāo)定模塊 計(jì)算面激光傳感器坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人本體末端工具坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，完成被測部 件基準(zhǔn)的建立；所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)標(biāo)定模塊所求得旋轉(zhuǎn)和平移矩陣、機(jī)器人本體位置 和姿態(tài)信息、基準(zhǔn)坐標(biāo)對(duì)面激光傳感器采集到的三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將其從面激 光傳感器坐標(biāo)系下變換到被測部件坐標(biāo)系下；所述計(jì)算模塊包括二維圖像處理模塊和三維 圖形處理模塊，所述二維圖像處理模塊通過特征識(shí)別進(jìn)行錯(cuò)漏裝的檢測，所述三維圖形處 理模塊通過點(diǎn)云計(jì)算得到形位公差信息；所述顯示存儲(chǔ)及統(tǒng)計(jì)分析模塊用于對(duì)檢測結(jié)果進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)分析，并將檢測結(jié)果上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)庫并通過顯示器實(shí)時(shí)直觀顯示測量結(jié)果。
[0009] 更進(jìn)一步地，上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)， 其中：所述的通信及控制模塊上設(shè)置有PLC接口。
[0010] 更進(jìn)一步地，上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)， 其中：所述顯示存儲(chǔ)及統(tǒng)計(jì)分析模塊能給用戶提供檢測報(bào)表。
[0011] 再進(jìn)一步地，上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測系統(tǒng)， 其中：所述的安全組件還包括有安全圍欄。
[0012] 基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測方法，其特征在于包括以下 步驟：步驟①，進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，確定面激光傳感器坐標(biāo)系和機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān) 系； 步驟②，機(jī)器人本體帶動(dòng)面激光傳感器至被測工件基準(zhǔn)位置，面激光傳感器拍攝基準(zhǔn) 數(shù)據(jù)，工控機(jī)根據(jù)所采集數(shù)據(jù)建立工件基準(zhǔn)； 步驟③，通過工控機(jī)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到第一個(gè)被測位置，面激光傳感器采集被測工件 表面的三維數(shù)據(jù)及灰度圖像，工控機(jī)同時(shí)根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前的位置和姿態(tài)信息，將采集得到 的三維數(shù)據(jù)變換到工件基準(zhǔn)坐標(biāo)系下； 步驟④，在第一個(gè)位置掃描完成之后，工控機(jī)控制機(jī)器人掃描第二個(gè)被測位置，并繼續(xù) 將采集得到的三維數(shù)據(jù)變換到工件基準(zhǔn)坐標(biāo)系下，以此循環(huán)，直至完成所有檢測數(shù)據(jù)采集 任務(wù)； 步驟⑤，完成檢測數(shù)據(jù)采集后，工控機(jī)對(duì)工件基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算關(guān)鍵 點(diǎn)的各種形位公差，工控機(jī)還對(duì)灰度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過特征提取、識(shí)別的方法進(jìn)行錯(cuò) 漏裝的檢測，給出裝配是否合格的結(jié)果； 步驟⑥，數(shù)據(jù)處理完成后，檢測結(jié)果將被上傳至數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，并生成圖形化的統(tǒng)計(jì)報(bào) 表。
[0013] 上述的基于面激光傳感器的機(jī)器人工件裝配及形位公差檢測方法，其中：所述的 步驟①中，首先，機(jī)器人本體帶動(dòng)面激光傳感器，使被測位置在面激光傳感器視野范圍內(nèi)， 對(duì)固定在三維空間中的標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行拍攝，根據(jù)所得到的三維位置數(shù)據(jù)擬合得到球心在面 激光傳感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值_，則有表達(dá)式①:：
，表達(dá) 式①中，_為球心在機(jī)器人世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，il、ii表示此次測量中機(jī)器人末端 工具坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移矩陣，:_:、，表示面激光傳感器坐標(biāo)系 相對(duì)于機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移矩陣，通過此時(shí)機(jī)器人位置信息得到； 之后，機(jī)器人本體在工具坐標(biāo)系下做平移運(yùn)動(dòng)，保證標(biāo)準(zhǔn)球仍在面激光傳感器的視野范圍 內(nèi)，記錄機(jī)器人位置姿態(tài)，并再次進(jìn)行拍攝、擬