CN103968778A - 一种多激光器检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多激光器检测系统，包括基座和用于运送零件经过检测区域的运送机构，沿所述运送机构运动方向两侧的基座上分别固定设置有至少一个激光器，所述运送机构上固定有用于测量运送机构位移量的位移检测单元，所有激光器的坐标系标定重合，零件在运送机构的运送下经过各激光器的扫描区时，每个激光器均扫描获得一组2维数据，将所有激光器获得的2维数据输出至在同一坐标系中，形成完整的零件截面轮廓点云图像。本发明的多激光器检测系统，各激光器从不同角度分别采集快速通过的零件表面轮廓数据可以直接输出至在同一坐标系中，一次扫描即可获得完整的零件截面轮廓点云图像，后台无计算压力，检测效率高。

Description

一种多激光器检测系统

技术领域

本发明属于检测系统技术领域，具体地说，是涉及一种多激光器检测系统。

背景技术

激光器可以迅速采集物体表面的轮廓数据，精度覆盖范围也很广，从0.01微米到0.1毫米的精度均可覆盖。在激光器检测系统中，现阶段对于此类激光器的使用主要有以下方式:在生产现场料线上对零件进行检测，此过程通过将激光器固定在指定位置，零件经过此位置时对零件的局部部位进行检测，输出零件局部部位的偏差；此方法的优点是在线检测，缺点是如果零件进行了调整，如果想获取特定部位的表面数据信息，需要相应重新调整激光器，此外，一般都是单面检测，即使双面检测也是两个面没有相对关系，检测的两个面是相互独立的，无法形成三维图。

为了对零件多方位检测，形成三维检测图，激光器当做三坐标的附件使用，借助三坐标三轴的运动和精度，实现对零件的扫描检测，其优点是，可以调整角度实现对零件的多个角度的扫描；缺点是多次旋转角度，多次扫描，效率很慢，无法实现对生产线零件的批量检测。现阶段激光快速检测基本局限于单个激光器挂接在三坐标等三轴运动设备上，借助三坐标的精度实现对零件扫描，激光器被当做一个三坐标设备的附件，无法发挥光学检测快速采集的特点。

发明内容

本发明为了解决现有对零件多方位检测时，在三坐标中需要多角度分别进行扫描，检测效率低的问题，提供了一种多激光器检测系统，通过将所有激光器的坐标系标定重合，各激光器分别采集快速通过的零件表面轮廓数据，并且激光器获得的2维数据输出至在同一坐标系中，形成完整的零件截面轮廓点云图像，后台无计算压力，检测效率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种多激光器检测系统，包括基座和用于运送零件经过检测区域的运送机构，沿所述运送机构运动方向两侧的基座上分别固定设置有至少一个激光器，所述运送机构上固定有用于测量运送机构位移量的位移检测单元，所有激光器的三维坐标系标定重合，零件置于各激光器的扫描区时，每个激光器均扫描获得一组三维截面数据，在运送机构的运送下零件在激光器的扫描区进行单轴运动，每个激光器将获得多个三维截面数据，将所有激光器所获得的全部三维截面数据输出至在同一坐标系中，形成完整的零件三维轮廓点云图像。

进一步的，所述的运送机构包括导轨、移动测量平台、以及用于驱动所述移动测量平台沿导轨直线运动的驱动系统。

优选的，所述的驱动系统包括驱动电机和传动丝杠。

进一步的，所述的激光器通过支撑调整单元固定在所述基座上，所述支撑调整单元用于对激光器在三维空间里进行微调。

进一步的，将所有激光器获得的2维数据通过垂直度算法、角度偏摆算法、或者线性补偿算法拼合在一起，形成完整的零件截面轮廓点云图像，并输出至同一坐标系下显示。

进一步的，所述所有激光器的坐标系标定重合的标定方法为：

（1）、调整所有激光器射出的激光在YZ平面上平行；

（2）、调整所有激光器射出的激光在XY平面上平行；

（3）、经过所述步骤（1）和步骤（2）的调整，所述各激光器的坐标系在Z轴相互平行，固定其中一个激光器的坐标系，计算其他激光器的坐标系与该固定坐标系的三轴坐标偏差，根据所计算的三轴坐标偏差，对除被固定的其他激光器的坐标系逐一进行偏差校准。

优选的，基座上沿所述运送机构的运动方向两侧分别固定设置有一个激光器，共有两个激光器，步骤（1）中包括以下步骤：

首先，进行粗略调整，使得两个激光器射出的激光打到同一平面时形成的两个点重合，该平面平行于XZ平面；

其次，将两个激光器分别测量标准量块的两个侧面，计算所测得的两个侧面的角度即为两个传感器的转角，固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系以转角值为尺度做旋转计算。

