一种用于火车轮毂形貌在线检测方法，自动检测技术领域。针对多规格粗坯轮毂，扫描整体形貌数据，通过多组局部点云进行融合、重构形成轮毂整体形貌，根据需求解算特定位置参数信息进行分析、判定、存储能够满足数据长时测量、显示、存储、回放、导出的需求。优点在于，提高检测效率，提升测量参数规模，数据管理追溯高效；节省人力资源，适用恶劣环境；操作简单方便，设备维护量小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动检测，特别提供了一种用于火车轮毂形貌在线检测方法。
技术介绍
1、经过锻压形成的火车轮毂粗坯，由于轮毂表面多为曲面，在形貌尺寸检测时难度较大，目前对于轮毂形貌尺寸参数自动检测系统在行业内比较少见。在轮毂生产过程中缺乏足够的形貌尺寸参数来严格把控产品成材率，此外，自动检测系统的缺失使得尺寸数据以及缺陷情况难以及时反馈到上级工序中，这对于整个生产流程质量的把控与工艺参数调整极为不利。
2、目前绝大多数进行人工抽检测量，同一个轮毂人工测量尺寸不超过十个，一方面，人工检测速度较慢，无法匹配流水线生产，测量精度也受外界条件影响较大，另一方面，测量数据量级无法与自动测量装置相比拟，后续数据处理也存在一定难度，高温、粉尘、噪音的测量环境也不利于人工长时间操作。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于火车轮毂形貌在线检测方法，研究对象是火车轮毂形貌尺寸参数，实现火车轮毂形貌自动扫描，尺寸参数自动解算，为生产工艺提供数据基础和优化的依据。
2、本专利技术火车轮毂检测方法，针对多规格粗坯轮毂，扫描整体形貌数据，通过多组局部点云进行融合、重构形成轮毂整体形貌，根据需求解算特定位置参数信息进行分析、判定、存储能够满足数据长时测量、显示、存储、回放、导出的需求。
3、本专利技术火车轮毂检测方法硬件包括3d激光传感器、机械臂、转台(自带编码器)、交换机、工控机，方法具体实现如下：
4、步骤1：在轮毂运动路径上布置采集设备。
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p>5、机械臂底座中心沿着转台一条半径方向安装，将1台3d激光传感器通过转接件与机械臂末端连接，将轮毂放置于转台上进行回转扫描，调整机械臂位置，使得激光传感器射出的激光平面与转台一条半径重合并与转台转轴平行，如图2所示，在同一半径截面上布置5个扫描点位，分别为截面位置正上方为s位，s位沿半径方向向外移动并绕着垂直于当前半径的方向旋转45°覆盖当前轮毂截面的外上侧，此位置为c1，由于直接扫描下侧有遮挡，所以将轮毂上下翻面，此时产生两个与s位、c1位分别相近的两个扫描位置，分别位x位和c2位，在当前截面右侧定采集位置为c位，空间位置如图5所示。首先机械臂运行至s位，发出到达指令到转台，转台旋转360°驱动编码器触发传感器采集；采集完成后发送指令到机械臂，机械臂收到指令运行至c1位，发出到达指令到转台，转台旋转360°驱动编码器触发传感器采集；采集完成后发送工件上下翻面指令，翻面完成后发送扫描指令到机械臂，机械臂运行至x位，转台旋转360°驱动编码器触发传感器采集，以此类推直至5个扫描点位全部采集完，其中s位与c1位采集的数据为同心圆回转扫描所得，x位、c2位与c位采集的数据为同心圆回转扫描所得。数据以tif格式保存至指定文件夹。6、本专利技术中3d激光传感器采用c5-4090cs系列，每条轮廓包含的点数4096点，扫描速度高达14500hz，ip67级封闭外壳，x方向分辨率约为0.3mm，z方向分辨率约为23μm，视野范围445mm-1240mm，工作距离744mm，线激光颜色405nm蓝色。
7、上述3d激光传感器、机械臂信号输出通过网线接入交换机网口，交换机通过网线接入工控机网口，转台控制通过usb口接入工控机中。交换机选用海康威视ds-3e0510p-s，8个网络端口，单口最大功率20w,整机最大数功率110w，交换容量20gbps，包转发率14.88mpps，工作温度0℃～40℃，桌面式安装方式。工控机选用联想天启win10家用中文版，i7-8700cpu，8g内存，1t机械硬盘+256g固态硬盘，戴尔u2720qm 4k显示器。
8、步骤2：标定传感器坐标系与机械臂坐标系的转换矩阵以及机械臂坐标系与转台坐标系的转换矩阵。
9、由于3d激光传感器与机械臂末端之间的转接件在使用过程中会发生轻微形变与安装偏差，且无法精确测量，因此借助标定方法来获取传感器坐标系与机械臂坐标系之间的转换矩阵，方法如下：
