一种基于立体视觉的三坐标机柔性复合联检系统的制作方法

1.本实用新型属于测量设备领域，具体涉及一种利用非接触式结构光立体相机与三坐标机相结合的柔性复合联检系统。


背景技术：

2.近几年测量技术得到了飞速的发展，快速、准确的三维测量成为制造过程中的重要环节，贯穿整个设计、开发、加工、检测与质量保证等环节。三坐标机具有测量精度高、适应性强、鲁棒性能优越等优点，成为制造业最常用的三维精密测量设备，被广泛使用于航空航天、汽车、造船、装备制造及模具制造等领域。
3.但随着制造业的快速发展，三坐标机的缺点也逐渐凸显：(1)三坐标机作为逐点测量的设备，需要依靠人工示教编程引导测量测头进行测量，工作量大、测量效率低；(2)编程时需要根据被测对象的形貌特征和测量项目进行，被测对象需要采用工装夹具等，严格保证每次放置位置的一致性才可适用。若同一零件不同批次加工质量存在差异、尺寸不一致，当差异较大时，原有测量程序无法适用，则需重新示教编程；(3)针对三坐标机可基于零件数模进行测量轨迹编程的情况，当零件加工精度不高或者加工后产生变形时，零件实际尺寸与数模存在较大差异，导致测量程序无法适用；(4)三坐标机程序具有专用性，当更换被测对象时，需人工根据被测对象规格型号调用专用程序，无法实现快速自动换产。特别是针对小批量、多品种的情况，常规三坐标机的弊端更加明显。
4.因此，提供一种基于非接触式立体视觉的三坐标机智能柔性复合联检系统，工业控制计算机与立体相机配合，实现对三坐标机测头进行测量位姿修正，以适应零件的加工偏差或变形，且能够适应快速自动换产的需求，具有重大的意义和价值。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于非接触式立体视觉的三坐标机智能柔性复合联检系统，将非接触式立体视觉与接触式三坐标机进行集成，保留三坐标机高测量精度的同时，弥补常规三坐标机的不足。
6.本实用新型是通过下述技术方案来实现的。
7.本实用新型提供了一种基于立体视觉的三坐标机柔性复合联检系统，包括多自由度机器人、立体视觉装置、三坐标机和工业控制计算机；多自由度机器人固定在三坐标机侧，立体视觉装置固定在多自由度机器人的末端，多自由度机器人、立体视觉装置上的立体相机和三坐标机与工业控制计算机信号连接；
8.工业控制计算机控制多自由度机器人携带立体视觉装置移动，获取待测工件表面的信息；三坐标机接触式测量待测工件的尺寸。
9.作为优选，三坐标机包括工作台、龙门架、移动支架、龙门架支撑、测量测头、底支撑和三坐标控制器，工作台位于底支撑上，龙门架支撑将龙门架支撑在底支撑上，移动支架携带测量测头滑动连接在龙门架上；三坐标机控制器位于底支撑侧，与工业控制计算机信
号连接。
10.作为优选，工作台上放置待测工件，测量测头沿龙门架轴向移动测量待测工件。
11.作为优选，多自由度机器人包括多自由度机器人本体、安装底座和机器人控制器。
12.作为优选，立体相机通过相机安装支架安装在多自由度机器人本体的末端。
13.作为优选，立体相机为结构光立体相机或双目相机。
14.作为优选，多自由度机器人携带立体相机运动时，不与三坐标机发生干涉。
15.作为优选，工业控制计算机包括离线标定模块、立体相机采集模块、路径规划模块，立体视觉智能识别模块、非接触式三维测量模块、三坐标机引导模块和三坐标机接触式测量模块。
16.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
17.1.本实用新型通过多自由度机器人携带三维立体相机，多视角扫描被测工件的形貌特征，获取待测工件表面的信息，被测量工件无需严格放置在三坐标机工作台的固定位置，针对存在加工误差或有变形的工件，通过立体相机非接触式扫描获取工件真实位姿，也无需人工重新示教点位，系统可自动适应。降低了人工摆放工件的要求及相应的工装成本，适应性更强。
18.2.工业控制计算机通过立体相机采集、识别待测工件的规格型号，执行测量作业，无需人工参与，可快速适应待测工件的换产。
19.3.针对同一工件不同批次存在加工尺寸偏差或加工后产生变形的情况，系统可利用立体相机采集、获取待测工件的真实形貌尺寸，三坐标机测头到对应位置执行测量作业，无需人工重新进行三座机编程，柔性化程度高。
20.4.系统通过多自由度机器人携带立体相机的形式，可多视角全方位扫描待测工件，针对测量精度要求不高或者三坐标机无法测量的尺寸可直接根据扫描图像输出测量结果，实现非接触式立体视觉与接触式三坐标机高精度测量相结合的柔性复合检测。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
22.图1是本实用新型一种基于立体视觉的三坐标机智能柔性复合联检系统组成示意图；
23.图2是三坐标机组成示意图；
24.图3是本实用新型基于立体视觉的三坐标机智能柔性复合联检系统组成框图；
25.图4是本实用新型实施例三坐标机测量发动机缸体的装配孔位结构示意图。
26.图中：1、多自由度机器人；2、立体视觉装置；3、三坐标机；4、工业控制计算机；5、待测工件；11、多自由度机器人本体；12、安装底座；13、机器人控制器；21、立体相机；22、相机安装支架；31、工作台；32、龙门架；33、移动支架；34、测量测头；35、龙门架支撑；36、底支撑；37、三坐标机控制器；41、离线标定模块；42、立体相机采集模块；43、路径规划模块；44、立体视觉智能识别模块；45、非接触式三维测量模块；46、三坐标机引导模块；47、三坐标机接触式测量模块。
