CN107255463A - 定位测量装置和定位测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种定位测量装置和定位测量方法，定位测量装置包括：视觉检测器，用于获取待测工件在第一预设平面内的图像信息；距离传感器，用于测量视觉检测器与待测工件的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值；控制单元，控制单元与距离传感器与视觉检测器均连接，以获取距离传感器所测量的实时距离值，控制单元对实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器的位置，以使视觉检测器在位于与待测工件的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取图像信息；其中，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的实时位置信息。本发明的定位测量装置解决了现有技术中的定位测量装置无法实现快速定位的问题。
Description
技术领域
本发明涉及检测定位领域，具体而言，涉及一种定位测量装置和定位测量方法。
背景技术
现有空调器在两根管路连接焊接时大部分是采用人工火焰焊接，部分预装管路的焊接采用自动化焊接，针对自动化焊接时，对于焊接位置的定位多采用机械定位法。但针对管路这种易回弹、易变形的零件，为了适应自动化的焊接需要，生产方面需要投入大量设备更新成本，以保证产品一致性，但收益却不大。
在对于焊接位置定位时，如果单纯使用距离传感器，由于需要大量扫描区域，实用效果不佳(只能单管测量，容易受周围其他管路干扰)。如果仅使用相机视觉定位，同样需要多台相机或者需要较长的计算时间，无法在短时间快速定位(单管定位需要30秒，而且需要不同角度的定位，对空间的要求大)。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种定位测量装置和定位测量方法，以解决现有技术中的定位测量装置无法实现快速定位的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种定位测量装置，包括：视觉检测器，用于获取待测工件在第一预设平面内的图像信息；距离传感器，距离传感器的感测头的朝向与视觉检测器的检测头的朝向相同，用于测量视觉检测器与待测工件的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值；第一预设方向垂直于第一预设平面；控制单元，控制单元与距离传感器与视觉检测器均连接，以获取距离传感器所测量的实时距离值，控制单元对实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器的位置，以使视觉检测器在位于与待测工件的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取图像信息；其中，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的实时位置信息。
进一步地，定位测量装置还包括：安装架，安装架沿第二预设方向可移动地设置，距离传感器和视觉检测器均安装在安装架上，以在安装架的带动下沿第二预设方向移动；其中，第二预设方向垂直于第一预设方向。
进一步地，安装架包括：底座；移动架，移动架沿第二预设方向可移动地设置在底座上，距离传感器和视觉检测器均安装在移动架上。
进一步地，移动架包括：第一安装架，第一安装架可移动地设置在底座上，视觉检测器安装在第一安装架上。
进一步地，安装架还包括：辅助光源，辅助光源设置在第一安装架上，以为视觉检测器提供光源。
进一步地，移动架还包括：第二安装架，第二安装架设置在第一安装架远离视觉检测器的一端，距离传感器安装在第二安装架上。
进一步地，定位测量装置还包括：操作机构，操作机构用于安装对待测工件进行处理的操作头，操作机构与安装架连接；控制单元与操作机构连接，以根据位置信息控制操作头的加工位置，以使操作头对待测工件进行加工处理。
进一步地，操作机构包括：支撑架，支撑架具有安装腔，支撑架与安装架连接；夹持组件，夹持组件安装在安装腔内，夹持组件用于夹持操作头。
进一步地，视觉检测器为相机。
根据本发明的另一方面，提供了一种定位测量方法，定位测量方法应用上述的定位测量装置，定位测量方法包括：步骤一：利用距离传感器测量待测工件的预定测量点与视觉检测器之间沿第一预设方向的实时距离值X1；步骤二：对实时距离值X1和预定初始值X0进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器的位置，以使视觉检测器在位于与待测工件的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取待测工件在第一预设平面的图像信息；步骤三：根据实时距离值X1和图像信息获取待测工件的实时位置信息。
