CN108489411A - 一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法 - Google Patents

一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法，该系统包括：检具，放置于地面上；工业机器人，放置于地面上，且放置于检具旁边，具有摆臂；激光扫描仪，安装于工业机器人的摆臂上；基座，设置在工业机器人的底部；控制装置，安装于工业机器人上；以及计算机，与激光扫描仪通过USB数据线连接；该方法包括以下步骤：步骤一，对测量系统进行手眼标定，对扫描数据进行处理；步骤二，确定车灯与检具的边界点；步骤三，根据间隙计算模型求出车灯与检具的间隙大小，即得到车灯与车身的间隙大小。本发明的基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法能够精确快速的剔除不合格产品，提高了生产效率。

Description

一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法
技术领域
本发明属于汽车工业与相关制造业领域，具体涉及一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法。
背景技术
随着汽车行业的快速发展，车灯作为其重要部件之一，它的品质关系到整个汽车的外观和安全性。而在注塑加工过程中，不可避免会出现轮廓变形、熔接痕等不合格的产品。因此在进行汽车总成前，对安装车灯进行间隙的测量就显得至关重要，并据此评判车灯的制造加工是否合格，为实现对车灯与车身间隙的测量，往往采用检具再现车灯安装在车身上的状态，其可再现灯具的实际安装方式以模拟实物产品与车身匹配。常规测量车灯与检具的间隙多采用接触式测量法，如人工塞规测量和台式三坐标测量机法等，传统接触式测量法有耗时长，读数不方便，易对车灯造成划伤损害，主观性强且无法精确测量，误差较大等缺点，台式三坐标测量机与一些新型测量装置更有成本高、效率低的缺点。这些测量方法仅限于几个点的测量结果，会出现偶尔性误差，检测速度慢，所以不适合大批量高效率的检测。因此需要一种能解决上述问题的车灯与车身的间隙测量系统及方法。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法。
本发明提供了一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，具有这样的特征，包括：检具，放置于地面上，用于安装车灯，从而再现车灯安装在车身上的状况；工业机器人，放置于地面上，且放置于检具旁边，具有摆臂；激光扫描仪，安装于工业机器人的摆臂上，通过发出激光扫描线来扫描车灯和检具从而获取扫描数据，并通过摆臂的摆动来改变激光扫描仪的位置；基座，设置在工业机器人的底部，用于固定工业机器人；控制装置，安装于工业机器人上，用于控制工业机器人进行工作；以及计算机，与激光扫描仪通过USB数据线连接，其中，控制装置中内嵌有用于控制工业机器人进行工作的应用工具单元；计算机中安装有用于显示扫描数据情况的激光调试单元和用于处理扫描数据来计算车灯与检具间隙的计算单元。
在本发明提供的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，基座上设有机器人基坐标系，工业机器人的摆臂上设有机器人工具坐标系，激光扫描仪上设有激光扫描仪坐标系，机器人基坐标系、机器人工具坐标系、激光扫描仪坐标系均为三维坐标系。
在本发明提供的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，激光扫描仪与标准球相配合，用于进行手眼标定，从而将激光扫描仪坐标系中的坐标转化为机器人工具坐标系中的坐标。
在本发明提供的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，标准球为已知球半径的高精度球体。
在本发明提供的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，应用工具单元为应用工具软件包，激光调试单元为LJ-Navigator2软件，计算单元为MATLAB软件。
本发明还提供了一种采用基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统来测量车灯与车身的间隙的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将激光扫描仪坐标系中的坐标转化为机器人工具坐标系中的坐标，使得机器人工具坐标系对应的摆臂带动述激光扫描仪坐标系对应激光扫描仪进行扫描，得到扫描数据，再将扫描数据中的出现在车灯与检具之间的缝隙中的超量程数据去除后，对剩余数据进行双边滤波去噪处理，得到处理后的扫描数据；
