CN111157533B - 一种匀速三维连续插补激光检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明系提供一种匀速三维连续插补激光检测方法，包括以下步骤：路线规划：设计激光检测器的检测路线为依次经过检测起点P₀、各个检测点P₁～P_n和检测终点P_n+1；三维连续插补检测：控制卡驱动激光检测器从P₀连续前进到P_n+1，相邻两个检测点之间的运动过程为：P_i‑1经过P’_i再到P_i，控制卡将激光检测器的瞬时数值x与各个检测点的数值x_i进行比较，当x＝x’₀、x’_i或x’_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据为检测结果。本发明通过连续插补的方式驱动激光检测器前进并实现检测，检测动作连续无需停顿，对位效果精确，能够有效提高检测精度。

Description

一种匀速三维连续插补激光检测方法

技术领域

本发明涉及激光检测领域，具体公开了一种匀速三维连续插补激光检测方法。

背景技术

产品出产前一般都需要进行外观检测，以确保出产后产品的表面无缺陷且符合市场需求。外观检测主要包括两种，第一种为非接触式检测，如激光检测，第二种为接触式检测，如探针检测，接触式检测的效率低，且检测过程中容易对产品造成损伤。

激光检测一般通过三坐标驱动的激光检测仪完成，现有技术中，激光检测仪是直接通过控制卡控制激光检测器按设定好的路线逐步移动到各个检测点，移动过程中，每到达一个检测点，激光检测器都需要停顿进行检测，而后再运动到下一个检测点进行检测，检测速度慢，检测效率低，此外，激光检测器的运动都是直接从一个检测点一步运动到另一个检测点，激光检测器的移动位置与检测点位置容易出现偏差，定位效果不佳，从而影响检测结果的可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种匀速三维连续插补激光检测方法，通过连续插补的方式驱动检测，能够有效提高检测精度以及检测效率。

为解决现有技术问题，本发明公开一种匀速三维连续插补激光检测方法，包括以下步骤：

S1、路线规划：通过计算机设计激光检测器的检测路线为依次经过检测起点P₀、各个检测点P₁～P_n和检测终点P_n+1，n为大于0的整数，令增量轴为比较轴、其余轴为逼近定位轴；

S2、三维连续插补检测：设增量轴为x轴，控制卡驱动激光检测器从P₀连续前进到P_n+1的运动过程为：从P’₀(x’₀,y’₀,z’₀)到达P₀(x₀,y₀,z₀)再到达各个P_i(x_i，y_i，z_i)，最后从P_n+1(x_n+1,y_n+1,z_n+1)到达P’_n+1(x’_n+1,y’_n+1,z’_n+1)，相邻两个检测点之间的运动过程为：P_i-1(x_i-1，y_i-1，z_i-1)经过P’_i(x’_i，y’_i，z’_i)再到P_i(x_i，y_i，z_i)，其中，i∈[1，n]，i∈Z，x’₀<x₀<x_i-1<x’_i<x_i<x_n+1<x’_n+1，y’₀＝y₀<y_i-1<y’_i＝y_i<y_n+1＝y’_n+1，z’₀＝z₀<z_i-1<z’_i＝z_i<z_n+1＝z’_n+1，控制卡将运动过程中激光检测器的瞬时比较轴数值x与各个检测点的比较轴数值x_i进行比较，当x＝x₀、x_i或x_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据为检测结果，检测过程中，激光检测器到检测对象表面之间的高度差为△z，激光检测器的有效测量距离为D，D>△z；

S3、检测结果：激光检测器完成对P₀～P_n+1共n+2个点的数据进行检测后，激光检测器将n+2个检测结果上传到计算机后结束检测。

进一步的，步骤S2中，P_i-1(x_i-1，y_i-1)到P’_i(x’_i，y’_i)之前还经过P’_i-1(x’_i-1，y’_i-1)，x_i-1<x’_i-1<x’_i，y_i-1＝y’_i-1。

