一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法技术

本发明专利技术涉及基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，可有效解决人工测量过程中的效率低下、测量精度低以及可靠性差，保证不了产品质量的问题。由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成用于车灯轮廓质量检测的三维激光扫描测量系统，及获取车灯轮廓激光扫描数据；以车灯轮廓激光扫描数据为处理对象，通过车灯边界点和标准车灯模具边界点的识别，以标准车灯模具为基准，对车灯三维轮廓数据与标准的车灯三维轮廓数据进行比对，检测车灯轮廓质量，本发明专利技术方法新颖独特，易操作，测量准确，生产效率和自动化程度高，同时也具有低成本的特点，有利于车灯生产时对车灯质量进行严格控制的同时，降低车灯生产成本，经济和社会效益显著。

A method for measuring the contour of car lights based on 3D laser scanning

The invention relates to a method for detecting the contour quality of a car lamp based on three-dimensional laser scanning, which can effectively solve the problems of low efficiency, low measurement accuracy and poor reliability in the process of manual measurement, and can not guarantee the product quality. A three-dimensional laser scanning measuring system is composed of a PC, an industrial robot and a three-dimensional laser sensor, which is used to inspect the quality of the outline of automobile lamp, and the laser scanning data of the outline of automobile lamp are obtained. The method of the invention is novel, unique, easy to operate, accurate to measure, high production efficiency and automation degree, and has the characteristics of low cost, which is conducive to the strict control of the lamp quality during lamp production. At the same time, the production cost of lamp is reduced, and the economic and social benefits are remarkable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法
本专利技术涉及车灯，特别是一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法。
技术介绍
汽车是交通运输的重要工具，特别是随着经济水平的不断提高，汽车制造行业的快速发展，人们对汽车质量的要求也变得越来越高。在汽车制造业中，车灯的设计和制造占据着非常重要的位置，车灯的造型设计已经和汽车整体外形的设计制造融为一体，不可分割。同时，也越来越重视车灯产品的质量和造型美观，期望车灯不仅仅要具备由自由、光滑的曲面构成的配光反射器壳体，同时需要有结构完善的衬框和轮廓边界线条流畅美观大方的、质量好的车灯面罩，这些要求使得车灯生产企业越来越重视车灯的外形设计与制造。汽车车灯在按照产品设计图纸的生产过程中，夹具和加工机床的精度、产品加工工艺以及操作者的操作技术水平等因素对车灯的加工精度及质量有着显著的影响，同时，由于车灯的塑料原材料在注塑成型的过程中会形成轮廓变形、有熔接痕等缺陷，因此，实际生产加工出来的汽车车灯在形状和精度方面无法达到设计目的要求。因此，汽车车灯轮廓质量的测量具有实用价值。车灯轮廓的变形虽然是客观存在的，目前，针对车灯轮廓质量的测量方法主要有两种，一种方法是传统的人工检测法，生产企业针对不同的车灯类型，都按照车灯待安装的车体部分设计制造出标准的车体模具，根据被测车灯的结构特征、精度高低、功能要求和加工工艺因素等方面，选择合理的分段、测量点的数目及布置方法，利用塞规对测车灯各测量点的安装间隙进行测量。