一种毛胚铸件激光测量系统技术方案

本发明专利技术涉及激光检测技术领域，公开了一种毛胚铸件激光测量系统，所述测量系统包括主控制器、数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块、标定模块和测量报告打印模块；通过数据采集模块完成数据采集，运动控制模块控制六自由度机械臂带动待测毛坯铸件运动，标定模块用于完成六自由度机械臂与扫描仪位姿关系的标定，数据处理模块完成对采集到的数据进行处理，剔除噪声点。除噪声点。除噪声点。

【技术实现步骤摘要】
一种毛胚铸件激光测量系统


[0001]本专利技术涉及激光检测
，具体涉及一种毛胚铸件激光测量系统。

技术介绍

[0002]毛坯，是还没加工的原料，也可指成品完成前的那一部分，可以是铸造件，锻打件，或是用锯割、气割等方法下的料，比如毛坯陶瓷，毛坯房等。
[0003]铸件，是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经打磨等后续加工手段后，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。
[0004]激光测量是基于光学通过算法将物理模拟量转化为三维点云，是一种快速捕捉工件表面或物体三维信息的技术，即点云数据，在测量精度、测量速度和操作性等方面依靠着激光的高亮度、单色性、相干性和方向性等特性有着巨大的优点。
[0005]毛坯铸件的型面的类型多种多样，例如：汽车卡钳，包含有类平面、规则圆柱面，不规则曲面等，关键尺寸无法精确测量，致使单次磨削不足、磨削空行程或单次磨削过量问题，而且，汽车卡钳这种安全件，对加工精度要求很高，而且还需要对工件进行全面性检测，将结果输出，才能进行相应区域磨削路径规划，避免单次磨削过量和磨削空行程，现阶段的毛坯铸件的生产车间，还大都是人工使用卡尺进行测量，这样不仅效率不够，而且测量精度也不高。
[0006]而且，由于激光位移传感器在使用过程中是直接安装在测量轴前端，由于安装方式、工装夹具带来的定位误差，导致测头发出的激光束与测量轴轴线存在偏角，因此激光位移传感器安装完毕后还需要对其位姿进行标定，使其将激光束偏转的角度误差控制在允许的范围里。
[0007]中国专利“CN201611131183.6”公开了用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法，只需一次安装便能够对数控机床、加工中心转轴的六自由度误差进行检测，极大地提高了检测效率，设有伺服跟踪单元可以减少测量仪器安装时间、减小安装误差，通过伺服跟踪可保持测量光线返回光电探测器，保证激光干涉测量正常工作，干涉测长的标准频率信号与包括长度变化的干涉信号都由六自由度误差测量单元中的光电探测器接收，两路信号在由激光发射单元到六自由度误差测量单元的准直镜之间都为共路信号，减小了测量误差。
[0008]上述专利虽然通过设置测量转轴六自由度减小了测量误差和安装误差，但是并没有对测量转轴和测量仪器的安装位姿进行标定。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种毛胚铸件激光测量系统，解决上述技术问题。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种毛胚铸件激光测量系统，所述测量系统包括主控制器、数据采集模块、运动控
制模块、数据处理模块、标定模块和测量报告打印模块；主控制器：与数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块、标定模块和测量报告打印模块连接，用于控制各个模块工作；数据采集模块：与主控制器连接，用于主控制器和激光位移传感器的通讯，实现激光位移传感器在什么时候开始采集数据、在什么时候停止采集数据控制功能；运动控制模块：与主控制器连接，用于主控制器和六自由度机械臂通讯，实现六自由度机械臂的运动；数据处理模块：与主控制器连接，用于对激光位移传感器釆集到被测体表面的点云数据进行处理；标定模块：与主控制器连接，用于解算六自由度机械臂与扫描仪位姿关系同时并显示每次标定采集的最终标定结果；测量报告打印模块：与主控制器连接，用于实现对系统测试的测量结果进行保存以及后续的用打印机打印出来测量结果。
[0011]通过上述技术方案，由数据采集模块完成数据采集，运动控制模块控制六自由度机械臂带动待测毛坯铸件运动，标定模块用于完成六自由度机械臂与扫描仪位姿关系的标定，数据处理模块用于完成对采集到的数据进行处理，剔除噪声点。
[0012]作为本专利技术方案的进一步描述，所述测量系统的工作方法为：第一：完成激光位移传感器和六自由度机械臂的安装；第二：完成激光位移传感器和六自由度机械臂安装位姿的标定；第三：通过夹持机构将待测毛坯铸件固定在六自由度机械臂末端，并采集数据；第四：数据处理；第五：分析测量数据，解算出缺陷和加工余量信息；第六：保存数据以及打印测量报告。
[0013]通过上述技术方案，搭建了一套毛胚铸件激光测量系统，测量前通过对激光位移传感器和六自由度机械臂安装位姿的标定，提高测量结果的精确性，然后再对测量的数据进行数据处理，去除采集的点云数据中的噪声点，便于后续对数据的分析计算。