步骤2，首先选定激光扫描线上的一点，再根据处理后的扫描数据中包含的激光扫描线中的点在激光扫描仪坐标系中的坐标值来判断该点与后一点在Z轴上的坐标值Z值的差值ΔZ是否大于阈值h，当ΔZ<h时，进行下一组相邻两点的Z值的差值ΔZ的计算并判断是否大于阈值h，同时判断是否已经计算到激光扫描线中的最后一点，当ΔZ>h时，将相邻两点中Z值大的点的横坐标上的的X值记录下来，同时判断是否已计算到激光扫描线中的最后一点；
步骤3，当判断为已计算到激光扫描线中的最后一点时，将X值中的最小值记为车灯边界点的横坐标Xc，将X值中的最大值记为检具边界点的横坐标Xt；
步骤4，通过车灯与检具的间隙的计算模型：gap＝|Xc–Xt|来计算车灯与检具的的间隙的大小，得到的gap的值即为车灯与检具的的间隙，车灯与检具的的间隙即为车灯与车身的间隙。
本发明提供的一种采用基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统来测量车灯与车身的间隙的方法，还可以具有这样的特征：其中，
步骤1中，将激光扫描仪坐标系中的坐标转化为机器人工具坐标系中的坐标包括以下子步骤：
步骤1-1，任取所述激光扫描仪坐标系中一点为固定点A，所述激光扫描仪变换四次位置对所述固定点A进行扫描，因为所述固定点A在所述机器人基坐标系下的坐标恒定，因此可以建立方程
通过式(1)求出所述激光扫描仪坐标系相对所述机器人工具坐标系的转换矩阵C。
式(1)中，Bt1、Bt2、Bt3、Bt4为在所述四次位置中所述机器人工具坐标系到所述机器人基坐标系的转换矩阵，可从所述控制装置中读取，Pt1、Pt2、Pt3、Pt4为所述固定点A在所述四次位置中的所述激光扫描仪坐标系中的对应坐标，可从所述激光扫描仪上读取。
步骤1-2，根据固定点在机器人基坐标系下的坐标恒定，取已知半径的所述标准球的球心位置作为固定点，使所述激光扫描仪发出的激光扫描线靠近通过所述标准球球心的最大圆弧处，多次以步长d平移所述激光扫描仪，直到所述激光扫描线到达所述最大圆弧处，此时，所述标准球的球心在所述机器人基坐标系下的坐标表示为：
步骤1-3，通过式(2)求出所述标准球的球心经过所述转换矩阵C转换后在所述机器人基坐标系下的坐标并与所述标准球的球心原本在所述机器人基坐标系下的坐标对比，进行误差测量。
式(2)中，B为所述机器人工具坐标系到所述机器人基坐标系的转换矩阵，C为所述激光扫描仪坐标系相对所述机器人工具坐标系的转换矩阵，d为所述激光扫描仪每次沿所述激光扫描仪坐标系的Y轴正方向的的移动步长，n为所述激光扫描仪的移动次数，x1、z1为所述球心在所述激光扫描仪坐标系中X轴、Z轴上的值。
在本发明提供的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，激光扫描线上的点的个数为800个。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法，因为使用了激光扫描仪测量间隙，所以使得检测结果的可靠性强、测量精度高。因为使用了工业机器人带动激光扫描仪进行联合测量，所以能够弥补激光扫描仪测量范围不足的缺点，提高了生产效率。因为采用了非接触测量的方法，所以不会对工件造成任何损害。因此，本发明的基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法能够精确快速的剔除不合格产品，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例中的车灯与车身的间隙测量系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中的激光扫描仪照射标准球的结构示意图；
图3是本发明实施例中的车灯与车身的间隙测量系统的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明实施例中的车灯与车身的间隙测量系统的结构示意图。
如图1所示，本实施例的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统100，包括：检具1、工业机器人2、摆臂3、激光扫描仪4、基座5、控制装置以及计算机。
检具1，放置于地面上，用于安装车灯，从而再现车灯安装在车身上的状况。
工业机器人2，放置于地面上，且放置于检具1旁边，具有摆臂3。
激光扫描仪4，安装于工业机器人2的摆臂3上，通过发出激光扫描线来扫描车灯和检具1从而获取扫描数据，并通过摆臂3的摆动来改变激光扫描仪4的位置。
基座5，设置在工业机器人2的底部，用于固定工业机器人2。
控制装置，安装于工业机器人2上，用于控制工业机器人进2行工作。
控制装置中内嵌有用于控制工业机器人2进行工作的应用工具单元。
应用工具单元为应用工具软件包。
计算机，与激光扫描仪通过USB数据线连接，用于接收和处理扫描数据。
计算机中安装有用于显示扫描数据情况的激光调试单元和用于处理扫描数据来计算车灯与检具1间隙的计算单元。
