筒状工件内外型面激光扫描系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种筒状工件内外型面激光扫描测量系统及方法，在筒状工件三维重构时，增加辅助拼接装置，该装置内外表面不规则地贴标记点。利用线激光传感器分别采集筒状工件、拼接底座和辅助装置内外型面点云面片数据，通过图像处理获取面片数据中的拼接底座全局标记点，与拼接底座初始值进行初始配准，利用闭环检测算法，对内/外型面两个相邻面片共有的标记点进行拼接优化，形成筒状工件逆向模型。相比传统的仅依靠全局坐标系进行拼接求得的逆向模型，增加了辅助装置以及闭环检测算法的点云采集系统，对各面片数据拼接进行精调优化，提高筒状工件内外型面点云面片数据拼接精度，提高了筒状构件三维重构精度。

Laser Scanning System and Method for Inner and Outer Profiles of Cylindrical Workpiece

The invention provides a laser scanning measuring system and method for inner and outer surface of cylindrical workpiece. When the cylindrical workpiece is reconstructed in three dimensions, an auxiliary splicing device is added, and the inner and outer surface of the device is irregularly labeled. Linear laser sensor is used to collect cloud patches of cylindrical workpiece, splicing base and inner and outer surface points of auxiliary device respectively. Global marking points of splicing base are obtained from image processing. Initial registration is made with initial value of splicing base. Closed-loop detection algorithm is used to optimize the splicing of marking points shared by two adjacent facets of inner/outer surface to form the inverse of cylindrical workpiece. To the model. Compared with the traditional inverse model which only relies on the global coordinate system for splicing, an auxiliary device and a closed-loop detection algorithm are added to the point cloud acquisition system to fine-tune and optimize the splicing of facet data, which improves the accuracy of data splicing of inner and outer surface point clouds of cylindrical workpiece, and improves the accuracy of three-dimensional reconstruction of cylindrical components.

【技术实现步骤摘要】
筒状工件内外型面激光扫描系统及方法
本专利技术涉及检测工程领域，具体地，涉及一种筒状工件内外型面激光扫描测量系统及方法，尤其是设计一种用于工业机器人和线激光的闭环检测算法改进的筒状工件内外型面激光扫描测量系统及方法。
技术介绍