[0014]作为本专利技术方案的进一步描述，所述标定的方法为：第一：建立标定数学模型，所述标定数学模型所含坐标系为：六自由度机械臂基坐标系{B}、六自由度机械臂末端法兰坐标系{E}和激光位移传感器坐标系{C}；第二：选定一个标准球作标定靶物，设为扫描仪坐标系相对于六自由度机械臂基坐标系的转换矩阵；为标准球球心在扫描仪坐标系下的矢量矩阵；为末端法兰坐标系相对于六自由度机械臂基坐标系的转换矩阵；为标准球球心在末端法兰坐标系下的矢量矩阵，坐标之间的转换关系为：上式中，所述可直接由标准球尺寸获得，通过实际测量获得，通过建立运动学方程求得，通过实际测量获得；
第三：装配好标定用的标准球，输入参数；第四：利用六自由度机械臂夹持标准球运动采集数据，采集时尽量使六自由度机械臂每个关节都有运动，取20组姿态数据用于标定；第五：通过标定模块解算出20组姿态数据是否满足：第六：若标定模块解算出的姿态数据不满足则调整激光位移传感器和六自由度机械臂安装位姿，直至标定模块解算出的所有姿态数据都满足上述关系。
[0015]作为本专利技术方案的进一步描述，所述六自由度机械臂基坐标系{B}：六自由度机械臂出厂自带坐标系，原点位于基座中心，是六自由度机械臂运动的基础，正常配置中可通过控制杆与零点位置校正进行该坐标系的移动；六自由度机械臂末端法兰坐标系{E}：定义在六自由度机械臂末端法兰中心，法兰平面为XY平面，垂直向外为Z轴；激光位移传感器坐标系{C}：扫描仪自身图像坐标空间坐标系，XZ平面为激光投影平面，垂直于投影平面由发射端指向接收端为Y轴正方向。
[0016]作为本专利技术方案的进一步描述，所述的求解方法为：第一：对六自由度机械臂所有连杆建立坐标系；第二：依次经过两个相邻坐标系之间的转换，累乘可以得到六自由度机械臂末端法兰与机器人基坐标系之间的转换关系：第三：查询六自由度机械臂的产品手册可的各个连杆之间的参数，在六自由度机械臂运动过程中，记录相应时刻的各参数，通过标定模块解算出各组姿态的时的。
[0017]通过上述技术方案，针对本申请的测量系统的工作方法，建立标定数学模型，通过计算、、求解扫描仪坐标系到基坐标系转换矩阵的过程，确定激光位移传感器和六自由度机械臂安装位姿，使测量的数据结果更加精确。
[0018]作为本专利技术方案的进一步描述，所述数据处理的方法为：第一、将采集到的数据输入数据到数据处理模块；第二、将离群点和突变的点判别出来并剔除；第三、将凹、凸尖点判别出来并剔除；第四、将鼓包、凸台处上升或者下降边上的点判别出来并剔除；第五、将数据进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毛胚铸件激光测量系统，其特征在于，所述测量系统包括主控制器、数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块、标定模块和测量报告打印模块；主控制器：与数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块、标定模块和测量报告打印模块连接，用于控制各个模块工作；数据采集模块：与主控制器连接，用于主控制器和激光位移传感器的通讯，实现激光位移传感器在什么时候开始采集数据、在什么时候停止采集数据控制功能；运动控制模块：与主控制器连接，用于主控制器和六自由度机械臂通讯，实现六自由度机械臂的运动；数据处理模块：与主控制器连接，用于对激光位移传感器釆集到被测体表面的点云数据进行处理；标定模块：与主控制器连接，用于解算六自由度机械臂与扫描仪位姿关系同时并显示每次标定采集的最终标定结果；测量报告打印模块：与主控制器连接，用于实现对系统测试的测量结果进行保存以及后续的用打印机打印出来测量结果。2.根据权利要求1所述的毛胚铸件激光测量系统,其特征在于，所述测量系统的工作方法为：第一：完成激光位移传感器和六自由度机械臂的安装；第二：完成激光位移传感器和六自由度机械臂安装位姿的标定；第三：通过夹持机构将待测毛坯铸件固定在六自由度机械臂末端，并采集数据；第四：数据处理；第五：分析测量数据，解算出缺陷和加工余量信息；第六：保存数据以及打印测量报告。3.根据权利要求2所述的毛胚铸件激光测量系统,其特征在于，所述标定的方法为：第一：建立标定数学模型，所述标定数学模型所含坐标系为：六自由度机械臂基坐标系{B}、六自由度机械臂末端法兰坐标系{E}和激光位移传感器坐标系{C}；第二：选定一个标准球作标定靶物，设为扫描仪坐标系相对于六自由度机械臂基坐标系的转换矩阵；为标准球球心在扫描仪坐标系下的矢量矩阵；为末端法兰坐标系相对于六自由度机械臂基坐标系的转换矩阵；为标准球球心在末端法兰坐标系下的矢量矩阵，坐标之间的转换关系为：上式中，所述可直接由标准球尺寸获得，通过实际测量获得，通过建立运动学方程求得，通过实际测量获得；第三：装配好标定用的标准球，输入参数；第四：利用六自由度机械臂夹持标准球运动采集数据，采集时尽量使六自由度机械臂每个关节都有运动，取20组姿态数据用于标定；第五：通过标定模块解算出20组姿态数据是否满足：
第六：若标定模块解算出的姿态数据不满足则调整激光位移传感器和六自由度机械臂安装位姿，直至标定模块解算出的所有姿态数据都满足上述关系。4.根据权利要求3所述的毛胚铸件激光测量系统,其特征在于，所述六自由度机械臂基坐标系{B}：六自由度机械臂出厂自带坐标系，原点位于基座中心，是六自由度机械臂运动的基础，正常配置中可通过控制杆与零点位置校正进行该坐标系的移动；六自由度机械臂末端法兰坐标系{E}：定义在六自由度机械臂末端法兰中心，法兰平面为XY平面，垂直向外为Z轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙斌，
申请(专利权)人：枣庄市胜达精密铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：