一种复杂铸件自动化三维测量与划线系统的制作方法

本发明涉及三维测量和激光划线技术领域，具体为一种复杂铸件自动化三维测量与划线系统。

背景技术：

铸件在进行精密机加前，需先判断其是否有足够的加工余量且在铸件上划出满足加工要求的基准线，以基准线作为加工基准进行进一步精确机加。

目前，采用的判断方法是人工划线，即在工件的x,y,z三个方向各寻找一个基准(一般以内部大平面，或者重要的平面为基准)，根据基准结合标准设计图上的尺寸，在铸件上画出标准工件的尺寸位置，多余的铸件部分就是后期需要精确机加的加工余量。

如果各部位加工余量满足工艺要求，则以该基准作为机加基准进行进一步加工；如果不满足，则需要对该基准进行调整，直到余量满足要求；如果调整后仍旧不满足要求，则判定为废件，综上，人工划线法的缺点有：

a)效率低下。一个操作熟练、经验丰富的工人处理一批铸件需要至少四天的时间；

b)准确率得不到保证。检测结果完全取决于工人的技术，稍有疏忽很容易造成误判。

因此，有必要采取一种更加切实有效的检测方法来克服手工检测的不足，来实现铸件加工余量的快速测量、快速判定是否合格、自动画出加工需求的基准位置，以达到既节约检测成本又提高检测效率、准确度以及自动化程度的目的，同时可以指导铸件后期的精加工需求。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种复杂铸件自动化三维测量与划线系统，测量更加高效、更加准确、节约检测成本。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种复杂铸件自动化三维测量与划线系统，包括机器人组件、自动化测头组件、高精度激光划线组件以及工控柜组件，所述机器人组件包括六轴工业机器人和机器人基座，且六轴工业机器人固定安装于机器人基座上。

所述自动化测头组件包括相机采集组件和面结构光投影组件，所述相机采集组件和面结构光投影组件之间通过网线连接。

所述高精度激光划线组件包括高精度运动机构、激光划线设备以及标定块，所述激光划线设备固定安装于高精度运动机构上，且高精度运动机构携带激光划线设备进行划线作业，所述标定块用于标定测量坐标系与划线坐标系之间转换关系。

所述工控柜组件包括激光切割机电源组件、机器人电源组件、自动化测头电源组件、工业机器人控制柜组件、电脑以及显示器组件。

优选的，所述面结构光投影组件是由led投影光源、激光器和投影透镜组成，激光器为所述自动化测头组件提供标识，以便于进行tcp标定。

优选的，所述相机采集组件是由一组双目相机、滤光片和相机透镜组成，且双目相机用于获取结构光图像，同时滤光片将被测工件表面的反射造成的光污染源进行过滤，经过数据处理后，进而获得到清晰完整的图像信息。

优选的，所述高精度运动机构是由大理石底座、龙门支架以及软件控制系统组成，保证了工作台长时间工作的稳定性，且高精度运动机构是采用工业计算机控制，能够有效的对二位精密工作台和精密旋转台进行控制。

优选的，所述激光划线设备内固定安装有光纤激光器，且光纤激光器内置激光调制系统、激光光纤传输和红光指示系统，指示光与激光同轴，在加工时可预览加工范围，已进行精确对位，保护系统整机具有过温、输入调制频率过低保护和报警功能，确保光纤激光器正常使用，光路系统采取有效密封和干燥措施，防止灰尘、油雾污染镜片及镜片结露。

优选的，所述激光切割机电源组件用于电性连接切割机和转台，来控制激光器移动以及转台转动铸件并进行切割。

优选的，所述机器人电源组件用于电性连接机器人以及机器人示教器，对机器人进行控制。

优选的，所述自动化测头电源组件用于电性连接自动化测头组件内的相机采集组件和面结构光投影组件，来分别对相机采集组件和面结构光投影组件进行供电。

优选的，所述相机采集组件和面结构光投影组件扫描的结果传输至工控柜组件内的电脑，进而得到铸件的三维形貌测量结果。

(三)有益效果

本发明提供了一种复杂铸件自动化三维测量与划线系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该复杂铸件自动化三维测量与划线系统，本发明三维测量与划线系统能够用于复杂铸件的自动化测量与划线，通过应用于铸件的生产，来对三维测量与划线系统内所有模块进行了针对铸件划线工艺的自动化的适应性设计，具体为：

1)对测量头进行了设计，使用面结构光技术结合双目立体视觉技术，通过投影仪控制模块可以对测量头进行精确的控制，同时结合机器人路径规划技术，能够适应铸件的自动化三维测量。

2)对高精度转台进行了设计，针对铸件大范围、大重量，设计了相应的模块，结合工装夹具、定位块等组件，将铸件稳定的固定在工装夹具之上，在转台的带动下，能够测量得到完整的铸件三维数据。

3)对标定装置进行了设计，针对自动化的测量系统，通过进行精确的路径规划以及时间控制模块，结合机器人可精确的对自动化测量系统进行自动化的标定，提高测量系统的精度。

4)对不同测量系统的坐标统一进行了设计，针对测量坐标系与划线系统坐标系不统一的问题，设计了基于手眼标定模型的坐标系统一方法，可直接将测量坐标系下的数据转换到划线坐标系下进行划线操作，提高了测量系统的精度。