线激光位移传感器以其小尺寸、高频率，高精度，环境适应性强等优点，作为高精度测量在各行业应用十分广泛。工业机器人有着可编程、可重组性强、通用性好、柔性高、易保养、成本低等优点，应用日益广泛。筒状工件尤其针对小尺寸筒状工件的检测，由于内腔狭小且复杂，三坐标等仪器难以伸入内腔进行检测，传统卡钳式逐点检测效率低，无法实现准确位置的尺寸检测。专利文献CN106370106A提供了一种结合工业机器人与线性导轨的线激光扫描测量系统及方法，系统结合了工业机器人柔性高，以及线性导轨直线运动精度高的特点，创新性的构建了一套高性能的运动执行机构；通过非接触式的三维机器视觉(线激光)完成零件实际物理信息的获取，线激光由光编码器触发，保证得到高质量的数据点云，然后通过全局坐标系完成高精度的点云的拼接，再通过与理论数模的配准和比对，最终实现零件关键尺寸的全自动化测量，并能直接输出下一道次加工的坐标系。具有高效高精度、高柔性、数字化、智能化等特点，能够自动高效地完成多种不同零件的扫描测量；还能够解决桶形零件壁厚测量和加工、铸件二次划线等痛点问题，有效提高零件的生成质量。有效地结合了机器人高柔性、适应性广与线激光器高精度、小尺寸的特点，解决了复杂构件内外点云采集的关键问题。但针对高度较高的筒状工件检测，由于仅采用底座进行拼接，底座标记点覆盖高度与工件高度比例超过一定值时，会出现面片数据之间错位现象，如图2所示，为底座标记点覆盖高度与工件高度比例1:2时，出现的点云面片错位，发生错位的面片拼接结果可能导致逆向模型不准确，降低尺寸检测精度。经试验，上述专利文献实施中，当底座标记点覆盖高度与工件高度比例大于1:1时，可获得比较好的拼接精度，如图3所示。以直线导轨行程1200mm计，为保证点云采集精度，工件高度不得超过600mm，降低了系统尺寸适应性。若工件高度超过1200mm，为保证采集精度，上述专利文献理论上直线导轨行程将超过2400mm，浪费了50％的直线导轨行程，效率也将降低50％，且为保证直线导轨刚度，将加大直线模组截面尺寸，重量将大大增加，对机器人负载提出了更严格的要求，直线导轨以及工业机器人成本都将大幅增加。鉴于以上，有必要研究一种方法，通过辅助手段，提高直线导轨行程利用率以及点云数据采集效率，降低系统购置成本，同时保证工件检测精度。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种筒状工件内外型面激光扫描测量系统及方法。根据本专利技术提供的一种筒状工件内外型面激光扫描测量系统，主要构成包括：拼接底座、辅助拼接装置、主运动执行机构、运动机构、线激光传感器以及工控机；所述拼接底座能够固定筒状工件；所述辅助拼接装置为环筒状结构，从筒状工件的内腔中伸出；所述线激光传感器安装在运动机构上，所述运动机构与主运动执行机构相连；所述主运动执行机构根据工控机调整位姿后带动线激光传感器到达筒状工件待检测位置，由所述线激光传感器完成对筒状工件的多次扫描，将扫描结果反馈给工控机进行图形图像处理，并输出计算结果。优选地，所述辅助拼接装置的内腔与外壁按设定密度不规则地贴有标记点。优选地，在扫描筒状工件前能够将标记点的坐标值进行采集，并将所述坐标值作为拼接底座标记点的全局初始值并记录。优选地，所述主运动执行机构是多自由度工业机器人。优选地，所述运动机构为直线模组，能够得到点云数据采集，所述直线模组带光栅等闭环反馈，能够实现高精度直线运动。优选地，所述工控机根据设定要求，对线激光传感器采集筒状工件表面的三维数据及灰度图像数据进行处理和分析后得到点云采集结果。根据本专利技术提供的一种筒状工件内外型面激光扫描测量方法，包括如下步骤：步骤1：采集拼接底座标记点的坐标值，建立全局坐标系，将所述坐标值作为拼接底座标记点的初始值，记为理论底座坐标值；步骤2：将筒状工件置于拼接底座上，将辅助拼接装置置于筒状工件上；步骤3：运行激光扫描，主运动执行机构带动运动机构，采集筒状工件中第一面片的点云数据，所述点云数据包含拼接底座和辅助拼接装置；步骤5：识别第一面片的点云数据中的拼接底座的标记点，记为第一拼接底座标记点；步骤6：将第一拼接底座标记点与理论底座坐标值进行拼接，得到第一面片点云数据；步骤7：运行激光扫描，主运动执行机构带动运动机构，采集筒状工件第二面片的点云数据；步骤8：识别第二面片的点云数据中的拼接底座的标记点，记为第二拼接底座标记点；步骤9：将第二拼接底座标记点与理论底座坐标值进行拼接，得到第二面片点云数据；步骤10：计算第一面片点云数据与第二面片点云数据中拼接底座标记点与辅助拼接装置标记点的距离值，将所述距离值小于或者等于设定阈值的标记点设置为第一面片和第二面片共有的标记点，并分别记录第一面片点云数据和第二面片点云数据中共有数据的坐标值；步骤11：运行激光扫描，主运动执行机构带动运动机构，采集筒状工件的第三面片的点云数据；步骤12：识别第三面片的点云数据中的拼接底座的标记点，记为第三拼接底座标记点；步骤13：将第三拼接底座标记点与理论底座坐标值进行拼接，得到第三面片点云数据；步骤14：计算第二面片点云数据与第三面片点云数据中拼接底座标记点与辅助拼接装置标记点的距离值，将所述距离值小于或者等于设定阈值的标记点设置为第二面片和第三面片共有的标记点，并分别记录第二面片点云数据和第三面片点云数据中共有数据的坐标值；步骤15：待筒状工件的内外面片点云数据均完成采集并与理论底座坐标值匹配拼接后，得到初始逆向模型；步骤16：将所有共有标记点利用闭环检测进行优化，使得形成闭环状点云数据后，对各面片数据进行精调，得到新逆向模型；步骤17：将新逆向模型中拼接底座点云与辅助拼接装置点云删除，得到优化后的筒状工件逆向模型。