进一步地，根据实时距离值X1和预定初始值X0的比较结果调整视觉检测器的位置的方法包括：当实时距离值X1大于预定初始值X0时，将视觉检测器沿第一预设方向并朝向靠近待测工件的方向移动，视觉检测器的移动距离H为实时距离值X1与预定初始值X0之间的差值；或者当实时距离值X1小于预定初始值X1时，将视觉检测器沿第一预设方向并朝向远离待测工件的方向移动，视觉检测器的移动距离H为实时距离值X1与预定初始值X0之间的差值；或者当实时距离值X1等于预定初始值X0时，保持视觉检测器不动。
进一步地，预定初始值X0的确定方法包括：设置初始零点位置；将视觉检测器移动至初始零点位置，检测视觉检测器与待测工件之间的距离即为预定初始值X0。
进一步地，确定实时位置信息的方法包括：设置三维坐标系，并以初始零点位置为三维坐标系的原点位置；其中，三维坐标系的第一坐标轴与第一预设方向平行，三维坐标系的第二坐标轴和第三坐标轴均位于第一预设平面内；以实时距离值X1与预定初始值X0之差X1-X0为预定测量点的第一坐标；根据预定测量点在第一预设平面内的相对于第一坐标轴和第二坐标轴的位置坐标得出预定测量点的第二坐标和第三坐标。
本发明的定位测量装置通过视觉检测器、距离传感器以及控制单元的配合使用实现了对待测工件的预定测量点的位置信息的快速获取，其中，距离传感器的感测头的朝向与视觉检测器的检测头的朝向相同，控制单元，控制单元与距离传感器与视觉检测器均连接。在具体定位测量过程中，通过距离传感器测量视觉检测器与在第一预设平面内的待测工件的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值，并将实时距离值传入控制单元，通过控制单元对实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器的位置，以使视觉检测器在位于与待测工件的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取图像信息，在得到图像信息后，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的实时位置信息。
相比现有的单独采用视觉检测器或距离传感器对待测工件进行定位相比，本发明的定位测量装置可以在短时间内得到预定测量点的位置信息的快速获取，从而解决现有技术中的定位测量装置无法实现快速定位的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的定位测量装置的实施例的结构示意图；
图2示出了根据本发明的定位测量方法的实施例的流程图；
图3示出了根据本发明的定位测量装置的X-Y平面的识别区域示意图；
图4示出了根据本发明的定位测量装置的Y-Z平面的识别区域示意图；以及
图5示出了根据本发明的定位测量装置的X-Z平面的识别区域示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、距离传感器；20、视觉检测器；30、安装架；31、底座；32、移动架；321、第一安装架；322、第二安装架；33、辅助光源；40、操作机构；41、夹持组件；42、支撑架；421、安装腔；422、第一安装纵梁；423、第二安装纵梁；424、安装横梁；50、第一预设平面；60、待测工件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种定位测量装置，请参考图1，定位测量装置包括：视觉检测器20，用于获取待测工件60在第一预设平面50内的图像信息；距离传感器10，距离传感器10的感测头的朝向与视觉检测器20的检测头的朝向相同，用于测量视觉检测器20与待测工件60的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值；第一预设方向垂直于第一预设平面50；控制单元，控制单元与距离传感器10与视觉检测器20均连接，以获取距离传感器10所测量的实时距离值，控制单元对实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器20的位置，以使视觉检测器20在位于与待测工件60的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取图像信息；其中，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的实时位置信息。
本发明的定位测量装置通过视觉检测器20、距离传感器10以及控制单元的配合使用实现了对待测工件60的预定测量点的位置信息的快速获取，其中，距离传感器10的感测头的朝向与视觉检测器20的检测头的朝向相同，控制单元，控制单元与距离传感器10与视觉检测器20均连接。在具体定位测量过程中，通过距离传感器10测量视觉检测器20与在第一预设平面50内的待测工件60的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值，并将实时距离值传入控制单元，通过控制单元对实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器20的位置，以使视觉检测器20在位于与待测工件60的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取图像信息，在得到图像信息后，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的实时位置信息。
