翟恩滋

摘 要：在工業(yè)產(chǎn)品在線進(jìn)行形貌測量時，為了滿足這一工業(yè)技術(shù)的需求，設(shè)計出了一套基于機器人的三維形貌自動的測量系統(tǒng)。本文通過對測量系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及測量系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行分析，再根據(jù)掃描測頭測量范圍較為有限的特點，提出一種有效的解決方法，希望對工業(yè)生產(chǎn)的在線測量有所幫助。

關(guān)鍵詞：自動化；三維形貌測量；機器人；拼接方法

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0076-01

對于我國國民經(jīng)濟的發(fā)展起著非常重要的作用是制造業(yè)，隨著制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)也隨之出現(xiàn)，為制造業(yè)的發(fā)展帶來了深刻的影響。然而先進(jìn)的制造業(yè)也常常會出現(xiàn)難點——對于物體表面的三維形貌的測量問題。因此，就需要我們找到一種新的測量技術(shù)，來滿足企業(yè)生產(chǎn)中的需要。本文通過對機器人的三維形貌自動化測量系統(tǒng)進(jìn)行分析，制定了一套整體控制方案。

1 系統(tǒng)組成以及基本工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

三維形貌自動化測量系統(tǒng)的最大優(yōu)點主要包括：可靠、穩(wěn)定，利于產(chǎn)品的快速檢測，同時在一定的情況下，還可以實現(xiàn)對產(chǎn)品的快速有效的監(jiān)控，進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

下面，我們對于這套測量系統(tǒng)的功能區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的研究說明。其功能區(qū)主要包括四方面：第一，單元數(shù)據(jù)采集區(qū)；第二，運動平臺區(qū)；第三，控制區(qū)；第四，拼接區(qū)。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，我們對這些功能區(qū)的組成部分進(jìn)行詳細(xì)的說明：

（1）單元數(shù)據(jù)采集區(qū)就是由拼接相機以及掃描相機組成，主要就是對信息的獲取。（2）運動平臺區(qū)的組成成分主要有機器人以及它的輔助系統(tǒng)，可使視覺測頭在所需測量的物體周圍可以來回移動。（3）控制區(qū)的主要功能是保證測量系統(tǒng)的單元數(shù)據(jù)采集區(qū)、運動平臺區(qū)以及一些相關(guān)的輔助設(shè)備，可以按照規(guī)定的要求來進(jìn)行正常的工作。（4）拼接區(qū)就主要包括的是特征點匹配、圖像處理、全局拼接以及三維坐標(biāo)的計算。

除了以上幾種以外，還有通訊系統(tǒng)以及一些輔助設(shè)備。其中通訊系統(tǒng)的主要是控制計算機向機器人和視覺測頭傳遞控制信號。

1.2 基本工作原理

測量系統(tǒng)的工作原理如下：通過機器人帶動著末端固定的掃描測頭，對待測物體的表面進(jìn)行掃描，由拼接相機對掃描測頭背面的激光點成像。再經(jīng)過對成得的像進(jìn)行處理，確定掃描測頭的位置以及空間姿態(tài)，來得到各個測站間的關(guān)系。從而得到被測物體在檢測系統(tǒng)所建立的坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

在整個測量過程我們應(yīng)該保證拼接相機——整個測量系統(tǒng)中的重要組成部分，是一直固定不動的。在對每個測站測量時，我們應(yīng)該保證掃描測頭背面標(biāo)記點的位置要一直處在拼接相機的公共視角里。一次測量結(jié)束，機器人就自動回到起始位置，等待下一次測量。

2 系統(tǒng)方案以及測量流程

2.1 系統(tǒng)方案

我們應(yīng)該以保證產(chǎn)品的測量精度以及簡化測量步驟同時滿足生產(chǎn)效率的要求，作為整個基于機器人的三維形貌自動化測量系統(tǒng)方案設(shè)計的原則。

（1）因為在測量過程中，掃描測頭的測量范圍較為有限，所以我們要采用分區(qū)域進(jìn)行多次測量的方法來完成對待測物體的測量。具體操作分為兩個步驟完成：第一，獲取測量的單元數(shù)據(jù)；第二，將獲取的單元數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到同一個基準(zhǔn)坐標(biāo)系下。（2）通過對整個系統(tǒng)的布局安排以及對測量過程的了解，我們將每個測站的工作順序確定如下：1）機器人走位；2）拼接相機對標(biāo)記點成像；3）測頭掃描被測物體；4）運動到下一位置或者返回初始位置。（3）在測量過程中，測量系統(tǒng)還會受到待測產(chǎn)品幾何尺寸的影響。所以，我們應(yīng)該保證待測產(chǎn)品處在工業(yè)機器人機械手能觸及的范圍內(nèi)。同時還應(yīng)該保證，視覺測頭背面的標(biāo)記點最少有三個處在拼接相機的視角范圍中的。

2.2 測量流程

整個測量系統(tǒng)流程，我們可以總結(jié)為以下幾個步驟：

（1）測量系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)。利用相關(guān)的設(shè)備將待測產(chǎn)品固定在測量平臺上面，再利用機器人編程控制器來規(guī)劃好測量的路徑，并使得機器人運動到初始位置。

（2）測量系統(tǒng)進(jìn)入測量狀態(tài)。運動平臺帶動視覺測頭到達(dá)指定位置，利用拼接相機對激光標(biāo)記點成像，再通過電機帶動線激光器掃描被測物體，最后由視覺測頭對該區(qū)域成像。在完成當(dāng)前測站的測量之后，利用運動平臺將掃描測頭帶動到下一個新的測站，重新開始工作過程與前一個測站的工作過程是相同的。

對工業(yè)產(chǎn)品全部區(qū)域的進(jìn)行測量，測量結(jié)束之后，還要使得測量系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，利用測量軟件對待測產(chǎn)品進(jìn)行圖像處理，從而計算出三維坐標(biāo)系中的物點三維坐標(biāo)，這才是一個完整的測量流程。

測量系統(tǒng)的測量過程如圖1所示。

3 結(jié)語

制造業(yè)是一項影響我國國民經(jīng)濟的行業(yè)，提高制造業(yè)的制造技術(shù)也是一項迫在眉睫任務(wù)。最近幾年，視覺測量技術(shù)有著非常顯著的特點，用其非接觸、測量精度高以及測量速度快的優(yōu)點，得到了快速的發(fā)展，成為了解決先進(jìn)制造業(yè)中用來測量問題的最具有前途的技術(shù)，還擁有著巨大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

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