【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料缠绕芯模具标定，尤其涉及一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法及装置。
技术介绍
1、机械加工制造过程普遍需要对加工工具和工件进行位姿标定，高效、精确的标定方法是保证加工质量的前提。由于加工工艺的多样性，标定方法需要根据具体工况灵活设计。使用机器人的复合材料缠绕是近几年兴起的一种复合材料增材加工技术，其标定的主要内容为确定芯模轴线、机器人末端引导轮之间的位姿关系。
2、目前已有的标定方法是使用机器人示教的方式，先确定引导轮的坐标，即工具坐标，再通过n点法确定芯模轴线。这一方法虽然普遍适用于各种机器人加工工艺，但是操作繁琐，非常耗时，且对操作人员具有较高的技术要求。操作不当容易导致标定误差扩大，最终影响缠绕的质量。
3、经过对现有技术的检索，文献cn 110926365b，名称为一种基于线结构光检测物标定方法的专利技术专利公开了一种基于线结构光检测物标定方法。该装置将被测物体安装在转台上，通过扫描各位姿的被检测物轮廓点数据对可转动的转台面轴线进行标定。该专利技术专利的标定方法运用了三维视觉的技术，但是所扫描的对象为带有复杂曲面的非标准件。这使得标定方法复杂，且最终的标定结果可能受到被检测物制造误差的影响。
4、经过对现有技术的检索，文献cn 116045813b，名称为旋转轴标定方法、装置、设备及介质的专利技术专利公开了一种旋转轴标定方法、装置、设备及介质。该专利技术通过获取对放置于旋转平台不同位置、不同角度的标定球的截面圆心来确定旋转平台的转轴位置。该专利技术使用了
5、因此，本领域的技术人员致力于开发一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法及装置，以解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是：如何快速、准确的标定芯模轴线。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、步骤1：将机器人(2)运动至基准位姿上，使得缠绕头(3)旁边的三维面阵激光扫描仪(1)的扫描范围可以覆盖在芯模(7)表面；
4、步骤2：将标准球(6)黏贴在所述芯模(7)表面，且确保所述标准球(6)在所述三维面阵激光扫描仪(1)的扫描范围的一侧边界之内；
5、步骤3：触发所述三维面阵激光扫描仪(1)，扫描获得一副包含所述标准球(6)和缠绕头引导轮(4)的点云数据；然后三爪卡盘(8)带动所述芯模(7)和所述标准球(6)转动一个小角度；为保证所述三维面阵激光扫描仪(1)能够扫描获得所述标准球(6)的轮廓点云，所述三爪卡盘(8)的旋转角度应当保证所述标准球(6)不离开所述三维面阵激光扫描仪(1)扫描范围；
6、步骤4：将步骤3重复15-20次，获得一系列点云数据；分别拟合出每一份点云数据中所述标准球(6)的球心；将一系列所述球心坐标拟合成一个圆环，得到圆心；
7、步骤5：取下所述标准球(6)，将其黏贴在所述芯模(7)的另一个位置；将步骤3、步骤4重复操作10-12次；
8、步骤6：由步骤5所得的一系列所述圆心坐标拟合出直线方程，即可得到所述芯模(7)的轴线。
9、进一步地，在步骤4中，所述点云数据有效点的筛选方法如下：
10、步骤401：扫描所得点云中随机选取包含四个数据点组成一个子集，建立出球面的参数模型；
11、步骤402：设定最大阈值，判断全局数据点相对于步骤401设定的球面参数模型的误差，将全局数据划分为局内点和局外点集合，并记录两个集合的大小；
12、步骤403：重复步骤401和402，并记录已有迭代中能取得最大数量局内点的采样子集；当满足以下条件之一时，终止迭代：
13、条件1：迭代次数达到预定的最大迭代次数；
14、条件2：最后一次迭代产生的局内点占全体数据点的比例达到预先设置数值；
15、条件3：采样成功，即在最近一次步骤401获取的采样点集合中包含的所有点均恰好属于正确的局内点集合的概率(或者称为置信度)达到预先设置的值。
16、本专利技术还提供了一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，包括三维面阵激光扫描仪(1)、将机器人(2)、缠绕头(3)、缠绕头引导轮(4)、碳纤维预浸带(5)、标准球(6)、芯模(7)、三爪卡盘(8)、和电机(9)；所述三维面阵激光扫描仪(1)固定安装在所述机器人(2)末端的所述缠绕头(3)的侧边，使之成为所述机器人(2)的末端执行件一部分，与所述缠绕头(3)无相对运动；所述芯模(7)装夹在所述三爪卡盘(8)上，并在所述电机(9)的驱动下与所述三爪卡盘(8)一起转动；所述标准球(6)固定在所述芯模(7)表面的任意位置，且所述标准球(6)固定后与所述芯模(7)无相对运动；当所述机器人(2)位姿保持在基准位置时，所述三维面阵激光扫描仪(1)的扫描范围可以覆盖所述芯模(7)及黏贴在所述芯模(7)上方的所述标准球(6)。
17、进一步地，所述芯模(7)由高分子材料制成。
18、进一步地，所述芯模(7)由钢材制成。