进一步的，步骤（2）中包括以下步骤：

计算获得两个激光器基准零线的夹角，固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系以夹角值为尺度做旋转计算。

又进一步的，步骤（3）中包括以下步骤：

将两个激光器测量同一个标准球，记录并计算两个传感器获得的球心坐标（Xa，Ya，Za）和（Xb，Yb，Zb），得到平移参数（Xb-Xa，Yb-Ya，Zb-Za），固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系按照所述平移参数进行平移计算。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的多激光器检测系统，由于所有激光器的坐标系标定重合，各激光器从不同角度分别采集快速通过的零件表面轮廓数据，使得激光器获得的2维数据可以直接输出至在同一坐标系中，一次扫描即可获得完整的零件截面轮廓点云图像，后台无计算压力，检测效率高，对零件的摆放位置无要求，零件可以在测量范围内任意位置摆放，进一步提高了检测效率。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的多激光器检测系统一种实施例结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中两个激光器射线偏角示意图；

图4是图3的左侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，参见图1所示，本实施例提供了一种多激光器检测系统，包括基座1和用于运送零件经过检测区域的运送机构2，沿运送机构2运动方向两侧的基座1上分别固定设置有至少一个激光器3，运送机构2上固定有用于测量运送机构位移量的位移检测单元4，每个激光器3的三维坐标系标定重合，且各激光器3可以分别在不同角度扫描快速经过的零件，零件置于各激光器3的扫描区时，每个激光器3均扫描获得一组三维截面数据，在运送机构2的运送下零件在激光器3的扫描区进行单轴运动，每个激光器将在位移检测单元4的计数下获得多个三维截面数据，将所有激光器所获得的全部三维截面数据输出至在同一坐标系中，形成完整的零件三维轮廓点云图像。零件在运送机构的运送下经过各激光器3的扫描区时，每个激光器均扫描获得一组2维数据，将所有激光器获得的2维数据输出至在同一坐标系中，即可形成完整的零件截面轮廓点云图像。其中，由于每个激光器3的坐标系标定重合，也即，各激光器的扫描角度不同，但扫描同一个点时输出的三坐标值是一样的，各激光器从不同角度分别采集快速通过的零件表面轮廓数据，使得激光器获得的2维数据可以直接输出至在同一坐标系中，一次扫描即可得到完整的零件截面轮廓点云图像，后台无计算压力，检测效率高，对零件的摆放位置无要求，零件可以在测量范围内任意位置摆放，进一步提高了检测效率。

作为一个优选实施例，参见图2所示，本实施例中的运送机构2包括导轨21、移动测量平台22、以及用于驱动所述移动测量平台沿导轨直线运动的驱动系统23。导轨21固定于基座1上，移动测量平台22用于承载零件，位移检测单元4设置于移动测量平台22上，其可以测量运送机构2的位移量，进而可以精确地计算每个扫描截面的位置数据。

在本实施例中，驱动系统23包括驱动电机和传动丝杠，驱动电机通过带动传动丝杠进而驱动运送机构2运动。

激光器3通过支撑调整单元5固定在所述基座上，所述支撑调整单元，激光器3可以在支撑调整单元5上调整其水平方向的扫描角度或者竖直方向的扫描角度。

将所有激光器3获得的2维数据通过垂直度算法、角度偏摆算法、或者线性补偿算法拼合在一起，形成完整的零件截面轮廓点云图像，并输出至同一坐标系下显示。

其中，所有激光器的坐标系标定重合的标定方法为：

S1、调整所有激光器射出的激光在YZ平面上平行；

S2、调整所有激光器射出的激光在XY平面上平行；

S3、经过所述步骤S1和步骤S2的调整，所述各激光器的坐标系在Z轴相互平行，固定其中一个激光器的坐标系，计算其他激光器的坐标系与该固定坐标系的三轴坐标偏差，根据所计算的三轴坐标偏差，对除被固定的其他激光器的坐标系逐一进行偏差校准。

下面将以沿所述运送机构2运动方向两侧的基座1上分别固定设置有一个激光器为例，进行详细说明。

参见图3、图4所示，共有两个激光器，分别为激光器3A和激光器3B，两者所射出的激光从水平方向上看存在角度，图4为图3的左侧视图，两个激光器所射出光线的形成扇面在竖直方向是不平行的，存在交叉，为了调整该角度，步骤S1包括以下步骤：

首先，进行粗略调整，使得两个激光器射出的激光打到同一平面时形成的两个点重合，该平面平行于XZ平面，该平面垂直于任一激光器射出的激光线；因为只有基本平行的两条光线打到垂直于该光线的平面上时，无论平面在沿光线方向上怎么平移，该两条光线与平面的交点之间的距离是固定的（包括重合的情况），因此，通过本步骤调整，可以实现两个激光器射出光线在YZ平面上基本平行。