激光调试单元为LJ-Navigator2软件，计算单元为MATLAB软件。
基座5上设有机器人基坐标系，工业机器人2的摆臂3上设有机器人工具坐标系，激光扫描仪4上设有激光扫描仪坐标系，机器人基坐标系、机器人工具坐标系、激光扫描仪坐标系均为三维坐标系。
图2是本发明实施例中的激光扫描仪照射标准球的结构示意图。
如图2所示，激光扫描仪4与标准球6相配合，用于进行手眼标定，从而将激光扫描仪坐标系中的坐标转化为机器人工具坐标系中的坐标，使得机器人工具坐标系对应的摆臂3能够正确的带动激光扫描仪坐标系对应的激光扫描仪4进行移动。
标准球6为已知球半径的高精度球体。
本实施例的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统的工作过程：
图3是本发明实施例中的车灯与车身的间隙测量系统的工作流程图。
如图3所示，步骤1，将激光扫描仪坐标系中的坐标转化为机器人工具坐标系中的坐标，使得机器人工具坐标系对应的摆臂3带动激光扫描仪坐标系对应激光扫描仪4进行扫描，得到扫描数据，再将扫描数据中的出现在车灯与检具1之间的缝隙中的超量程数据去除后，对剩余数据进行双边滤波去噪处理，得到处理后的扫描数据。
将激光扫描仪坐标系中的坐标转化为机器人工具坐标系中的坐标，包括以下子步骤：
步骤1-1，任取所述激光扫描仪坐标系中一点为固定点A，所述激光扫描仪4变换四次位置对所述固定点A进行扫描，因为所述固定点A在所述机器人基坐标系下的坐标恒定，因此可以建立方程
通过式(1)求出所述激光扫描仪坐标系相对所述机器人工具坐标系的转换矩阵C。
式(1)中，Bt1、Bt2、Bt3、Bt4为在所述四次位置中所述机器人工具坐标系到所述机器人基坐标系的转换矩阵，可从所述控制装置中读取，Pt1、Pt2、Pt3、Pt4为所述固定点A在所述四次位置中的所述激光扫描仪坐标系中的对应坐标，可从所述激光扫描仪4上读取。
步骤1-2，根据固定点在机器人基坐标系下的坐标恒定，取已知半径的所述标准球6的球心位置作为固定点，使所述激光扫描仪4发出的激光扫描线靠近通过所述标准球6球心的最大圆弧处，多次以步长d平移所述激光扫描仪4，直到所述激光扫描线到达所述最大圆弧处，此时，所述标准球6的球心在所述机器人基坐标系下的坐标表示为：
激光扫描线上的点的个数为800个。
步骤1-3，通过式(2)求出所述标准球6的球心经过所述转换矩阵C转换后在所述机器人基坐标系下的坐标并与所述标准球6的球心原本在所述机器人基坐标系下的坐标对比，进行误差测量。
式(2)中，B为所述机器人工具坐标系到所述机器人基坐标系的转换矩阵，C为所述激光扫描仪坐标系相对所述机器人工具坐标系的转换矩阵，d为所述激光扫描仪4每次沿所述激光扫描仪坐标系的Y轴正方向的的移动步长，n为所述激光扫描仪4的移动次数，x1、z1为所述球心在所述激光扫描仪坐标系中X轴、Z轴上的值。
步骤2，首先选定激光扫描线上的一点，再根据处理后的扫描数据中包含的激光扫描线中的点在激光扫描仪坐标系中的坐标值来判断该点与后一点在Z轴上的坐标值Z值的差值ΔZ是否大于阈值h，当ΔZ<h时，进行下一组相邻两点的Z值的差值ΔZ的计算并判断是否大于阈值h，同时判断是否已经计算到激光扫描线中的最后一点，当ΔZ>h时，将相邻两点中Z值大的点的横坐标上的的X值记录下来，同时判断是否已计算到激光扫描线中的最后一点，当判断为已计算到激光扫描线中的最后一点时，将X值中的最小值记为车灯边界点的横坐标Xc，将X值中的最大值记为检具1边界点的横坐标Xt。
步骤3，通过车灯与检具1的间隙的计算模型：gap＝|Xc–Xt|来计算车灯与检具1的的间隙的大小，得到的gap的值即为车灯与检具1的间隙，车灯与检具1的间隙即为车灯与车身的间隙。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法，因为使用了激光扫描仪测量间隙，所以使得检测结果的可靠性强、测量精度高。因为使用了工业机器人带动激光扫描仪进行联合测量，所以能够弥补激光扫描仪测量范围不足的缺点，提高了生产效率。因为采用了非接触测量的方法，所以不会对工件造成任何损害。因此，本实施例的基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统及方法能够精确快速的剔除不合格产品，提高了生产效率。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于，包括：
检具，放置于地面上，用于安装所述车灯，从而再现所述车灯安装在所述车身上的状况；
工业机器人，放置于地面上，且放置于所述检具旁边，具有摆臂；
激光扫描仪，安装于所述工业机器人的摆臂上，通过发出激光扫描线来扫描所述车灯和所述检具从而获取扫描数据，并通过所述摆臂的摆动来改变所述激光扫描仪的位置；
基座，设置在所述工业机器人的底部，用于固定所述工业机器人；
控制装置，安装于所述工业机器人上，用于控制所述工业机器人进行工作；以及
计算机，与所述激光扫描仪通过USB数据线连接，