19、进一步地，所述标准球(6)由陶瓷制成。
20、进一步地，所述标准球(6)经过哑光处理。
21、进一步地，所述三维面阵激光扫描仪(1)通过螺栓固定安装在所述机器人(2)末端。
22、进一步地，所述标准球(6)通过磁性基座固定在所述芯模(7)表面的任意位置。
23、进一步地，所述标准球(6)通过胶贴黏贴在所述芯模(7)表面的任意位置。
24、本专利技术提出的一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法及装置，引入精度较高的标准球作为标定工具，代替复杂零件(例如芯模)。拟合标准球在各个位置的球心，再将这些球心拟合为各圆环，最终得到旋转轴线的位置。避免了复杂表面轮廓数据作为标定工作的输入数据，使得算法更加稳定，标定结果更准确。
25、本专利技术预置成功采样阈值，剔除数据中的干扰数据，避免非扫描仪的轮廓信息对算法的干扰。再迭代采样过程记录局内有效点在整体出具中的比值，计算采样成功的概率作为迭代的终止条件。避免了干扰数据导致的标定结果不稳定、不准确。
26、使用贴胶或者磁性基座安装标准球。只要保证在数据采集阶段标准球相对于芯模没有相对运动，即可表达出轴线的准确位置。简化了标定操作，使的最终的结果更稳定，同时简化了硬件结构。
27、以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法，其特征在于，在步骤4中，所述点云数据有效点的筛选方法如下：
3.一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，包括三维面阵激光扫描仪(1)、将机器人(2)、缠绕头(3)、缠绕头引导轮(4)、碳纤维预浸带(5)、标准球(6)、芯模(7)、三爪卡盘(8)、和电机(9)；所述三维面阵激光扫描仪(1)固定安装在所述机器人(2)末端的所述缠绕头(3)的侧边，使之成为所述机器人(2)的末端执行件一部分，与所述缠绕头(3)无相对运动；所述芯模(7)装夹在所述三爪卡盘(8)上，并在所述电机(9)的驱动下与所述三爪卡盘(8)一起转动；所述标准球(6)固定在所述芯模(7)表面的任意位置，且所述标准球(6)固定后与所述芯模(7)无相对运动；当所述机器人(2)位姿保持在基准位置时，所述三维面阵激光扫描仪(1)的扫描范围可以覆盖所述芯模(7)及黏贴在所述芯模(7)上方的所述标准球(6)。
4.如权利要求3所述的三维视觉
5.如权利要求3所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，所述芯模(7)由钢材制成。
6.如权利要求3所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，所述标准球(6)由陶瓷制成。
7.如权利要求6所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，所述标准球(6)经过哑光处理。
8.如权利要求3所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，所述三维面阵激光扫描仪(1)通过螺栓固定安装在所述机器人(2)末端。
9.如权利要求5所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，所述标准球(6)通过磁性基座固定在所述芯模(7)表面的任意位置。
10.如权利要求6所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，所述标准球(6)通过胶贴黏贴在所述芯模(7)表面的任意位置。
...【技术特征摘要】
1.一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定方法，其特征在于，在步骤4中，所述点云数据有效点的筛选方法如下：
3.一种三维视觉机器人复合材料缠绕芯模具标定装置，其特征在于，包括三维面阵激光扫描仪(1)、将机器人(2)、缠绕头(3)、缠绕头引导轮(4)、碳纤维预浸带(5)、标准球(6)、芯模(7)、三爪卡盘(8)、和电机(9)；所述三维面阵激光扫描仪(1)固定安装在所述机器人(2)末端的所述缠绕头(3)的侧边，使之成为所述机器人(2)的末端执行件一部分，与所述缠绕头(3)无相对运动；所述芯模(7)装夹在所述三爪卡盘(8)上，并在所述电机(9)的驱动下与所述三爪卡盘(8)一起转动；所述标准球(6)固定在所述芯模(7)表面的任意位置，且所述标准球(6)固定后与所述芯模(7)无相对运动；当所述机器人(2)位姿保持在基准位置时，所述三维面阵激光扫描仪(1)的扫描范围可以覆盖所述芯模(7)及黏贴在所述芯模(7)上方的所述标准球(6...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊，周游，李康妹，王玉涛，徐浩杰，宋昊，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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