一种机器人三维扫描测量装置及工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种机器人三维扫描测量装置及工作方法，机器人三维扫描测量装置包括前端测量装置和图像处理终端，前端测量装置安装在标定台上方的机器人的末端机械臂上，末端机械臂底部安装末端工具，标定台上设有标定板，图像处理终端与前端测量装置、机器人的控制器通信连接，机器人的控制器连接示教器。工作方法包括：通过标定方法得到图像坐标系与机器人坐标系的转换关系，通过测量方法获取被测工件的的三维模型。本发明专利技术所述的机器人三维扫描测量装置具有实现了工件的在线测量，并将测量数据反馈给控制器用于机器人的路径规划和运动补偿计算，提高了机器人的加工精度和工作效率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人三维扫描测量装置及工作方法
本专利技术涉及抛光打磨机械加工领域，特别涉及一种机器人三维扫描测量装置及工作方法。
技术介绍
在传统制造行业，打磨抛光是最基础的一道工序，但是其成本却占到总成本的30％，而且高粉尘、高劳动强度的工作环境使得招工也越来越难。抛光打磨机器人不仅可以24h连续工作，而且产品打磨质量及一致性更好。因此，应用企业对抛光打磨“机器换人”的需求与日俱增。抛光打磨机器人可替代传统人工进行工件的打磨抛光工作，主要用于对各类材质工件的表面抛光、机加工后棱角和内腔内孔等方面的去毛刺、铸造合模线和焊缝等的打磨工作，可在卫浴厨具、五金工具、家电家具、医疗器械、工业零部件等行业应用。抛光打磨机器人一般都采用基于离线编程的机器人轨迹规划，通过导入工件的3D模型，选择相应的打磨曲面(曲线)，并基于机器人及磨具的内建模型，将磨具的打磨轨迹转化为机器人的运动轨迹，然后在仿真软件中模拟机器人的打磨轨迹，避免磨具、机器人本体与工件等设备的相互干涉，同时修正和优化打磨轨迹及姿态。采用离线编程生成的轨迹，对打磨机器人的轨迹精度，特别是机器人相对于工件的定位精度有很高的要求，这就需要解决如何测量并且补偿机器人与工件之间的定位误差问题，而且由于打磨工件一致性差，需要在线对每个工件进行补偿。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机器人三维扫描测量装置，解决上述的现有的如何在抛光打磨的过程中在线测量的技术问题。本专利技术提出一种机器人三维扫描测量装置，机器人三维扫描测量装置中包括前端测量装置和图像处理终端，前端测量装置安装在标定台上方的机器人的末端机械臂上，末端机械臂的底部安装有末端工具，标定台上设有标定板，前端测量装置与图像处理终端通信连接，图像处理终端与机器人的控制器通信连接，机器人的控制器连接示教器。在某些实施方案中，所述标定板采用的是棋盘格标定板。在某些实施方案中，所述前端测量装置中包括光学组件、相机以及激光器。在某些实施方案中，所述相机与激光器之间的位置关系依据于直射式激光三角法，满足Scheimpflug条件。一种机器人三维扫描测量装置的工作方法，包括测量方法：图像处理终端获取相机拍摄的目标图像；在图像处理终端中对目标图像进行图像处理，获取机器人坐标系坐标，图像处理包括图像滤波、阈值分割、形态学粒子滤波、亚像素提取、坐标转换；图像处理终端获取激光器扫描到的被测工件表面的点云数据，并对点云数据进行预处理；在图像处理终端中对预处理后的点云数据进行拼接；对拼接后的点云数据进行曲面拟合，在机器人坐标系中形成被测工件的三维模型。在某些实施方案中，所述点云数据的预处理方法如下：去除明显噪点，即粗大误差引起的噪声点；去除随机噪点；进行光顺处理；最后进行点云数据稀疏化处理即可。一种机器人三维扫描测量装置的工作方法，包括标定方法：图像处理终端获取相机拍摄的图像；进行相机参数标定；进行结构光平面标定；进行机器人手眼标定；得到图像坐标系与机器人坐标系的转换关系。在某些实施方案中，所述相机参数的标定方法为：相机通过不同姿态拍摄的标定板图片，实现相机参数标定，获取相机坐标，其中所述相机参数包括内参数和外参数，内参数指的是相机的焦距和像素；外参数指的是相机坐标和旋转方向。在某些实施方案中，所述结构光平面的标定方法为：激光器投射光线在标定板上，获得激光线与标定板的交线和交点坐标，进行结构光平面标定。在某些实施方案中，所述机器人手眼标定方法为：控制机器人末端机械臂进行特定的运动方式，结合示教器显示的数据，求解机器人运动学方程和SVD方程奇异解，进行标定；其中特定的运动方式包括两种方式，其中一种方式为：控制机器人的末端机械臂姿态不变，控制机器人平移运动；另一种方式为：末端工具在机器人坐标系中的坐标不变，控制机器人的末端机械臂进行不同姿态的改变。本专利技术所述的一种机器人三维扫描测量装置的优点为：1)实现了工件的在线测量，将测量数据反馈给控制器；2)测量方法中对点云数据进行预处理，能够有效的提高点云数据的精度，提高工件在线测量的可靠性；3)相机标定和结构光平面标定，形成一体化标定方法，先进行相机标定，再进行结构结构光平面标定，简化了标定过程，提高了标定效率；4)机器人手眼标定，在标定过程中用两种特定的运动方式，由于安装过程的前导尺寸，本标定方法采用末端机械臂平移，姿态不变，使激光线对准测量点，由末端工具的平移获得平移向量，补偿到机器人坐标到末端工具坐标的转换矩阵中，消除了前导尺寸的影响。附图说明图1为本专利技术的一种实施方式中机器人与标定台之间的结构关系示图；图2为本专利技术的一种实施方式中前端测量装置与被测工件之间的结构关系示图；图3为本专利技术的一种实施方式中机器人三维扫描测量装置的信息传递框图；图4为本专利技术的一种实施方式中测量方法和标定方法的流程图；图5为本专利技术的一种实施方式中点云数据的预处理方法的流程图；图6为本专利技术的一种实施方式中个坐标系之间的转换原理图。具体实施方式本实施方式中提出一种机器人三维扫描测量装置，如图1至图3所示，机器人三维扫描测量装置中包括前端测量装置3和图像处理终端2，前端测量装置3安装在标定台4上方的机器人的末端机械臂101上，且位于机器人工作方向的前端(即在机器人工作方向上前端测量装置3位于末端机械臂101的前方)，末端机械臂101的底部安装有末端工具1011，标定台4上设有标定板5，图像处理终端2与机器人的控制器102通信连接，机器人的控制器102连接示教器，前端测量装置中包括光学组件301、相机302以及激光器303，其中图像处理终端2采用的是具有图像处理功能的计算机，标定板5采用的是棋盘格标定板，光学组件301包括滤光片和透镜，设置在相机302前端，用于去除杂散光和成像，相机302采用CCD相机，激光器303采用的是线激光器，相机302和激光器303通过以太网与图像处理终端2通信连接，相机302与激光器303之间的位置关系依据于直射式激光三角法原理，满足Scheimpflug条件。本实施方式中末端工具1011为焊枪。在示教器未进行示教配置的情况下，机器人坐标系与世界坐标系重合，为{W}(O-XWYWZW)，其中机器人坐标系是用来对机器人进行正、逆向运动学建模的坐标系，末端工具点1011可以在该坐标系下面沿着X轴、Y轴以及Z轴移动；相机坐标系为{C}(Oc-XcYcZc)，相机坐标系的原点定义在相机302的光学中心，Z轴方向与主光轴一致，且以远离相机302的CMOS感光平面方向为正方向，相机坐标系的X轴和Y轴方向分别与图像坐标系的横轴和纵轴的方向相同；图像坐标系为{G}(O-XgYgZg)，也叫做成像平面物理坐标系，其原点为相机302的主光轴与成像平面的焦点，横轴和纵轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人三维扫描测量装置，其特征在于，包括前端测量装置(3)和图像处理终端(2)，前端测量装置(3)安装在标定台(4)上方的机器人的末端机械臂(101)上，末端机械臂(101)的底部安装有末端工具(1011)，标定台(4)上设有标定板(5)，前端测量装置(3)与图像处理终端(2)通信连接，图像处理终端(2)与机器人的控制器(102)通信连接，机器人的控制器(102)连接示教器。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人三维扫描测量装置，其特征在于，包括前端测量装置(3)和图像处理终端(2)，前端测量装置(3)安装在标定台(4)上方的机器人的末端机械臂(101)上，末端机械臂(101)的底部安装有末端工具(1011)，标定台(4)上设有标定板(5)，前端测量装置(3)与图像处理终端(2)通信连接，图像处理终端(2)与机器人的控制器(102)通信连接，机器人的控制器(102)连接示教器。