其中，所述控制装置中内嵌有用于控制所述工业机器人进行工作的应用工具单元；
所述计算机中安装有用于显示所述扫描数据情况的激光调试单元和用于处理所述扫描数据来计算所述车灯与所述检具间隙的计算单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于：
其中，所述基座上设有机器人基坐标系，
所述工业机器人的摆臂上设有机器人工具坐标系，
所述激光扫描仪上设有激光扫描仪坐标系，
所述机器人基坐标系、所述机器人工具坐标系、所述激光扫描仪坐标系均为三维坐标系。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于：
其中，所述激光扫描仪与标准球相配合，用于进行手眼标定，从而将所述激光扫描仪坐标系中的坐标转化为所述机器人工具坐标系中的坐标。
4.根据权利要求3所述的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于：
其中，所述标准球为已知球半径的高精度球体。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于：
其中，所述应用工具单元为应用工具软件包，所述激光调试单元为LJ-Navigator2软件，所述计算单元为MATLAB软件。
6.一种采用如权利要求所述的基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统来测量所述车灯与车身的间隙的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将所述激光扫描仪坐标系中的坐标转化为所述机器人工具坐标系中的坐标，使得所述机器人工具坐标系对应的所述摆臂带动述激光扫描仪坐标系对应所述激光扫描仪进行扫描，得到所述扫描数据，再将所述扫描数据中的出现在所述车灯与所述检具之间的缝隙中的超量程数据去除后，对剩余数据进行双边滤波去噪处理，得到处理后的扫描数据；
步骤2，首先选定所述激光扫描线上的一点，再根据所述处理后的扫描数据中包含的所述激光扫描线中的点在所述激光扫描仪坐标系中的坐标值来判断该点与后一点在Z轴上的坐标值Z值的差值ΔZ是否大于阈值h，当ΔZ<h时，进行下一组相邻两点的Z值的差值ΔZ的计算并判断是否大于阈值h，同时判断是否已经计算到所述激光扫描线中的最后一点，当ΔZ>h时，将所述相邻两点中Z值大的点的横坐标上的的X值记录下来，同时判断是否已计算到所述激光扫描线中的最后一点，当判断为已计算到所述激光扫描线中的最后一点时，将所述X值中的最小值记为车灯边界点的横坐标Xc，将所述X值中的最大值记为检具边界点的横坐标Xt；
步骤3，通过所述车灯与所述检具的间隙的计算模型：gap＝|Xc–Xt|来计算所述车灯与所述检具的的间隙的大小，得到的gap的值即为所述车灯与所述检具的的间隙，所述车灯与所述检具的的间隙即为所述车灯与所述车身的间隙。
7.根据权利要求6所述的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于：
其中，所述步骤1中，将所述激光扫描仪坐标系中的坐标转化为所述机器人工具坐标系中的坐标包括以下子步骤：
步骤1-1，任取所述激光扫描仪坐标系中一点为固定点A，所述激光扫描仪变换四次位置对所述固定点A进行扫描，因为所述固定点A在所述机器人基坐标系下的坐标恒定，因此可以建立方程
通过式(1)求出所述激光扫描仪坐标系相对所述机器人工具坐标系的转换矩阵C。
式(1)中，Bt1、Bt2、Bt3、Bt4为在所述四次位置中所述机器人工具坐标系到所述机器人基坐标系的转换矩阵，可从所述控制装置中读取，Pt1、Pt2、Pt3、Pt4为所述固定点A在所述四次位置中的所述激光扫描仪坐标系中的对应坐标，可从所述激光扫描仪上读取。
步骤1-2，根据固定点在机器人基坐标系下的坐标恒定，取已知半径的所述标准球的球心位置作为固定点，使所述激光扫描仪发出的激光扫描线靠近通过所述标准球球心的最大圆弧处，多次以步长d平移所述激光扫描仪，直到所述激光扫描线到达所述最大圆弧处，此时，所述标准球的球心在所述机器人基坐标系下的坐标表示为：
步骤1-3，通过式(2)求出所述标准球的球心经过所述转换矩阵C转换后在所述机器人基坐标系下的坐标并与所述标准球的球心原本在所述机器人基坐标系下的坐标对比，进行误差测量。
式(2)中，B为所述机器人工具坐标系到所述机器人基坐标系的转换矩阵，C为所述激光扫描仪坐标系相对所述机器人工具坐标系的转换矩阵，d为所述激光扫描仪每次沿所述激光扫描仪坐标系的Y轴正方向的的移动步长，n为所述激光扫描仪的移动次数，x1、z1为所述球心在所述激光扫描仪坐标系中X轴、Z轴上的值。
8.根据权利要求7所述的一种基于激光扫描仪的车灯与车身的间隙测量系统，其特征在于：
其中，所述激光扫描线上的点的个数为800个。
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