(2)、该复杂铸件自动化三维测量与划线系统，测量效率高、测量范围广、可信度高。本测量系统不需要额外的测量工具，操作简单，无需多个质检员即可完成整个测量的流程。同时自动化测量头在机器人以及高精密转台的加载下，可以测量不同区域的尺寸，得到完整的三维数据，拓展了测量范围。同时基于面结构光双目立体视觉的三维测量技术测量结果更加可靠，不同测量点位可得到完整的数据，可靠性高。

(3)、该复杂铸件自动化三维测量与划线系统，测量自动化程度高，可对数据进行自动保存、计算、校验和管理，本测量系统为自动化过程，在路径规划完成后，只需点击测量即可进行三维测量，整个过程实现了自动化，同时测量得到的结果可自动进行三维数据处理、分析计算、校验并保存，最后生成报告供以后进行数据的管理。

(4)、该复杂铸件自动化三维测量与划线系统，测量精度高、准确度高、自动化程度高，本测量系统在投影仪组件中，使用高精度的led投影装置以及高精度的标定模块，比一般的光栅投影仪的测量精度更高，在进行了实际测量后发现，对铸件的测量精度可以达到0.05mm，划线精度可以达到0.15mm，实现了大尺寸的测量精度要求，同时整个的测量过程为自动化测量过程，一人即可完成，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明三维测量与划线系统的立体图；

图2为本发明三维测量与划线系统中自动化测头组件的结构示意图。

图中，1机器人组件、11六轴工业机器人、12机器人基座、2自动化测头组件、21相机采集组件、22面结构光投影组件、3高精度激光划线组件、31高精度运动机构、32激光划线设备、33标定块、4工控柜组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明实施例提供一种技术方案：一种复杂铸件自动化三维测量与划线系统，包括机器人组件1、自动化测头组件2、高精度激光划线组件3以及工控柜组件4，机器人组件1包括六轴工业机器人11和机器人基座12，且六轴工业机器人11固定安装于机器人基座12上.

自动化测头组件2包括相机采集组件21和面结构光投影组件22，相机采集组件21和面结构光投影组件22之间通过网线连接，面结构光投影组件22是由led投影光源、激光器和投影透镜组成，激光器为自动化测头组件2提供标识，以便于进行tcp标定，相机采集组件21是由一组双目相机、滤光片和相机透镜组成，且双目相机用于获取结构光图像，同时滤光片将被测工件表面的反射造成的光污染源进行过滤，经过数据处理后，进而获得到清晰完整的图像信息。

高精度激光划线组件3包括高精度运动机构31、激光划线设备32以及标定块33，激光划线设备32固定安装于高精度运动机构31上，且高精度运动机构31携带激光划线设备32进行划线作业，标定块33用于标定测量坐标系与划线坐标系之间转换关系，高精度运动机构31是由大理石底座、龙门支架以及软件控制系统组成，保证了工作台长时间工作的稳定性，且高精度运动机构31是采用工业计算机控制，能够有效的对二位精密工作台和精密旋转台进行控制，激光划线设备32内固定安装有光纤激光器，且光纤激光器内置激光调制系统、激光光纤传输和红光指示系统，指示光与激光同轴，在加工时可预览加工范围，已进行精确对位，保护系统整机具有过温、输入调制频率过低保护和报警功能，确保光纤激光器正常使用，光路系统采取有效密封和干燥措施，防止灰尘、油雾污染镜片及镜片结露，计算机通过tcp/ip协议跟高精度运动机构31进行通信来控制转动，通过带动高精度旋转台转动一定角度，来带动铸件转过不同的角度，进而可通过自动化测头组件2对被测工件进行三维测量。

所述工控柜组件4包括激光切割机电源组件、机器人电源组件、自动化测头电源组件、工业机器人控制柜组件、电脑以及显示器组件，激光切割机电源组件用于电性连接切割机和转台，来控制激光器移动以及转台转动铸件并进行切割，机器人电源组件用于电性连接机器人以及机器人示教器，对机器人进行控制，自动化测头电源组件用于电性连接自动化测头组件2内的相机采集组件21和面结构光投影组件22，来分别对相机采集组件21和面结构光投影组件22进行供电，相机采集组件21和面结构光投影组件22扫描的结果传输至工控柜组件4内的电脑，进而得到铸件的三维形貌测量结果。

上述的复杂铸件自动化三维测量与划线系统按照预先规定的路径首先对铸件进行三维形貌测量，自动化测头组件2将光栅投影到牵枕缓的表面，机器人带动自动化测头组件2进行测量，通过双目相机获取到光栅图像进而求解出三维数据，同时为了进行划线工艺，需要测量完整的铸件三维数据，在高精度旋转台带动工装夹具转动一定的角度，然后自动化测头组件2对其进行获取光栅图像求解三维数据，其拼接依靠内部的最邻近迭代算法，最后在机器人带动测量头下经过不同的位姿可获得完整的点云数据，在获取得到点云数据之后，数据处理软件会自动对待检测尺寸进行自动分析处理，得到测量坐标系下的三维数据，并输出解析报告，保存于计算机之中，然后划线系统会根据预先标定的坐标转换矩阵将测量坐标系下的划线数据转换到划线系统坐标系之下，供划线坐标系使用，高精度激光划线系统在给定的数据之后在运动系统的指引下通过激光在铸件表面进行划线操作。

最终，经过实际的测量，本自动化划线三维测量系统的整体测量精度可达到±0.05mm，划线精度可以达到0.15mm，设备运行良好，测量精度高、自动化程度高、可靠性高。

综上，本发明具有测量效率高、测量范围广、可信度高，测量自动化，可对数据进行自动保存、计算、校验和管理，测量精度高、准确度高和自动化程度高。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。