相比现有的单独采用视觉检测器20或距离传感器10对待测工件60进行定位相比，本发明的定位测量装置可以在短时间内得到预定测量点的位置信息的快速获取，从而解决现有技术中的定位测量装置无法实现快速定位的问题。
为了能够使距离传感器10和视觉检测器20可移动地设置，如图1所示，定位测量装置还包括：安装架30，安装架30沿第二预设方向可移动地设置，距离传感器10和视觉检测器20均安装在安装架30上，以在安装架30的带动下沿第二预设方向移动；其中，第二预设方向垂直于第一预设方向。
在本实施例中，通过在定位测量装置上设置有安装架30，其中，安装架30沿第二预设方向可移动地设置，通过将距离传感器10和视觉检测器20均安装在安装架30上，从而可以使距离传感器10和视觉检测器20在安装架30的带动下沿第二预设方向移动。
为了能够使安装架30沿第二预设方向可移动地设置，安装架30包括：底座31；移动架32，移动架32沿第二预设方向可移动地设置在底座31上，距离传感器10和视觉检测器20均安装在移动架32上。通过在安装架30上设置有底座31和移动架32，其中，移动架32沿第二预设方向可移动地设置在底座31上，通过将距离传感器10和视觉检测器20均安装在移动架32上，从而可以使距离传感器10和视觉检测器20在移动架32的带动下沿第二预设方向移动。
为了能够将视觉检测器20安装在移动架32上，移动架32包括：第一安装架321，第一安装架321可移动地设置在底座31上，视觉检测器20安装在第一安装架321上。通过在移动架32上设置有第一安装架321，其中，第一安装架321可移动地设置在底座31上，通过将视觉检测器20安装在第一安装架321上，从而使得视觉检测器20通过第一安装架321可以动地安装在了移动架32上。
为了能够保证视觉检测器20在获取图像信息时就有足够的光源，如图1所示，安装架30还包括：辅助光源33，辅助光源33设置在第一安装架321上，以为视觉检测器20提供光源。
在本实施例中，通过在安装架30上设置有辅助光源33，其中，辅助光源33设置在第一安装架321上，从而可以通过辅助光源33为视觉检测器20提供足够的光源以获取待测工件60的清晰图像信息。
相应地，为了能够将距离传感器10安装在移动架32上，移动架32还包括：第二安装架322，第二安装架322设置在第一安装架321远离视觉检测器20的一端，距离传感器10安装在第二安装架322上。
在本实施例中，通过在移动架32上设置有第二安装架322，其中，第二安装架322设置在第一安装架321远离视觉检测器20的一端，通过将距离传感器10安装在第二安装架322上，从而可以使距离传感器10通过第二安装架322可移动地设置在移动架32上。
为了能够对定位后的待测工件60进行后续加工处理，定位测量装置还包括：操作机构40，操作机构40用于安装对待测工件60进行处理的操作头，操作机构40与安装架30连接；控制单元与操作机构40连接，以根据位置信息控制操作头的加工位置，以使操作头对待测工件60进行加工处理。
在本实施例中，定位测量装置上设置有操作机构40，其中，操作机构40用于安装对待测工件60进行处理的操作头，操作机构40与安装架30连接；控制单元与操作机构40连接，以根据位置信息控制操作头的加工位置，本实施例中，待测工件60为待焊接的管路，操作头为焊机，在获取了管路待焊接点的位置信息后，通过移动焊机对管路进行焊接处理。
优选地，操作机构40包括：支撑架42，支撑架42具有安装腔421，支撑架42与安装架30连接；夹持组件41，夹持组件41安装在安装腔421内，夹持组件41用于夹持操作头。
针对支撑架42的具体结构，优选地，支撑架42包括：第一安装纵梁422和第二安装纵梁423，第一安装纵梁422与第二安装纵梁平行设置，所示夹持组件41设置在第一安装纵梁422和第二安装纵梁423之间。
优选地，支撑架42还包括：安装横梁424，安装横梁424设置在第一安装纵梁422和第二安装纵梁423之间，以连接第一安装纵梁422和第二安装纵梁423；其中，第一安装纵梁422、第二安装纵梁423以及安装横梁424围成安装腔421。
考虑到视觉检测器20的获取图像信息的方便性，视觉检测器20为相机。
本发明中的距离传感器10和相机分别装在可单向移动的轴上，或者同时装在具有XYZ三个方向自由度的机器人上。本发明的安装架30可采用六轴机器人，其具体控制单元可以采用PLC控制。