进一步的，步骤S2中，x’_i-1与x_i-1的差为△x₁，x_i与x’_i的差为△x₂，△x₁＝△x₂。

进一步的，步骤S2中，x’_i与x’_i-1的差为△x₃，△x₁＝△x₂＝△x₃＝0.01mm。

进一步的，步骤S2中，设增量轴计数方向的矢量为Dir，x’₀＝(-0.3Dir+x₀)/3,x’_n+1＝(0.3Dir+x_n+1)/3。

进一步的，步骤S2中，控制卡驱动激光检测器的前进速度为v，v＝20mm/s。

进一步的，步骤S2中，激光检测器的采集脉宽0.01mm。

进一步的，步骤S2中，当x＝x’₀、x’_i或x’_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据，步骤S3为，激光检测器完成对P₀～P_n+1共2(n+2)个点的数据进行检测后，激光检测器将2(n+2)个检测结果上传到计算机后结束检测。

进一步的，步骤S2中，控制脉冲的输出35μs的脉冲电平信号触发激光检测器曝光并锁存该时刻的检测数据为检测结果。

本发明的有益效果为：本发明公开一种匀速三维连续插补激光检测方法，在到达目标检测点前设置有逼近点，驱动激光检测器先到达逼近定位轴坐标与检测点相同的逼近点位置，通过连续插补的方式驱动激光检测器前进并实现检测，检测动作连续无需停顿，能够有效提高检测效率，激光检测器在各个时刻能够对准对应检测点的位置，对位效果精确，能够确保激光检测器所获的检测结果准确，从而能够有效提高检测精度。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例公开一种匀速三维连续插补激光检测方法，依次包括以下步骤：

S1、路线规划：通过CCD模块或三维扫描仪等装置获取检测目标的图像信息，根据所获检测目标图像的信息与预设的图像进行拟合比对，在对应的位置设置三维直角坐标系x-y-z通过计算机设计激光检测器的检测路线为依次经过检测起点P₀、各个沿比较轴递增方向前进的检测点P₁～P_n和检测终点P_n+1，激光检测器又称激光控制器，激光控制器为包括脉冲锁存功能、数据储存功能和上传功能的激光控制器，n为大于0的整数，令增量轴为比较轴、其余轴为逼近定位轴；

S2、三维连续插补检测：设增量轴为x轴，或取y轴为增量轴，则后续描述中的x和y进行适应性互换，控制卡又称运动控制卡，运动控制卡主要包括驱动器和高速编码器，驱动器可以为伺服电机，驱动激光检测器从P₀连续前进到P_n+1运动过程为：从P’₀(x’₀,y’₀,z’₀)到达P₀(x₀,y₀,z₀)再到达各个P_i(x_i，y_i，z_i)，最后从P_n+1(x_n+1,y_n+1,z_n+1)到达P’_n+1(x’_n+1,y’_n+1,z’_n+1)，相邻两个检测点之间的运动过程为：P_i-1(x_i-1，y_i-1，z_i-1)经过P’_i(x’_i，y’_i，z’_i)再到P_i(x_i，y_i，z_i)，其中，i∈[1，n]，i∈Z，x’₀<x₀<x_i-1<x’_i<x_i<x_n+1<x’_n+1，y’₀＝y₀<y_i-1<y’_i＝y_i<y_n+1＝y’_n+1，z’₀＝z₀<z_i-1<z’_i＝z_i<z_n+1＝z’_n+1，即控制卡驱动激光检测器从第i-1个检测点P_i-1到达第i个检测点P_i运动前，先驱动激光检测器到达靠近第i个检测点的逼近点P’_i，使激光检测器所在的逼近定位轴位置与第i个检测点P_i相同，即y’_i＝y_i，激光检测器到达逼近点P’_i后，只需要驱动激光检测器沿x方向前进即可准确到达第i个检测点P_i的位置，能够实现激光检测器的连续运动，可确保检测时激光检测器对准第i个检测点P_i的位置，从而确保检测结果可靠，避免因多轴同时驱动且一步到位运动方式而造成激光检测器无法精确对准检测点P_i的位置，从P₀连续前进到P_n+1运动过程中，控制卡控制激光检测器按照设定好的路径在z轴上进行升降，以确保目标检测点在激光检测器的测量范围内，从而确保检测结果可靠，优选地，激光检测器到达逼近点时，激光检测器的z轴坐标与检测点设定的z轴坐标相等，通过以上方法能确保激光控制器经过激光监测点时，把运动空间轨迹切换到比较轴直线运动。在比较轴直线运动过程中，运动控制卡比较即可稳定精准的在检测点位置触发激光控制器锁存测量数据；控制卡将以上运动过程中激光检测器的瞬时比较轴数值x与各个检测点的比较轴数值x_i进行比较，当x＝x₀、x_i或x_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据为检测结果，采集锁存数据时，只需要对比较轴进行比较而无需进行多轴数值比对，比对速度快，检测数据更准确，无需进行停顿，运作过程简洁，检测效率高，检测过程中，激光检测器到检测对象表面之间的高度差为△z，激光检测器的有效测量距离为D，D>△z，即在测量相邻点高低差超激光量程时，需要移动搭载激光的激光检测器的z轴位置，此时高低差的测量数据由激光测量值和光栅计数差值运算得出，为了保证光栅计数和激光测量数据准确，这里使用了控制卡的探针捕获功能，即在控制卡触发激光控制器踩数的同时，控制卡也要捕获xyz位置信息；