2.根据权利要求1所述的一种机器人三维扫描测量装置，其中，所述标定板(5)采用的是棋盘格标定板。


3.根据权利要求1所述的一种机器人三维扫描测量装置，其中，所述前端测量装置(3)中包括光学组件(301)、相机(302)以及激光器(303)。


4.根据权利要求3所述的一种机器人三维扫描测量装置，其中，所述相机(302)与激光器(303)之间的位置关系依据于直射式激光三角法，满足Scheimpflug条件。


5.权利要求1-4中的任一项中所述的一种机器人三维扫描测量装置的工作方法，其特征在于，包括测量方法：
图像处理终端(2)获取相机(302)拍摄的目标图像；
在图像处理终端(2)中对目标图像进行图像处理，获取机器人坐标系坐标，图像处理包括图像滤波、阈值分割、形态学粒子滤波、亚像素提取、坐标转换；
图像处理终端(2)获取激光器(303)扫描到的被测工件(6)表面的点云数据，并对点云数据进行预处理；
在图像处理终端(2)中对预处理后的点云数据进行拼接；
对拼接后的点云数据进行曲面拟合，在机器人坐标系中形成被测工件(6)的三维模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾耸智，许景波，赵建超，薛永贵，顾耸明，
申请(专利权)人：江苏兰菱机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32