一种工件检测测量方法及系统与流程

1.本发明涉及工件生产制造技术领域，尤其涉及一种工件检测测量方法及系统。


背景技术：

2.传统的大型复杂工件检测与测量系统的痛点是精度与速度不能兼顾。当采用大行程固定式的三坐标测量方式时，虽精度高且稳定性好，但是实时性不够，检测效率低；当采用线激光测量仪时，其灵活性较高，但是由于其是线阵扫描，检测速度较慢。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种工件检测测量方法及系统，以提高检测精度及速度，提高检测效率。
4.第一方面，本发明提供了一种工件检测测量方法，包括以下步骤：机械臂移动：机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点；三维传感器拍摄：三维传感器的光栅投射器投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，三维传感器的面阵相机采集捕获所述光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将所述投影图像传输至上位机；上位机分析：上位机采用三维视觉算法对接收到的所述投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。
5.第二方面，本发明还提供了一种工件检测测量系统，包括三维传感器、六自由度运动平台及上位机，所述六自由度运动平台分别与所述三维传感器和所述上位机电连接，所述上位机与所述三维传感器电连接，所述三维传感器安装于所述六自由度运动平台的机械臂的末端，包括面阵相机和光栅投射器，所述光栅投射器用于投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，所述面阵相机用于采集捕获所述光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像，并将所述投影图像传输至所述上位机；所述上位机用于根据接收到的所述投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。
6.本发明的有益技术效果在于：本发明的工件检测测量方法通过机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点，使得检测范围广，且无需人工规划检测点位，提高检测效率，并可多角度多幅面对工件进行检测测量，通过三维传感器的面阵相机采集捕获光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将投影图像传输至上位机，上位机采用三维视觉算法对接收到的投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，可提高检测精度和速度，减少人工投入和授权过程，检测测量操作自动进行，操作更简便快捷。本发明的工件检测测量系统也具有上述功能。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1为本发明实施例提供的工件检测测量方法的流程示意图；
9.图2为本发明实施例提供的工件检测测量方法的具体流程示意图；
10.图3为本发明实施例提供的工件检测测量方法的具体流程的子流程示意图；
11.图4为本发明实施例提供的工件检测测量系统的框架示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的工件检测测量方法的流程示意图，所述工件检测测量方法包括以下步骤：
14.步骤s11、机械臂移动：机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点；
15.步骤s12、三维传感器拍摄：三维传感器的光栅投射器投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，三维传感器的面阵相机采集捕获所述光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将所述投影图像传输至上位机；
16.步骤s13、上位机分析：上位机采用三维视觉算法对接收到的所述投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。
17.其中，三维传感器安装于机械臂的末端，以随机械臂的运动移动至工件检测位，从而对工件进行拍摄检测操作。机械臂运动轨迹包括多个目标检测点，机械臂根据依序机械臂运动轨迹运动至各目标检测点，以对工件进行多角度的测量。所述工件检测测量方法通过机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点，使得检测范围广，且无需人工规划检测点位，提高检测效率，并可多角度多幅面对工件进行检测测量，通过三维传感器的面阵相机采集捕获光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将投影图像传输至上位机，上位机采用三维视觉算法对接收到的投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，可提高检测精度和速度，减少人工投入和授权过程，检测测量操作自动进行，操作更简便快捷。
18.结合图2，具体地，所述步骤s11前还包括：
19.步骤s101、轨迹规划：上位机获取工件的三维模型，根据工件的三维模型及工件检测位规划生成所述机械臂运动轨迹，保存所述机械臂运动轨迹。其中，工件的三维模型由用户输入。工件检测位为供工件放置以便检测的位置。
20.结合图3，所述步骤s101具体包括：
21.步骤s1011、采用三维传感器构建场景点云模型；其中，步骤s1011具体为：采用三维传感器对放置在工件检测位的需进行检测的工件的标准件进行投影图像的采集获取，构建场景点云模型。
22.步骤s1012、获取工件上需要检测的点位的cad模型；其中，用户直接于上位机输入工件上需要检测的点位的cad模型以供上位机获取记录。
23.步骤s1013、采用ppf算法对所述场景点云模型结合获得的工件上需要检测的点位的cad模型进行点云匹配，获得匹配点位作为目标检测点；