S3、检测结果：激光检测器完成对P₀～P_n+1共n+2个点的数据进行检测后，激光检测器将n+2个检测结果上传到计算机后结束检测。

本发明在到达目标检测点前设置有逼近点，驱动激光检测器先到达逼近定位轴坐标与检测点相同的逼近点位置，通过连续插补的方式驱动激光检测器前进并实现检测，检测动作连续无需停顿，能够有效提高检测效率，激光检测器在各个时刻能够对准对应检测点的位置，对位效果精确，能够确保激光检测器所获的检测结果准确，从而能够有效提高检测精度。通过本发明的方法对目标产品的特定位置设置检测点，从而进行高精度的检测，确保产品的重要结构符合要求。

在本实施例中，步骤S2中，P_i-1(x_i-1，y_i-1)到P’_i(x’_i，y’_i)之前还经过P’_i-1(x’_i-1，y’_i-1)，即激光检测器在两个检测点之间的运动路线依次经过P_i-1(x_i-1，y_i-1)、P’_i-1(x’_i-1，y’_i-1)、P’_i(x’_i，y’_i)和P_i(x_i，y_i)，x_i-1<x’_i-1<x’_i，y_i-1＝y’_i-1，在到达P_i-1之后，激光检测器以逼近定位轴坐标不变沿比较轴前进小段距离，即激光检测器到达P_i-1后先沿比较轴过渡一小段距离到达过渡点P’_i-1(x’_i-1，y’_i-1)，能够避免到达P_i-1后马上进行大幅度的位移而影响激光检测器运动动作的稳定性，能够确保激光检测器能够对准并可靠地对P_i-1点进行检测，从而确保P_i前一个检测点P_i-1的检测结果可靠。

基于上述实施例，步骤S2中，x’_i-1与x_i-1的差为△x₁，x_i与x’_i的差为△x₂，△x₁＝△x₂。优选地，x’_i与x’_i-1的差为△x₃，△x₁＝△x₂＝△x₃＝0.01mm，将相邻两个检测点P_i-1(x_i-1，y_i-1)和P_i(x_i，y_i)之间的比较轴坐标差值即x轴测量间距分为三段，在到达任一检测点P_i-1(x_i-1，y_i-1)或P_i(x_i，y_i)前后均过渡三分之一的x轴测量间距，确保激光检测器在检测点及其前后的运动动作平稳顺直，比较轴坐标差值相等的移动方式更稳定，且操作性更强。

基于上述实施例，步骤S2中，设增量轴计数方向的矢量为Dir，x’₀＝(-0.3Dir+x₀)/3,x’_n+1＝(0.3Dir+x_n+1)/3。

在本实施例中，步骤S2中，x_i与x_i-1之间的差值为△₄，△₄≥0.02mm，检测点之间的比较轴坐标值相差不能太小，否则会严重影响检测精度。

在本实施例中，步骤S2中，控制卡驱动激光检测器沿比较轴方向的前进速度为v，v＝20mm/s，前进速度足够小能够为激光检测器提供足够的曝光时间，从而有效提高激光检测器的检测结果准确，同时能够确保激光检测器的前进速度不会过慢而影响检测效率。