具体实施方式
27.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
28.如图1、图2所示，本实用新型实施例提供的一种基于立体视觉的三坐标机智能柔性复合联检系统，包括多自由度机器人1、立体视觉装置2、三坐标机3和工业控制计算4。多自由度机器人1通过底座固定放置在三坐标机3附近，确保三坐标机3工作台在多自由度机器人的有效运动范围内。多自由度机器人1与工业控制计算机4信号连接，用于接收坐标信息和指令，携带立体视觉装置2运动至指定位置。立体视觉装置2固定安装在多自由度机器人1的末端法兰上，用于扫描待测工件5形貌，获取三维点云数据等信息。立体视觉装置2上的立体相机21与工业控制计算机4信号连接，三坐标机3固定安装地面上，用于接触式测量待测工件的相关尺寸。三坐标机3的安装需满足常规三坐标机安装对环境、振动等的要求。
29.如图2所示，三坐标机3包括工作台31、龙门架32、移动支架33、龙门架支撑35、测量测头34、底支撑36和三坐标机控制器37，工作台31位于底支撑36上，龙门架支撑35将龙门架32支撑在底支撑36上，移动支架33携带测量测头34滑动连接在龙门架32上；三坐标机控制器37位于底支撑36侧，三坐标机控制器37与工业控制计算机4信号连接，用于接收修正位姿信息，引导测量测头34到达测量项目的真实位姿处进行接触式测量。同时接收工业控制计算机的启动停止指令，根据系统要求执行测量作业。
30.如图3所示，工业控制计算机4通过以太网分别与多自由度机器人1、立体视觉装置2和三坐标机3连接，用于数据及控制指令等信息的传输。
31.多自由度机器人1包括多自由度机器人本体11、安装底座12和机器人控制器13。多自由度机器人本体11的选型，需保证机器人臂展能覆三坐标机工作台31的有效测量区域。机器人安装底座12根据多自由度机器人本体11的运动范围和三坐标机3的外形尺寸，再结合应用场景进行详细设计。
32.立体视觉装置2包括立体相机21和相机安装支架22，立体相机21通过相机安装支架22与多自由度机器人1末端法兰固连。立体相机21可为多种形式，包括但不限于结构光立体相机、双目相机。相机安装支架22可根据多自由度机器人1和立体相机2，结合现场需求设计成不同形式，但需保证多自由度机器人1携带立体相机21运动时，不会与三坐标机3发生干涉。
33.工业控制计算机4控制多自由度机器人1运动、立体相机21采集待测工件信息及三坐标机3执行测量作业。
34.如图3所示，工业控制计算机4上安装有离线标定模块41、立体相机采集模块42、路径规划模块43，立体视觉智能识别模块44；非接触式三维测量模块45、三坐标机引导模块46和三坐标机接触式测量模块47。
35.离线标定模块41，可用于进行立体相机21与多自由度机器人1的标定操作，获取立体相机21与多自由度机器人1坐标系的标定转换矩阵。
36.离线标定模块41，可用于进行立体相机21与三坐标机3的标定操作，获取立体相机21与三坐标机3坐标系的标定转换矩阵。
37.立体相机采集模块42，用于控制立体相机采集待测工件表面信息。
38.路径规划模块43，用于规划立体相机21的采集视角规划和多自由度机器人11的运
动路径规划。
39.立体视觉智能识别模块44，通过对点云数据进行处理分析，提取待测工件结构特征，与系统已有工件数模信息进行特征匹配，识别待测工件的规格型号。
40.非接触式三维测量模块45，通过对点云数据进行处理分析，进行特征分割提取，调用相关测量算法，计算给出待测工件的结构特征的真实位姿信息。
41.三坐标机引导模块46，根据获取的待测特征的真实位姿信息，自动修正三坐标机3接触式测量程序中的测量点位姿信息，更新三坐标机接触式测量程序。
42.三坐标机接触式测量模块47，读取更新后的接触式测量程序，引导三坐标机3测量测头34到达修正后的正确位置执行接触式测量作业。
43.本实用新型实施过程如下：
44.将待测量工件放置在三坐标机工作台上，无需严格定位。则立体视觉引导三坐标机执行测量作业的具体流程如下：
45.多自由度机器人携带立体相机在初始位置扫描待测工件5，立体相机采用结构光立体相机扫描待测工件,主动投射光栅，采集工件表面信息。系统通过对采集的工件表面信息，初步获取待测工件在三坐标机工作台上的位姿。对获取的信息识别待测工件的规格型号。工业控制计算机根据待测工件规格型号，自动调取待测工件对应的三坐标机测量程序。
46.工业控制计算机控制多自由度机器人携带立体相机扫描待测工件，采集完成后多自由度机器人携带立体相机回到初始位置，该位置不会与三坐标机执行测量作业时不发生干涉。
47.工业控制计算机获取待测工件特征的真实位姿信息，修正三坐标机接触式测量的测量点位姿，引导三坐标机测量测头到达正确位置执行接触式测量作业。
48.需要说明的是，本实用新型实现方法是采用传统的计算机控制方式进行，而非借助软件实现。
49.本实用新型可以用于对发动机缸体测量，其对缸体上装配孔位的加工度精度要求较高，需要通过三坐标机来测量发动机缸体上的装配孔位的尺寸信息，包括孔1到孔13的位置、直径大小和孔深度，如图4所示。
50.本实用新型通过采用多自由度机器人携带立体相机对待测工件的真实位姿进行测量，引导三坐标机执行接触式测量，无需人工参与，以适应零件的加工偏差或变形，且能够适应快速自动换产的需求，可用于后续的装配、打磨、焊接等工艺指导。
51.发明并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。