24.步骤s1014、采用基于所述场景点云模型的规划器结合目标检测点生成所述机械臂运动轨迹。
25.具体地，所述步骤s1014中的所述规划器采用双层设计，包括上层和下层，所述规划器的上层用于查询优化工件的所有目标检测点的顺序；所述规划器的下层用于查询优化机械臂从一种构型到另一种构型的运动，以获得机械臂运动到各目标检测点之间的位姿变化，生成无碰撞路径。最终根据所有的目标检测点、目标检测点的顺序及各目标检测点之间的位姿变化生成机械臂运动轨迹。
26.具体地，所述步骤s1014包括：
27.获取场景点云模型的所有顶点、机械臂cad模型的所有顶点、场景点云模型的顶点之间的连接顺序和机械臂cad模型的顶点之间的连接顺序；
28.获取机械臂的初始配置和机械臂的目标配置；其中，机械臂的初始配置是指机械臂初始的位置、机械臂的参数和机械臂的位姿等，目标配置为根据机械臂运动轨迹获得的目标检测点的位置、该目标检测点对应的机械臂的参数及该目标检测点对应的机械臂的位姿。
29.根据所述场景点云模型的所有顶点、机械臂cad模型的所有顶点、场景点云模型的顶点之间的连接顺序、机械臂cad模型的顶点之间的连接顺序、机械臂的初始配置和机械臂的目标配置生成机械臂运动轨迹。
30.其中，步骤s1014可采用公式(1)表示：
31.c＝fp(vo，vp，so，sp，qstart，qgoal)(1)
32.式中，c表示机械臂运动轨迹，包括所有目标检测点，fp表示路径规划函数，vo表示场景点云模型的所有顶点，vo＝{vo1,vo2,
…
，von}，vp表示机械臂cad模型的所有顶点，vp＝{vp1,vp2,
…
，vpk}，so表示场景点云模型的顶点之间的连接顺序，sp表示机械臂cad模型的顶点之间的连接顺序，qstart机械臂的初始配置，qgoal表示机械臂的目标配置；
33.其中，c:[0,m]
→
q；表示0到m范围内的目标检测点的集合构成的机械臂运动轨迹属于一构型空间。c(0)＝qstart,c(m)＝qgoal,c(s)∈qfree，q表示构型空间，qfree表示保证无碰撞准则的构型空间，s为时间步长，m为时间步长的长度。
[0034]
具体地，所述步骤s1014包括：
[0035]
采用tsp(traveling salesman problem，商旅问题)算法结合目标检测点计算获取加权位移平方之和；
[0036]
采用遗传算法计算获得行程最小的检测顺序，根据行程最小的检测顺序生成所述机械臂运动轨迹。
[0037]
其中，所述加权位移平方之和可采用公式(2)计算获得：
[0038]
fc＝∑h∑s||v(ch(s+1)-ch(s))||
ꢀꢀꢀ
(2)
[0039]
式中，fc表示目标函数，该目标函数用于求取加权位移平方之和，v(*)表示重新缩放旋转距离和平移距离的权重向量，h表示子目标的索引，s表示时间步长。
[0040]
具体地，所述步骤s101后还包括：
[0041]
路径检测：采用碰撞检测算法对生成的所述机械臂运动轨迹进行检测分析调整。
其中，采用现有的碰撞检测算法的gjk(gilbert
–
johnson
–
keerthi)算法对生成的所述机械臂运动轨迹进行检测分析调整，获得最终的机械臂运动轨迹，实现精细碰撞检测，提高机械臂运动轨迹的可靠性。
[0042]
具体地，所述步骤s11后还包括：
[0043]
到位判断：判断工件是否到达工件检测位，若是，则执行步骤s12；若否，则继续执行到位判断的步骤。
[0044]
其中，工件检测位处设有传感器，所述到位判断的步骤具体为：
[0045]
机械臂停止运动；
[0046]
上位机根据传感器的感应数据判断工件是否到达工件检测位，若是，发送到位信号至三维传感器，触发光栅投射器和面阵相机工作，执行步骤s12。
[0047]
具体地，所述步骤s12后还包括：
[0048]
三维传感器发送拍摄完成信号至机械臂，触发机械臂继续执行步骤s11。
[0049]
具体地，所述步骤s13后还包括：
[0050]
数据显示：上位机获取用户所需查看的工件的信息，搜寻并显示对应的工件的尺寸数据及三维点云图像。
[0051]
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的工件检测测量系统的框架示意图，所述工件检测测量10包括三维传感器11、六自由度运动平台12及上位机13，所述六自由度运动平台12分别与所述三维传感器11和所述上位机13电连接，所述上位机13与所述三维传感器11电连接，所述三维传感器11安装于所述六自由度运动平台12的机械臂的末端，所述三维传感器11包括面阵相机和光栅投射器，所述光栅投射器用于投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，所述面阵相机用于采集捕获所述光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像，并将所述投影图像传输至所述上位机13；所述上位机13用于根据接收到的所述投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。
[0052]
其中，所述六自由度运动平台12包括六轴机器人，所述六轴机器人包括机械臂，所述六自由度运动平台12和所述上位机13之间可通过plc系统连接。所述工件检测测量系统10通过设置六自由度运动平台12，以通过六自由度运动平台12的机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点，使得检测范围广，且无需人工规划检测点位，提高检测效率，并可多角度多幅面对工件进行检测测量，通过设置三维传感器11，使得面阵相机采集捕获光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将投影图像传输至上位机13，上位机13采用三维视觉算法对接收到的投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，可提高检测精度和速度，减少人工投入和授权过程，检测测量操作自动进行，操作更简便快捷。
[0053]
具体地，所述机械臂的末端设有法兰，所述三维传感器11通过所述法兰安装于所述机械臂的末端。
[0054]