其次，将两个激光器分别测量标准量块的两个侧面，计算所测得的两个侧面的角度即为两个传感器的转角a1，固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系以转角值为尺度做旋转计算。本步骤的原理是由于实际情况下标准量块的两个侧面是平行的，而两个激光器测出的结果却存在夹角，是由于两个激光器之间存在夹角，因此，通过计算出该转角值，固定激光器3A的坐标系，将激光器3B的坐标系以转角值为尺度做旋转计算，即可实现两个激光器的坐标系在水平方向的偏差校正。

激光器3B的坐标系可以参照如下公式进行转换，其中变换前为（Xb，Yb，Zb），变换后为（Xb1，Yb1，Zb1）。

Zb1 = Zb * Cos(a1)-Xb*Sin(a1);

Xb1 = Zb * Sin(a1) +Xb * Cos(a1);

Yb1=Yb

步骤S2中包括以下步骤：

计算获得两个激光器基准零线的夹角a2，固定激光器3A，将激光器3B以夹角a2值为尺度做旋转计算。

激光器3B的坐标系可以参照如下公式进行转换，其中变换前为（Xb，Yb，Zb），变换后为（Xb’，Yb’，Zb’）。

Yb’ = Yb * Cos(a2)-Zb* Sin(a2);

Zb’= Yb * Sin(a2) +Zb * Cos(a2);

Xb’=Xb

步骤S3中包括以下步骤：

将两个激光器测量同一个标准球，记录并计算两个传感器获得的球心坐标（Xa，Ya，Za）和（Xb，Yb，Zb），得到平移参数（Xb-Xa，Yb-Ya，Zb-Za），固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系按照所述平移参数进行平移计算。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多激光器检测系统，其特征在于，包括基座和用于运送零件经过检测区域的运送机构，沿所述运送机构运动方向两侧的基座上分别固定设置有至少一个激光器，所述运送机构上固定有用于测量运送机构位移量的位移检测单元，所有激光器的三维坐标系标定重合，零件置于各激光器的扫描区时，每个激光器均扫描获得一组三维截面数据，在运送机构的运送下零件在激光器的扫描区进行单轴运动，每个激光器将获得多个三维截面数据，将所有激光器所获得的全部三维截面数据输出至在同一坐标系中，形成完整的零件三维轮廓点云图像。

2.根据权利要求1所述的多激光器检测系统，其特征在于，所述的运送机构包括导轨、移动测量平台、以及用于驱动所述移动测量平台沿导轨直线运动的驱动系统。

3.根据权利要求2所述的多激光器检测系统，其特征在于，所述的驱动系统包括驱动电机和传动丝杠。

4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的多激光器检测系统，其特征在于，所述的激光器通过支撑调整单元固定在所述基座上，所述支撑调整单元用于对激光器在三维空间里进行微调。

5.根据权利要求1所述的多激光器检测系统，其特征在于，将所有激光器获得的2维数据通过垂直度算法、角度偏摆算法、或者线性补偿算法拼合在一起，形成完整的零件截面轮廓点云图像，并输出至同一坐标系下显示。

6.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的多激光器检测系统，其特征在于，所述所有激光器的坐标系标定重合的标定方法为：

（1）、调整所有激光器射出的激光在YZ平面上平行；

（2）、调整所有激光器射出的激光在XY平面上平行；

（3）、经过所述步骤（1）和步骤（2）的调整，所述各激光器的坐标系在Z轴相互平行，固定其中一个激光器的坐标系，计算其他激光器的坐标系与该固定坐标系的三轴坐标偏差，根据所计算的三轴坐标偏差，对除被固定的其他激光器的坐标系逐一进行偏差校准。

7.根据权利要求6所述的多激光器检测系统，其特征在于，基座上沿所述运送机构的运动方向两侧分别固定设置有一个激光器，共有两个激光器，步骤（1）中包括以下步骤：

首先，进行粗略调整，使得两个激光器射出的激光打到同一平面时形成的两个点重合，该平面平行于XZ平面；

其次，将两个激光器分别测量标准量块的两个侧面，计算所测得的两个侧面的角度即为两个传感器的转角，固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系以转角值为尺度做旋转计算。

8.根据权利要求7所述的多激光器检测系统，其特征在于，步骤（2）中包括以下步骤：

计算获得两个激光器基准零线的夹角，固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系以夹角值为尺度做旋转计算。

9.根据权利要求8所述的多激光器检测系统，其特征在于，步骤（3）中包括以下步骤：

将两个激光器测量同一个标准球，记录并计算两个传感器获得的球心坐标（Xa，Ya，Za）和（Xb，Yb，Zb），得到平移参数（Xb-Xa，Yb-Ya，Zb-Za），固定其中一个激光器的坐标系，将另外一个激光器的坐标系按照所述平移参数进行平移计算。