10、(1)首先，机械臂与转台安装时，相对位置已知，因此，机械臂坐标系与转台坐标系(即世界坐标系)之间转换矩阵设为rw，rw为4x4的方阵；
11、(2)其次，采用3球标定方法获取传感器与世界坐标系之间的转换矩阵cw,cw为4x4的方阵，如图3所示，使用3个50mm的球，将其沿转台一条半径方向(沿着其半径往外为世界坐标系的x轴)间隔100mm固定在3个位置，1与3号球心沿垂直半径方向右移10mm，2号球心沿垂直半径方向左移10mm；
12、(3)将机械臂坐标系xyz三轴旋转角度依次调整为180，0，调整机械臂xyz三轴位移使得搭载的传感器激光线与世界坐标系的x轴重合；
13、(4)通过传感器扫描到的三个球上轮廓弧段拟合圆，求出圆心在传感器坐标系中的坐标，球半径已知为25mm，可得出每个球心在传感器坐标系的坐标，通过三个球心在传感器坐标系中的坐标，可以分别计算出传感器坐标系相对于世界坐标系的三轴旋转角度与平移6个参数，进而得到传感器坐标系转为世界坐标系的转换矩阵cw；
14、(5)机械臂坐标系到世界坐标系转换矩阵rw已知，所以rc*cw＝rw成立，进而得到机械臂坐标系到传感器坐标系的转换矩阵rc＝rw*cw-1；
15、(6)标定过程完成，机械臂搭载传感器移动到不同的采集点，当前采集点传感器
16、步骤3：轮毂形貌数据采集并分别进行配准。
17、每个扫描点位只能采集到轮毂的一部分数据，并掺杂着无用的背景干扰，先将原始tif格式数据转换为om3格式点云，根据已知的大致采集位置将背景点云滤除掉，以s位与x位点云分别为基准调整5组点云互相之间的初始位置；根据采集顺序，将翻面前后点云分别进行融合，翻面前，s位与c1位扫描为同一圆心同起止，使用点云配准算法icp将c1位扫描的点云融合到s位点云中形成第一面整体点云数据，同理将翻面后的三组点云以x位为基准进行融合形成第二面整体点云数据，根据机械臂与转台之间的转换矩阵，将两个面的整体点云转换至正确的位置。
18、步骤4：在步骤3配准的基础上，进行空间形态重构并进行偏心矫正。
19、由于单线激光传感器只能显示与激光线垂直或者平行面上的高低波动，并不能显示工件是水平运动还是回转运动，所以必须用先验知识将点云数据形态重构还原回转曲面；在转台中心建立坐标系，转台平面作为坐标系的xoy面，z轴垂直向上，现阶段的点云数据形态为每个截面数据都平行于xoz面，在y轴方向上每个截面之间等间隔排列，间隔距离为1，由于是编码器等角度触发采集，所以每个截面数据之间应该为等角度，所有截面数据总角度为360°，所以按照先平移后旋转的方式将点云转换为回转体形态，从第0个截面点云开始，按顺序把每个截面先平移至xoz面，然后根据其平移的距离y,绕着z轴旋转y*(360/n),n为截面总数；在轮毂放置转台的过程中，轮毂中心与转台中心在某个方向上会发生一定的偏移，以轮毂回转体上的某一圈特征点为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于火车轮毂形貌在线检测方法，硬件包括3D激光传感器、机械臂、转台、交换机、工控机；其特征在于具体如下：
2.根据权利要求1所述的用于火车轮毂形貌在线检测方法，其特征在于，3D激光传感器采用C5-4090CS系列，每条轮廓包含的点数4096点，扫描速度高达14500Hz，IP67级封闭外壳，X方向分辨率约为0.3mm，Z方向分辨率约为23μm，视野范围445mm-1240mm，工作距离744mm，线激光颜色405nm蓝色；
3.根据权利要求1所述的用于火车轮毂形貌在线检测方法，其特征在于，火车轮毂检测的应用过程如下：
【技术特征摘要】
1.一种用于火车轮毂形貌在线检测方法，硬件包括3d激光传感器、机械臂、转台、交换机、工控机；其特征在于具体如下：
2.根据权利要求1所述的用于火车轮毂形貌在线检测方法，其特征在于，3d激光传感器采用c5-4090cs系列，每条轮廓包含的点数4096点，扫描速度高达1...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明浩，曾光，吴少波，张云贵，赵珊，
申请(专利权)人：冶金自动化研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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