综上所述，本发明的工件检测测量方法通过机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点，使得检测范围广，且无需人工规划检测点位，提高检测效率，并可多角度多幅面对工件进行检测测量，通过三维传感器的面阵相机采集捕获光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将投影图像传输至上位机，上位机采用三维视觉算法对接收到的投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，可提高检测精度和速度，减少人工投入和授权过
程，检测测量操作自动进行，操作更简便快捷。本发明的工件检测测量系统也具有上述功能。
[0055]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种工件检测测量方法，其特征在于，包括以下步骤：机械臂移动：机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点；三维传感器拍摄：三维传感器的光栅投射器投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，三维传感器的面阵相机采集捕获所述光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将所述投影图像传输至上位机；上位机分析：上位机采用三维视觉算法对接收到的所述投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。2.根据权利要求1所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述机械臂移动的步骤前还包括：轨迹规划：上位机获取工件的三维模型，根据工件的三维模型及工件检测位规划生成所述机械臂运动轨迹，保存所述机械臂运动轨迹。3.根据权利要求2所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述轨迹规划的步骤具体包括：采用三维传感器构建场景点云模型；获取工件上需要检测的点位的cad模型；采用ppf算法对所述场景点云模型结合获得的工件上需要检测的点位的cad模型进行点云匹配，获得匹配点位作为目标检测点；采用基于所述场景点云模型的规划器结合目标检测点生成所述机械臂运动轨迹。4.根据权利要求3所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述采用基于所述场景点云模型的规划器生成所述机械臂运动轨迹的步骤中的所述规划器采用双层设计，包括上层和下层，所述规划器的上层用于查询优化工件的所有目标检测点的顺序；所述规划器的下层用于查询优化机械臂从一种构型到另一种构型的运动。5.根据权利要求4所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述采用基于所述场景点云模型的规划器生成所述机械臂运动轨迹的步骤包括：获取场景点云模型的所有顶点、机械臂cad模型的所有顶点、场景点云模型的顶点之间的连接顺序和机械臂cad模型的顶点之间的连接顺序；获取机械臂的初始配置和机械臂的目标配置；根据所述场景点云模型的所有顶点、机械臂cad模型的所有顶点、场景点云模型的顶点之间的连接顺序、机械臂cad模型的顶点之间的连接顺序、机械臂的初始配置和机械臂的目标配置生成机械臂运动轨迹。6.根据权利要求4所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述采用基于所述场景点云模型的规划器生成所述机械臂运动轨迹的步骤包括：采用tsp算法结合目标检测点计算获取加权位移平方之和；采用遗传算法计算获得行程最小的检测顺序，根据行程最小的检测顺序生成所述机械臂运动轨迹。7.根据权利要求2所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述轨迹规划的步骤后还包括：路径检测：采用碰撞检测算法对生成的所述机械臂运动轨迹进行检测分析调整。
8.根据权利要求1所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述机械臂移动的步骤后还包括：到位判断：判断工件是否到达工件检测位，若是，则执行所述三维传感器拍摄的步骤。9.根据权利要求1所述的工件检测测量方法，其特征在于，所述上位机分析的步骤后还包括：数据显示：上位机获取用户所需查看的工件的信息，搜寻并显示对应的工件的尺寸数据及三维点云图像。10.一种工件检测测量系统，其特征在于，包括三维传感器、六自由度运动平台及上位机，所述六自由度运动平台分别与所述三维传感器和所述上位机电连接，所述上位机与所述三维传感器电连接，所述三维传感器安装于所述六自由度运动平台的机械臂的末端，包括面阵相机和光栅投射器，所述光栅投射器用于投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，所述面阵相机用于采集捕获所述光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像，并将所述投影图像传输至所述上位机；所述上位机用于根据接收到的所述投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。

技术总结
本发明实施例公开了一种工件检测测量方法，包括以下步骤：机械臂移动：机械臂根据机械臂运动轨迹运动至目标检测点；三维传感器拍摄：三维传感器的光栅投射器投射预设的格雷码编码图案的光栅至工件上，三维传感器的面阵相机采集捕获光栅投射器投射于工件上的光栅的投影图像并将投影图像传输至上位机；上位机分析：上位机采用三维视觉算法对接收到的投影图像进行解码分析，获得工件的三维点云图像，并对工件的三维点云图像进行处理计算，获得工件的尺寸数据，记录保存工件的尺寸数据及三维点云图像。本发明还公开了一种工件检测测量系统。统。统。


技术研发人员：丁克 丁兢 胡财荣 李翔 马洁 王丰 叶闯 张成 林锦辉 刘芊伟 陆俊君 淳豪 张敏 王凯
受保护的技术使用者：佛山显扬科技有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/20