合标准球，得到球心在面激光传感器坐标系 下的坐标值if，则有表达式②
，表达式②中，表 示此次测量中机器人末端工具坐标系相对于机器人世界坐标系的旋转和平移矩阵，由于 机器人本体在工具坐标系下做平移运动，故由表达式①和表达式②得到表达式 ③：
；重复上述两个步骤，获取若干个表达式③的方程，求 解方程组可得到;接着，多次改变机器人位置和姿态，每次测量并拟合球心，记录机器人 位置姿态得到方程组(i
，该方程组④中^已经求出，
分别为第一次，第二次，第η次测量时机器人末端工具坐标系相 对于机器人世界坐标系的旋转和平移矩阵If分别表示第一次，第二次，第η次测 量时面激光传感器坐标下的球心坐标，方程组④可得1:;最终，求得面激光传感器相对于机 器人末端工具坐标系的旋转和平移矩阵，面激光传感器所采集到的三维数据可转换至机器 人世界坐标系下。
[0014] 本发明技术方案的优点主要体现在：面激光传感器能够在机器人本体不运动的情 况下，一次性获取测量范围内的工件表面三维数据和灰度图像数据，且不需要额外的辅助 设备和标记点，可方便简单地实现汽车部件装配和形位公差的检测，成本低，精度较高。同 时，系统可扩展性强，柔性强，可经过简单的模块编程及机器人本体路径编程用于其它产品 的检测。再者，可实现产品的在线检测，并能将测量结果上传至车间网络甚至工厂网络，方 便信息化管理。
【附图说明】
[0015] 图1是基于面激光传感器的机器人工件装配及形位公差检测系统构造示意图。
[0016] 图2是基于面激光传感器的机器人工件装配及形位公差检测系统的通讯网络示 意图。
[0017] 图3是数据处理组件与通信及控制模块、显示存储及统计分析模块的通讯示意 图。
[0018] 图4是基于面激光传感器的机器人工件装配及形位公差检测方法流程示意图。 [0019]图5是标定流程不意图。
[0020] 图中各附图标记的含义如下：
【具体实施方式】
[0021] 如图1~5所示的基于面激光传感器的机器人工件装配及形位公差检测系统，包 括有用于夹持被测工件的定位组件1，其与众不同之处在于：该定位组件1优选工装夹具， 其外围设置有相互通讯的面激光传感器3、机器人设备、工控机2组成。具体来说，将面激光 传感器3安装在机器人本体4末端，由机器人本体4携带对机器人本体4运动范围内的被 测位置采集工件表面三维数据。由此，面激光传感器3在采集工件表面三维数据的同时还 采集灰度图像数据，采集所得的工件表面三维数据用于工件关键点形位公差检测，而采集 所得的灰度图像数据用于工件错漏装检测。
[0022] 进一步来看，本发明采用的机器人设备包括机器人本体。为了便于操控，机器人本 体上连接有机器人控制柜5该，在机器人控制柜5连接有机器人示教器6。具体来说，机器 人本体用于带动面激光传感器3以到达工件被检测位置，而机器人控制柜5用于机器人设 备的伺服控制。机器人控制柜5和工控机2连接用于传输机器人位置数据，而机器人示教 器6用于机器人编程调试。
[0023] 同时，工控机2同时连接面激光传感器、机器人控制柜5,用于控制检测过程及处 理检测数据。在实际使用时，工控机2根据检测计划启动检测过程，控制机器人本体4运动 到工件被测位置。并且，通过面激光传感器采集被测工件表面三维数据及灰度图像数据，对 采集到的数据进行处理和分析得到检测结果。