这种方法主观性强，观测角度、观测距离、观测环境等因素影响测量者对产品质量的测量精度，测量误差较大。另一种方法是利用三坐标测量机进行测量。结合被测车灯的实际情况以及产品特征，利用三坐标测量仪对车灯轮廓边界上的特征关键点进行逐点的测量，由于三坐标测量仪设备价格昂贵、测量周期长以及低下的测量效率，无法满足车灯产品的批量检测。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，可有效解决人工测量过程中的效率低下、测量精度低以及可靠性差，保证不了产品质量的问题。本专利技术解决的技术方案是，一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成用于车灯轮廓质量检测的三维激光扫描测量系统，及获取车灯轮廓激光扫描数据；以车灯轮廓激光扫描数据为处理对象，通过车灯边界点和标准车灯模具边界点的识别，以标准车灯模具为基准，对车灯三维轮廓数据(信息)与标准的车灯三维轮廓数据(信息)进行比对，检测车灯轮廓质量，具体包括以下步骤：一、设备安装由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成车灯激光三维轮廓质量检测系统；(1)将标准的车灯模具固定放置在车灯质量检测工作台，将待检车灯按照工件形状对应方式放置在标准模具上，在车灯质量检测工作台旁边固定安装工业机器人；(2)3D激光传感器安装在工业机器人的法兰盘上；(3)PC机安装在车灯质量检测工作台的旁边；(4)PC机通过RS232串口与工业机器人连接；(5)PC机通过以太网与3D激光传感器连接；(6)PC机结合工业机器人实时反馈位置数据(信息)和3D激光传感器测量数据，形成车灯轮廓激光扫描数据；二、建立测量系统坐标系：车灯轮廓测量系统的坐标系包括工业机器人基坐标系XYZ、法兰盘坐标系x1y1z1和3D激光传感器坐标系xyz，如图3所示，法兰盘坐标系x1y1z1为过渡坐标系；工业机器人带动3D激光传感器沿着3D激光传感器坐标系直线运动，扫描被测物体，获取数据，由工业机器人控制柜反馈给计算机，并将数据转换到工业机器人基坐标系下；三、获取车灯轮廓数据利用PC机对工业机器人和3D激光传感器开机进行初始化；利用工业机器人，对车灯的曲面形状、大小和放置的位置进行扫描；PC机通过以太网获取3D激光器的测量数据，同时结合工业机器人反馈的坐标位置数据(信息)，形成车灯轮廓的一条扫描数据数；四、车灯轮廓质量检测，方法是：沿着工业机器人基坐标的Y轴，工业机器人带动激光传感器对车灯和标准的车灯模具进行扫描，得到Y轴上某点位置的一条车灯轮廓扫描数据线，即车灯轮廓扫描数据在工具坐标系XZ坐标平面上的位置坐标数据，该数据采用二元形式对扫描数据进行描述，分别对应数据点在XZ坐标平面的X轴上的坐标投影和Y轴上的坐标投影检测，得到完整的车灯质量轮廓数据，实现基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测。本专利技术方法新颖独特，易操作，测量准确，生产效率和自动化程度高，同时也具有低成本的特点，有利于车灯生产时对车灯质量进行严格控制的同时，降低车灯生产成本，经济和社会效益显著。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。图2为本专利技术圆球球心求取的工艺流程图。图3为本专利技术各坐标系位置关系示意图。图4为本专利技术测量数据示意图。图5为本专利技术模具边界点示意图。具体实施方式以下结合附图和具体情况对本专利技术的具体实施方式作详细说明。本专利技术在具体实施中，一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成用于车灯轮廓质量检测的三维激光扫描测量系统，及获取车灯轮廓激光扫描数据；以车灯轮廓激光扫描数据为处理对象，通过车灯边界点和标准车灯模具边界点的识别，以标准车灯模具为基准，对车灯三维轮廓数据(信息)与标准的车灯三维轮廓数据(信息)进行比对，检测车灯轮廓质量，具体包括以下步骤：一、设备安装由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成车灯激光三维轮廓质量检测系统；(1)将标准的车灯模具固定放置在车灯质量检测工作台，将待检车灯按照工件形状对应方式放置在标准模具上，在车灯质量检测工作台旁边固定安装工业机器人；(2)3D激光传感器安装在工业机器人的法兰盘上；(3)PC机安装在车灯质量检测工作台的旁边；(4)PC机通过RS232串口与工业机器人连接；(5)PC机通过以太网与3D激光传感器连接；(6)PC机结合工业机器人实时反馈位置数据(信息)和3D激光传感器测