CN110332885A - 一种机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法 - Google Patents

一种机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法 Download PDF

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颜瑞松
梁艳娟
黄斌斌
梁燕丹
涂成生
叶勇
唐云飞
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于机器人光栅拍照扫描***检测数据的闭环自动化***。首先设计制作用于保证被测工件在扫描过程中位置相对固定的工装；然后在工装上设置定位基准并对其进行标定以确定工作坐标系，工件CAD模型与工装均在工作坐标系下；安装在机器人上的光栅拍照扫描仪在机器人程序控制下对固定在工装上的被测工件进行扫描；在检测软件中选择在工作坐标系下的被测工件CAD模型位置固定，再与扫描数据匹配对齐并完成误差计算；基于工作坐标系下的误差值引导机器人完成自动化作业。本发明解决了机器人光栅拍照扫描仪自动扫描得到的检测结果的误差所在空间位置不确定的问题，实现基于机器人自动扫描反馈的检测结果完成任务执行的闭环自动控制。

Description

一种机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法
技术领域
本发明涉及一种基于机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法。
背景技术
光栅拍照扫描仪具有价格低、速度快、定位精度高、容易与机器人或其它自动机构集成的特点，但扫描所得数据为悬浮在三维空间、只具有相对位置的(X，Y，Z)空间三维坐标点集合，无法直接转换到世界坐标系(工作坐标系)。光栅拍照扫描仪与机器人集成后，虽然可以完成与被测工件CAD模型的自动匹配完成误差检测，但因误差结果在工件CAD设计坐标系下或在未知的扫描点云空间坐标系下，而无法用于指导自动执行形成闭环自动化***。
本发明通过构建自动扫描工作坐标系，为以机器人光栅拍照扫描检测结果(误差值)引导自动化***工作提供闭环控制，可用于基于机器人光栅扫描检测结果引导机器人或自动机构完成自动打磨、自动修复、自动点胶等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中光栅拍照扫描仪与机器人集成后，虽然可以完成与被测工件CAD模型的自动匹配完成误差检测，但因误差结果在工件CAD设计坐标系下或在未知的扫描点云空间坐标系下，而无法用于指导自动执行形成闭环自动化***的缺陷，提供一种基于机器人的光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，包括以下步骤：
S1：设计制作用于保证被测工件在扫描过程中位置相对固定的工装；工装可以是固定单一型号被测工件的专用夹具，也可以为可适应不同的类似大小和形状的不同工件的工作台、可适应多个不同的形状类似的产品的固定装置；
S2：在工装上设置定位基准，并对基准位置进行标定以确定工作坐标系，工件CAD模型与工装均在工作坐标系下；
S3：安装在机器人上的光栅拍照扫描仪在机器人程序控制下扫描固定在工装上的被测工件；
S4：将将上述扫描数据自动导入到检测软件中，选择在工作坐标系下的被测工件CAD模型位置固定，再进行数据匹配对齐并完成工作坐标系下的误差计算；数据匹配的方法为最佳拟合、特征对齐、参考点***(RPS)对齐等；
S5：采用工作坐标系下的误差值引导机器人完成自动化作业。
进一步的，S2中所述的定位基准包括定位球、定位孔、定位面或线等方便测量的特征。
进一步的，S3中，当工装固定在单一夹具上时，由于夹具及固定在夹具上的被测工件与工装基准有固定的相对空间关系，扫描只需针对夹具上的被测工件即可；当工装是可适应多个不同的形状类似的产品的工作台时，扫描必须包含工作台上的定位基准。
进一步的，S4中，当工装是可适应多个不同的形状类似的产品的工作台时，数据匹配对齐必须使用扫描数据中的基准与工装CAD设计模型中的基准进行特种对齐。
进一步的，S5中所述的自动化执行机构为机器人或其它可编程自动化装置。
进一步的，S2中确定工作坐标系的方法可采用示教法，即所述机器人扫描***对固定在夹具上的被测工件的标准样件及定位基准进行扫描，再将扫描数据处理后作为CAD模型(生成的模型自动在工作坐标系下)，被测工件只需同样固定在工装上即可。
本发明所达到的有益效果是：本发明针对光栅拍照扫描仪与机器人集成后，虽然可以完成与被测工件CAD模型的自动匹配完成误差检测，但因误差结果在工件CAD设计坐标系下或在未知的扫描点云空间坐标系下，而无法用于指导自动执行形成闭环自动化***的缺陷，提出了基于机器人的光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，从而解决了机器人光栅拍照扫描仪自动扫描得到的检测结果的误差位置不确定的问题，实现基于机器人自动扫描反馈的检测结果完成任务执行的闭环自动控制。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
石油钻井钻头在使用过程中经常会出现钻头胎体崩裂的情况，而钻头为耐磨耐高温特殊材料，维修时需要将钻头胎体加热至高温后才可以进行修补。人工修复劳动强度大、环境恶劣、效率低。采用本发明的机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，可以使得机器人自动对破损处进行修补，具体如下：
一种机器人光栅拍照扫描检测数据的机器人自动破损修补方法，包括以下步骤：
S1、设计固定钻头的工装夹具，确保钻头固定具有良好的位置和姿态重复性；
S2、工装上设定定位基准，将定位基准与工作坐标系关联，将钻头胎体清洗干净后按设定好的位置和姿态固定；
S3、安装在机器人上的光栅拍照扫描仪对有破损的钻头胎体进行三维非接触扫描，扫描数据生成点云数据文件；
S4将上述扫描数据自动导入到三维点云检测软件，与基于工作坐标系(与工装位置基准坐标系一致)的钻头胎体CAD数模进行三维匹配拟合、三维对比，得到工作坐标系下的钻头胎体实测数据与CAD数模之间的差别(误差)即破损量；
S5上述破损量包含了工作坐标系下破损点的坐标、破损量信息，可以用于指导机器人对钻头胎体的修复(机器人需要通过校准使之在工作坐标系下工作)。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设计制作用于保证被测工件在扫描过程中位置相对固定的工装；
S2：在工装上设置定位基准，并对基准位置进行标定以确定工作坐标系，工件CAD模型与工装均在工作坐标系下；
S3：安装在机器人上的光栅拍照扫描仪在机器人程序控制下扫描固定在工装上的被测工件；
S4：将将上述扫描数据自动导入到检测软件中，选择在工作坐标系下的被测工件CAD模型位置固定，再进行数据匹配对齐并完成工作坐标系下的误差计算；
S5：采用工作坐标系下的误差值引导机器人完成自动化作业。
2.如权利要求1所述的机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，其特征在于，S2中所述的定位基准包括定位球、定位孔、定位面或定位线的任意一种或多种。
3.如权利要求1所述的机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，其特征在于，S3中，当工装固定在单一夹具上时，扫描只需针对夹具上的被测工件即可；当工装是可适应多个不同的形状类似的产品的工作台时，扫描必须包含工作台上的定位基准。
4.如权利要求3所述的机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，其特征在于，S4中，当工装是可适应多个不同的形状类似的产品的工作台时，数据匹配对齐必须使用扫描数据中的基准与工装CAD设计模型中的基准进行特征对齐。
5.如权利要求1所述的机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，其特征在于，S5中所述的自动化执行机构为机器人或类似的可编程自动化设备。
6.如权利要求3所述的机器人光栅拍照扫描***检测数据的自动化执行方法，其特征在于，S2中确定工作坐标系的方法为先使用扫描仪对固定在夹具上的被测工件的标准样件及定位基准进行扫描，再将扫描数据处理后作为CAD模型。
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