[0024] 为了便于使用，所采用的工控机2内设置有通信及控制模块7,通信及控制模块7 的数据处理端口上连接有数据处理组件8,在数据处理组件8的辅助通讯端口上连接有显 示存储及统计分析模块9。具体结合数据处理来看，通信及控制模块7用于完成和面激光传 感器、机器人控制柜5的通信，通过面激光传感器3采集灰度图像数据和三维位置数据，并 记录面激光传感器拍摄时机器人的位置和姿态信息。同时，通信及控制模块7同时实现整 个检测过程的协调控制，根据检测计划，依次控制机器人本体4到达被测位置，在机器人本 体4到达被测位置后触发面激光传感器采集被测位置数据。
[0025] 再进一步来看，为了有效对各个数据进行有效的运算处理，数据处理组件8包括 相互通讯的标定模块15、坐标转换模块16、计算模块17。在实际运算处理时，标定模块15 计算面激光传感器坐标系相对于机器人本体4末端工具坐标系的旋转平移矩阵，完成被测 部件基准的建立。坐标转换模块16根据标定模块15所求得旋转和平移矩阵、机器人本体 4位置和姿态信息、基准坐标对面激光传感器采集到的三维位置数据进行坐标变换，将其从 面激光传感器坐标系下变换到被测部件坐标系下。同时，计算模块17包括二维图像处理模 块和三维图形处理模块，该二维图像处理模块通过特征识别进行错漏装的检测，而三维图 形处理模块通过点云计算得到形位公差信息。并且，采用显示存储及统计分析模块9用于 对检测结果进行统计分析，并将检测结果上传至企业数据库并通过显示器实时直观显示测 量结果。同时，亦可以通过显示存储及统计分析模块9能给用户提供检测报表。当然，考虑 到整体系统后续工业现场应用的便利，在通信及控制模块7上设置有PLC接口 10。
[0026] 在实际实施过程中，从现场的实施安全考虑，在工控机2上还连接有电控安防设 备。具体来说，电控安防设备包括有PLC组件11与安全组件。该PLC组件11用于机器人 设备、工控机2、定位组件1及安全组件的协调控制。在实际工作时，在安全组件在没有被触 发并且工件装夹正常的情况下PLC组件才能允许工控机2启动检测过程，如果在检测过程 中安全组件被触发则强制停止正在运行的机器人，并告知工控机2结束检测过程。具体来 说，本发明采用的安全组件包括安全光栅12与安全门13安全光栅12用于检测人员闯入， 安全门13主用于检修。当然，为了进一步提升安全性，采用的安全组件还包括有安全围栏 18,能够为机器人系统划分出一片可靠的安全活动空间。
[0027] 并且，采用工控机2连接面激光传感器、机器人控制柜5、PLC组件11，用于检测过 程的控制及检测数据的处理。由此，工控机2在PLC组件11给出就位信号后启动检测过程， 控制机器人运动到工件被测位置。同时，通过面激光传感器采集被测工件表面三维数据及 灰度图像数据，对采集到的数据进行处理和分析得到检测结果。最终，借由工控机2在PLC 组件11给出停止检测信号时终止检测过程。
[0028] 结合基于面激光传感器的机器人工件装配及形位公差检测系统的实际检测使用 过程来看，其包括以下步骤： 首先要完成的是进行系统标定，确定面激光传感器坐标系和机器人末端工具坐 标系的相对关系。具体来说，首先，机器人本体4带动面激光传感器，使被测位置在 面激光传感器视野范围内，对固定在三维空间中的标准球14进行拍摄，根据所得到 的三维位置数据拟合得到球心在面激光传感器坐标系下的坐标值If，则有表达式 ① ：
该表达式①中，_为球心在机器人世界坐标系下的 坐标值，表示此次测量中机器人末端工具坐标系相对于机器人世界坐标系的旋转 和平移矩阵，It、l表示面激光传感器坐标系相对于机器人末端工具坐标系的旋转和平移 矩阵，而gl、l|通过此时机器人位置信息得到。
[0029] 之后，机器人本体4在工具坐标系下做平移运动，保证标准球14仍在面激光传感 器的视野范围内，记