量数据，形成车灯轮廓激光扫描数据；二、建立测量系统坐标系：车灯轮廓测量系统的坐标系包括工业机器人基坐标系XYZ、法兰盘坐标系x1y1z1和3D激光传感器坐标系xyz，如图3所示，法兰盘坐标系x1y1z1为过渡坐标系；工业机器人带动3D激光传感器沿着3D激光传感器坐标系直线运动，扫描被测物体，获取数据，由工业机器人控制柜反馈给计算机，并将数据转换到工业机器人基坐标系下；车灯轮廓测量系统的坐标系和式(1)实现3D激光传感器坐标系到工业机器人基坐标系之间的变换：R1为3×3的正交矩阵；T为平移向量；三、获取车灯轮廓数据(1)初始化：PC机、工业机器人和3D激光传感器开机，PC机对工业机器人和3D激光传感器开机进行初始化；①PC机通过RS232接口连接到工业机器人；②PC机通过以太网与3D激光器相连来完成控制指令传递与测量数据获取；(2)PC机根据车灯的曲面形状，大小和放置的位置，规划好工业机器人的扫描路径数据(信息)；(3)工业机器人按照参数配置，工业机器人到达预定初始位置，同时，PC机启动3D激光器的工作状态；(4)工业机器人在向目标运动过程中，PC机遵循RS232接口协议PC机向工业机器人发送包含查询工业机器人当前的位置数据(信息)的指令包，将工业机器人当前位置数据(信息)与姿态数据(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，其特征在于，由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成用于车灯轮廓质量检测的三维激光扫描测量系统，及获取车灯轮廓激光扫描数据；以车灯轮廓激光扫描数据为处理对象，通过车灯边界点和标准车灯模具边界点的识别，以标准车灯模具为基准，对车灯三维轮廓数据与标准的车灯三维轮廓数据进行比对，检测车灯轮廓质量，包括以下步骤：一、设备安装由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成车灯激光三维轮廓质量检测系统；(1)将标准的车灯模具固定放置在车灯质量检测工作台，将待检车灯按照工件形状对应方式放置在标准模具上，在车灯质量检测工作台旁边固定安装工业机器人；(2)3D激光传感器安装在工业机器人的法兰盘上；(3)PC机安装在车灯质量检测工作台的旁边；(4)PC机通过RS232串口与工业机器人连接；(5)PC机通过以太网与3D激光传感器连接；(6)PC机结合工业机器人实时反馈位置数据和3D激光传感器测量数据，形成车灯轮廓激光扫描数据；二、建立测量系统坐标系：车灯轮廓测量系统的坐标系包括工业机器人基坐标系XYZ、法兰盘坐标系x1y1z1和3D激光传感器坐标系xyz，法兰盘坐标系x1y1z1为过渡坐标系；工业机器人带动3D激光传感器沿着3D激光传感器坐标系直线运动，扫描被测物体，获取数据，由工业机器人控制柜反馈给计算机，并将数据转换到工业机器人基坐标系下；三、获取车灯轮廓数据利用PC机对工业机器人和3D激光传感器开机进行初始化；利用工业机器人，对车灯的曲面形状、大小和放置的位置进行扫描；PC机通过以太网获取3D激光器的测量数据，同时结合工业机器人反馈的坐标位置数据，形成车灯轮廓的一条扫描数据数；四、车灯轮廓质量检测，方法是：沿着工业机器人基坐标的Y轴，工业机器人带动激光传感器对车灯和标准的车灯模具进行扫描，得到Y轴上某点位置的一条车灯轮廓扫描数据线，即车灯轮廓扫描数据在工具坐标系XZ坐标平面上的位置坐标数据，该数据采用二元形式对扫描数据进行描述，分别对应数据点在XZ坐标平面的X轴上的坐标投影和Y轴上的坐标投影检测，得到完整的车灯质量轮廓数据，实现基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，其特征在于，由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成用于车灯轮廓质量检测的三维激光扫描测量系统，及获取车灯轮廓激光扫描数据；以车灯轮廓激光扫描数据为处理对象，通过车灯边界点和标准车灯模具边界点的识别，以标准车灯模具为基准，对车灯三维轮廓数据与标准的车灯三维轮廓数据进行比对，检测车灯轮廓质量，包括以下步骤：一、设备安装由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成车灯激光三维轮廓质量检测系统；(1)将标准的车灯模具固定放置在车灯质量检测工作台，将待检车灯按照工件形状对应方式放置在标准模具上，在车灯质量检测工作台旁边固定安装工业机器人；(2)3D激光传感器安装在工业机器人的法兰盘上；(3)PC机安装在车灯质量检测工作台的旁边；(4)PC机通过RS232串口与工业机器人连接；(5)PC机通过以太网与3D激光传感器连接；(6)PC机结合工业机器人实时反馈位置数据和3D激光传感器测量数据，形成车灯轮廓激光扫描数据；二、建立测量系统坐标系：车灯轮