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术将辅助拼接装置放置在筒状工件上固定，通过辅助拼接装置标记点与拼接底座标记点共同作用，实现筒状工件上端与下端同时约束，提高检测精度；2、辅助拼接装置的应用可大大降低拼接底座标记点覆盖高度，使得直线模组的行程利用率大大提高，在同一检测高度情况下，降低了对模组的行程要求；3、模组行程要求的降低，使得直线模组长度变低，模组自身成本降低；同时模组重量降低，对工业机器人的负载能力要求也降低，可再次降低系统机器人的成本。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的方法流程示意图；图2为发生错位的点云面片数据拼接结果；图3为正常的面片点云数据拼接结果；图4为本专利技术的系统结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的目的在于克服目前结合机器人、直线模组、线激光的扫描系统行程利用率不足，成本偏高，效率偏低等一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，主要构成包括：拼接底座、辅助拼接装置、主运动执行机构、运动机构、线激光传感器以及工控机；所述拼接底座能够固定筒状工件；所述辅助拼接装置为环筒状结构，从筒状工件的内腔中伸出；所述线激光传感器安装在运动机构上，所述运动机构与主运动执行机构相连；所述主运动执行机构根据工控机调整位姿后带动线激光传感器到达筒状工件待检测位置，由所述线激光传感器完成对筒状工件的多次扫描，将扫描结果反馈给工控机进行图形图像处理，并输出计算结果。

【技术特征摘要】
1.一种筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，主要构成包括：拼接底座、辅助拼接装置、主运动执行机构、运动机构、线激光传感器以及工控机；所述拼接底座能够固定筒状工件；所述辅助拼接装置为环筒状结构，从筒状工件的内腔中伸出；所述线激光传感器安装在运动机构上，所述运动机构与主运动执行机构相连；所述主运动执行机构根据工控机调整位姿后带动线激光传感器到达筒状工件待检测位置，由所述线激光传感器完成对筒状工件的多次扫描，将扫描结果反馈给工控机进行图形图像处理，并输出计算结果。2.根据权利要求1所述的筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，所述辅助拼接装置的内腔与外壁按设定密度不规则地贴有标记点。3.根据权利要求2所述的筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，在扫描筒状工件前能够将标记点的坐标值进行采集，并将所述坐标值作为拼接底座标记点的全局初始值并记录。4.根据权利要求1所述的筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，所述主运动执行机构是多自由度工业机器人。5.根据权利要求1所述的筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，所述运动机构为直线模组，能够得到点云数据采集，所述直线模组能够直线运动。6.根据权利要求1所述的筒状工件内外型面激光扫描测量系统，其特征在于，所述工控机根据设定要求，对线激光传感器采集筒状工件表面的三维数据及灰度图像数据进行处理和分析后得到点云采集结果。7.一种筒状工件内外型面激光扫描测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采集拼接底座标记点的坐标值，建立全局坐标系，将所述坐标值作为拼接底座标记点的初始值，记为理论底座坐标值；步骤2：将筒状工件置于拼接底座上，将辅助拼接装置置于筒状工件上；步骤3：运行激光扫描，主运动执行机构带...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桃章，杨长祺，赵耀邦，郭具涛，刘骁佳，袁勇，王林，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31