在本实施例中，步骤S2中，激光检测器的采集脉宽0.01mm，能够确保检测动作的响应速度足够快，从而确保检测结果准确可靠。

在本实施例中，步骤S2中，当x＝x’₀、x’_i或x’_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据，实现激光检测器的检测预备，部分激光检测器在一定时间内第一次曝光时所获的检测数据与真实数据存在较大误差，为克服激光对被测面的曝光适应力差造成测量不到数据的问题，在检测前激光检测器预先曝光形成前置引导点，能够确保该时间段内第二次曝光即对检测点的曝光所获检测数据准确；步骤S3为，激光检测器完成对P₀～P_n+1共2(n+2)个点的数据进行检测后，激光检测器将2(n+2)个检测结果上传到计算机后结束检测。

在本实施例中，步骤S2中，控制脉冲的输出35μs的脉冲电平信号触发激光检测器曝光并锁存该时刻的检测数据为检测结果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种匀速三维连续插补激光检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、路线规划：通过计算机设计激光检测器的检测路线为依次经过检测起点P₀、各个检测点P₁~P_n和检测终点P_n+1，n为大于0的整数，令增量轴为比较轴、其余轴为逼近定位轴；

S2、三维连续插补检测：设增量轴为x轴，控制卡驱动激光检测器从P₀连续前进到P_n+1的运动过程为：从P’₀（x’₀,y’₀,z’₀）到达P₀（x₀,y₀,z₀）再到达各个P_i（x_i，y_i，z_i），最后从P_n+1（x_n+1,y_n+1,z_n+1）到达P’_n+1（x’_n+1,y’_n+1,z’_n+1），相邻两个检测点之间的运动过程为：P_i-1（x_i-1，y_i-1，z_i-1）经过P’_i（x’_i，y’_i，z’_i）再到P_i（x_i，y_i，z_i），其中，i∈[1，n]，i∈Z，x’₀< x₀<x_i-1<x’_i<x_i< x_n+1< x’_n+1，y’₀= y₀<y_i-1< y’_i= y_i< y_n+1= y’_n+1，z’₀=z₀<z_i-1< z’_i= z_i< z_n+1=z’_n+1；

所述控制卡驱动激光检测器从第i-1个检测点P_i-1到达第i个检测点P_i运动前，先驱动激光检测器到达逼近点P’_i，使激光检测器所在的逼近定位轴位置与第i个检测点P_i相同，即y’_i= y_i，激光检测器到达逼近点P’_i后，再驱动激光检测器沿x方向前进，到达第i个检测点P_i的位置；

控制卡将运动过程中激光检测器的瞬时比较轴数值x与各个检测点的比较轴数值x_i进行比较，当x= x₀、x_i或 x_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据为检测结果，检测过程中，激光检测器到检测对象表面之间的高度差为△z，激光检测器的有效测量距离为D，D>△z；

S3、检测结果：激光检测器完成对P₀~P_n+1共n+2个点的数据进行检测后，激光检测器将n+2个检测结果上传到计算机后结束检测；

所述步骤S2中，P_i-1（x_i-1，y_i-1）到P’_i（x’_i，y’_i）之前还经过P’_i-1（x’_i-1，y’_i-1），x_i-1<x’_i-1<x’_i，y_i-1=y’_i-1；

所述步骤S2中，x’_i-1与x_i-1的差为△x₁，x_i与x’_i的差为△x₂，△x₁=△x₂；x’_i与x’_i-1的差为△x₃，△x₁=△x₂=△x₃=0.01mm；

所述步骤S2中，设增量轴计数方向的矢量为Dir， x’₀=（-0.3Dir+ x₀）/3, x’_n+1=（0.3Dir+ x_n+1）/3；

所述步骤S2中，当x’₀、x’_i或x’_n+1时，控制卡触发激光检测器曝光检测并锁存该时刻的检测数据，步骤S3为，激光检测器完成对P₀~P_n+1共2（n+2）个点的数据进行检测后，激光检测器将2（n+2）个检测结果上传到计算机后结束检测。

2.根据权利要求1所述的一种匀速三维连续插补激光检测方法，其特征在于，步骤S2中，控制卡驱动激光检测器的前进速度为v，v=20mm/s。

3.根据权利要求1所述的一种匀速三维连续插补激光检测方法，其特征在于，激光检测器的采集脉宽0.01mm。

4.根据权利要求1所述的一种匀速三维连续插补激光检测方法，其特征在于，步骤S2中，控制脉冲的输出35μs的脉冲电平信号触发激光检测器曝光并锁存该时刻的检测数据为检测结果。