本发明还提供了一种定位测量方法，定位测量方法应用上述的定位测量装置，请参考图2，定位测量方法包括：步骤一：利用距离传感器测量待测工件的预定测量点与视觉检测器之间沿第一预设方向的实时距离值X1；步骤二：对实时距离值X1和预定初始值X0进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器的位置，以使视觉检测器在位于与待测工件的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取待测工件在第一预设平面的图像信息；步骤三：根据实时距离值X1和图像信息获取待测工件的实时位置信息。
优选地，根据实时距离值X1和预定初始值X0的比较结果调整视觉检测器的位置的方法包括：当实时距离值X1大于预定初始值X0时，将视觉检测器沿第一预设方向并朝向靠近待测工件的方向移动，视觉检测器的移动距离H为实时距离值X1与预定初始值X0之间的差值；或者当实时距离值X1小于预定初始值X1时，将视觉检测器沿第一预设方向并朝向远离待测工件的方向移动，视觉检测器的移动距离H为实时距离值X1与预定初始值X0之间的差值；或者当实时距离值X1等于预定初始值X0时，保持视觉检测器不动。
优选地，预定初始值X0的确定方法包括：设置初始零点位置；将视觉检测器移动至初始零点位置，检测视觉检测器与待测工件之间的距离即为预定初始值X0。
优选地，确定实时位置信息的方法包括：设置三维坐标系，并以初始零点位置为三维坐标系的原点位置；其中，三维坐标系的第一坐标轴与第一预设方向平行，三维坐标系的第二坐标轴和第三坐标轴均位于第一预设平面内；以实时距离值X1与预定初始值X0之差X1-X0为预定测量点的第一坐标；根据预定测量点在第一预设平面内的相对于第一坐标轴和第二坐标轴的位置坐标得出预定测量点的第二坐标和第三坐标。
具体地，第一坐标轴为X坐标轴，第二坐标轴为Y坐标轴，第三坐标轴为Z坐标轴。
在本实施例中，以对待测工件60为管路时进行说明：
设置初始的零点位置；将相机移动至被测物在视觉范围内的中心位置(视觉坐标零点位置)，记录此时机器坐标{x，y，z}。此处，整个定位测量装置看作一个机器人，机器坐标即为该机器人的坐标。在Y方向上平移距离传感器测量，测量出标准位置对应的X0。
测量过程：先将同时装有相机和距离传感器的机器人在Y方向上移动，测量被测物在X方向的距离，获得此时的工件距离X1。此时，可根据对应关系获得工件与焦距距离(X0)差值：X1-X0。然后，机器人根据差值移动相机保证工件在焦距X0的距离上。
当X1-X0>0时，机器人向靠近工件方向移动距离为X1-X0；当X1-X0<0时，机器人向远离工件的方向移动距离为|X1-X0|，移动到相机拍摄焦距位置后，进行视觉识别。获得被测物体的ZY平面上的坐标Y1，Z1。被测工件的实际坐标即为{X1-X0，Y1，Z1}。
在开始测量时，如图2至图5所示，通过在Y方向移动距离传感器10测量管路，当距离传感器10不能获得管路的距离信息时，表明管路在被测区域外，则调整管路所在位置至被测区域内；当被测管路位于测量空间范围内时，通过距离传感器10得到待测点的X方向的坐标值X1，通过调整视觉检测器20至焦距的拍照位置，以得到管路的图像信息，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的Y方向的坐标值Y1以及Z方向的坐标值Z1。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的定位测量装置通过视觉检测器20、距离传感器10以及控制单元的配合使用实现了对待测工件60的预定测量点的位置信息的快速获取，其中，距离传感器10的感测头的朝向与视觉检测器20的检测头的朝向相同，控制单元，控制单元与距离传感器10与视觉检测器20均连接。在具体定位测量过程中，通过距离传感器10测量视觉检测器20与在第一预设平面50内的待测工件60的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值，并将实时距离值传入控制单元，通过控制单元对实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整视觉检测器20的位置，以使视觉检测器20在位于与待测工件60的预定测量点之间的距离为预定初始值时获取图像信息，在得到图像信息后，控制单元根据实时距离值和图像信息得出预定测量点的实时位置信息。
相比现有的单独采用视觉检测器20或距离传感器10对待测工件60进行定位相比，本发明的定位测量装置可以在短时间内得到预定测量点的位置信息的快速获取，从而解决现有技术中的定位测量装置无法实现快速定位的问题。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (13)
1.一种定位测量装置，其特征在于，包括：
视觉检测器(20)，用于获取待测工件(60)在第一预设平面(50)内的图像信息；
距离传感器(10)，所述距离传感器(10)的感测头的朝向与所述视觉检测器(20)的检测头的朝向相同，用于测量所述视觉检测器(20)与所述待测工件(60)的预定测量点之间沿第一预设方向的实时距离值；所述第一预设方向垂直于所述第一预设平面(50)；