廓测量系统的坐标系包括工业机器人基坐标系XYZ、法兰盘坐标系x1y1z1和3D激光传感器坐标系xyz，法兰盘坐标系x1y1z1为过渡坐标系；工业机器人带动3D激光传感器沿着3D激光传感器坐标系直线运动，扫描被测物体，获取数据，由工业机器人控制柜反馈给计算机，并将数据转换到工业机器人基坐标系下；三、获取车灯轮廓数据利用PC机对工业机器人和3D激光传感器开机进行初始化；利用工业机器人，对车灯的曲面形状、大小和放置的位置进行扫描；PC机通过以太网获取3D激光器的测量数据，同时结合工业机器人反馈的坐标位置数据，形成车灯轮廓的一条扫描数据数；四、车灯轮廓质量检测，方法是：沿着工业机器人基坐标的Y轴，工业机器人带动激光传感器对车灯和标准的车灯模具进行扫描，得到Y轴上某点位置的一条车灯轮廓扫描数据线，即车灯轮廓扫描数据在工具坐标系XZ坐标平面上的位置坐标数据，该数据采用二元形式对扫描数据进行描述，分别对应数据点在XZ坐标平面的X轴上的坐标投影和Y轴上的坐标投影检测，得到完整的车灯质量轮廓数据，实现基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测。2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的车灯轮廓质量检测方法，其特征在于，由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成用于车灯轮廓质量检测的三维激光扫描测量系统，及获取车灯轮廓激光扫描数据；以车灯轮廓激光扫描数据为处理对象，通过车灯边界点和标准车灯模具边界点的识别，以标准车灯模具为基准，对车灯三维轮廓数据与标准的车灯三维轮廓数据进行比对，检测车灯轮廓质量，具体包括以下步骤：一、设备安装由PC机、工业机器人、3D激光传感器构成车灯激光三维轮廓质量检测系统；(1)将标准的车灯模具固定放置在车灯质量检测工作台，将待检车灯按照工件形状对应方式放置在标准模具上，在车灯质量检测工作台旁边固定安装工业机器人；(2)3D激光传感器安装在工业机器人的法兰盘上；(3)PC机安装在车灯质量检测工作台的旁边；(4)PC机通过RS232串口与工业机器人连接；(5)PC机通过以太网与3D激光传感器连接；(6)PC机结合工业机器人实时反馈位置数据和3D激光传感器测量数据，形成车灯轮廓激光扫描数据；二、建立测量系统坐标系：车灯轮廓测量系统的坐标系包括工业机器人基坐标系XYZ、法兰盘坐标系x1y1z1和3D激光传感器坐标系xyz，法兰盘坐标系x1y1z1为过渡坐标系；工业机器人带动3D激光传感器沿着3D激光传感器坐标系直线运动，扫描被测物体，获取数据，由工业机器人控制柜反馈给计算机，并将数据转换到工业机器人基坐标系下；车灯轮廓测量系统的坐标系和式(1)实现3D激光传感器坐标系到工业机器人基坐标系之间的变换：R1为3×3的正交矩阵；T为平移向量；三、获取车灯轮廓数据(1)初始化：PC机、工业机器人和3D激光传感器开机，PC机对工业机器人和3D激光传感器开机进行初始化；①PC机通过RS232接口连接到工业机器人；②PC机通过以太网与3D激光器相连来完成控制指令传递与测量数据获取；(2)PC机根据车灯的曲面形状，大小和放置的位置，规划好工业机器人的扫描路径数据；(3)工业机器人按照参数配置，工业机器人到达预定初始位置，同时，PC机启动3D激光器的工作状态；(4)工业机器人在向目标运动过程中，PC机遵循RS232接口协议PC机向工业机器人发送包含查询工业机器人当前的位置数据的指令包，将工业机器人当前位置数据与姿态数据一起发送给PC机；(5)PC机通过以太网获取3D激光器的测量数据，同时结合工业机器人反馈的坐标位置数据，形成车灯轮廓的一条扫描数据数；四、车灯轮廓质量检测，方法是：沿着工业机器人基坐标的Y轴，工业机器人带动激光传感器对车灯和标准的车灯模具进行扫描，得到Y轴上某点位置的一条车灯轮廓扫描数据线，即车灯轮廓扫描数据在工具坐标系XZ坐标平面上的位置坐标数据，该数据采用二元形式对扫描数据进行描述，分别对应数据点在XZ坐标平面的X轴上的坐标投影和Y轴上的坐标投影，数据单位采用毫米(mm)，具体是：(1)获取车灯、模具的激光扫描测量数据后，在XZ坐标系中，利用二元式p1(x1,z1),p2(x2,z2),…pi(xi,zi),…pn(xn,zn)记录存储所获取到的一条车灯轮廓扫描数据点为p1,p2,…,pl,pl+1,…,pn，n--获得车灯轮廓扫描数据的数据点个数；pi(xi,zi)--车灯扫描激光线测量数据上的第i个数据点；xi--车灯扫描数据线的第i个数据点在X轴上的坐标，单位：毫米；zi--...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢印举，段明义，石彦华，张建平，苏玉，
申请(专利权)人：郑州工程技术学院，
类型：发明
国别省市：河南,41