控制单元，所述控制单元与所述距离传感器(10)与所述视觉检测器(20)均连接，以获取所述距离传感器(10)所测量的实时距离值，所述控制单元对所述实时距离值与预定初始值进行比较，并根据比较结果调整所述视觉检测器(20)的位置，以使所述视觉检测器(20)在位于与所述待测工件(60)的预定测量点之间的距离为所述预定初始值时获取所述图像信息；其中，所述控制单元根据所述实时距离值和所述图像信息得出所述预定测量点的实时位置信息。
2.根据权利要求1所述的定位测量装置，其特征在于，所述定位测量装置还包括：
安装架(30)，所述安装架(30)沿第二预设方向可移动地设置，所述距离传感器(10)和所述视觉检测器(20)均安装在所述安装架(30)上，以在所述安装架(30)的带动下沿所述第二预设方向移动；其中，所述第二预设方向垂直于所述第一预设方向。
3.根据权利要求2所述的定位测量装置，其特征在于，所述安装架(30)包括：
底座(31)；
移动架(32)，所述移动架(32)沿所述第二预设方向可移动地设置在所述底座(31)上，所述距离传感器(10)和所述视觉检测器(20)均安装在所述移动架(32)上。
4.根据权利要求3所述的定位测量装置，其特征在于，所述移动架(32)包括：
第一安装架(321)，所述第一安装架(321)可移动地设置在所述底座(31)上，所述视觉检测器(20)安装在所述第一安装架(321)上。
5.根据权利要求4所述的定位测量装置，其特征在于，所述安装架(30)还包括：
辅助光源(33)，所述辅助光源(33)设置在所述第一安装架(321)上，以为所述视觉检测器(20)提供光源。
6.根据权利要求4所述的定位测量装置，其特征在于，所述移动架(32)还包括：
第二安装架(322)，所述第二安装架(322)设置在所述第一安装架(321)远离所述视觉检测器(20)的一端，所述距离传感器(10)安装在所述第二安装架(322)上。
7.根据权利要求2所述的定位测量装置，其特征在于，所述定位测量装置还包括：
操作机构(40)，所述操作机构(40)用于安装对所述待测工件(60)进行处理的操作头，所述操作机构(40)与所述安装架(30)连接；
所述控制单元与所述操作机构(40)连接，以根据所述位置信息控制所述操作头的加工位置，以使所述操作头对所述待测工件(60)进行加工处理。
8.根据权利要求7所述的定位测量装置，其特征在于，所述操作机构(40)包括：
支撑架(42)，所述支撑架(42)具有安装腔(421)，所述支撑架(42)与所述安装架(30)连接；
夹持组件(41)，所述夹持组件(41)安装在所述安装腔(421)内，所述夹持组件(41)用于夹持所述操作头。
9.根据权利要求1所述的定位测量装置，其特征在于，所述视觉检测器(20)为相机。
10.一种定位测量方法，所述定位测量方法应用权利要求1至9中任一项所述的定位测量装置，其特征在于，所述定位测量方法包括：
步骤一：利用距离传感器测量待测工件的预定测量点与所述视觉检测器之间沿第一预设方向的实时距离值X1；
步骤二：对所述实时距离值X1和预定初始值X0进行比较，并根据比较结果调整所述视觉检测器的位置，以使所述视觉检测器在位于与所述待测工件的预定测量点之间的距离为所述预定初始值时获取所述待测工件在第一预设平面的图像信息；
步骤三：根据所述实时距离值X1和所述图像信息获取所述待测工件的实时位置信息。
11.根据权利要求10所述的定位测量方法，其特征在于，根据所述实时距离值X1和预定初始值X0的比较结果调整所述视觉检测器的位置的方法包括：
当所述实时距离值X1大于所述预定初始值X0时，将所述视觉检测器沿所述第一预设方向并朝向靠近所述待测工件的方向移动，所述视觉检测器的移动距离H为所述实时距离值X1与所述预定初始值X0之间的差值；或者
当所述实时距离值X1小于所述预定初始值X1时，将所述视觉检测器沿所述第一预设方向并朝向远离所述待测工件的方向移动，所述视觉检测器的移动距离H为所述实时距离值X1与所述预定初始值X0之间的差值；或者
当所述实时距离值X1等于所述预定初始值X0时，保持所述视觉检测器不动。
12.根据权利要求10所述的定位测量方法，其特征在于，所述预定初始值X0的确定方法包括：
设置初始零点位置；
将所述视觉检测器移动至所述初始零点位置，检测所述视觉检测器与所述待测工件之间的距离即为所述预定初始值X0。
13.根据权利要求12所述的定位测量方法，其特征在于，确定所述实时位置信息的方法包括：
设置三维坐标系，并以所述初始零点位置为所述三维坐标系的原点位置；其中，所述三维坐标系的第一坐标轴与所述第一预设方向平行，所述三维坐标系的第二坐标轴和第三坐标轴均位于所述第一预设平面内；
以所述实时距离值X1与所述预定初始值X0之差X1-X0为所述预定测量点的第一坐标；
根据所述预定测量点在所述第一预设平面内的相对于所述第一坐标轴和所述第二坐标轴的位置坐标得出所述预定测量点的第二坐标和第三坐标。
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