CN110059879A - 车身三坐标测量的自动规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车身三坐标测量的自动规划方法，该方法包括提取网格节点空间坐标值，整理待测零部件测量特征信息等步骤。本发明实现复杂零部件无碰撞、高效的检测规划，提高了智能三坐标测量机的自动化程度与检测待测零部件效率，加快了生产节奏。

Description

车身三坐标测量的自动规划方法

技术领域

本发明涉及一种规划方法，尤其涉及一种车身三坐标测量的自动规划方法。

背景技术

车身尺寸偏差直接反映装配质量，影响产品外观、精度、匹配性能等，超差零部件形成不合格产品，增加生产成本。三坐标测量机因其较高的测量精度，被广泛用于机械产品、汽车车身等的尺寸检测，也成为了其他测量设备的对标对象。三坐标测量机需要接触特征进行测量，待测零部件结构复杂，测量特征数目众多，得到遍历所有测量特征的完整测量路径需要耗费大量人力和时间成本，且最终的路径难以保证最优。

现有三坐标测量路径自动规划方法主要有两种。一方面，先利用智能算法对测量特征进行排序，然后基于待测零部件CAD数模进行避撞，最终得到无碰撞测量路径。例如spyridi A.J.等人提出状态空间搜索的方法生成一组检查计划，通过对操作符施加几何和优化约束，得到一个有效的测量计划。这类方法虽然对初始路径进行了优化，但是几何和优化约束会使测量总时间超出可接受范围。另一方面，判断两测量特征间的可达性，利用算法生成两点间最短路径，最后进行全局优化。例如Limaiem A.等人利用轴向包围盒法进行碰撞检测，再用Dijkistra算法进行局部优化，最后用A*算法得到全局测量路径。这类方法理论上可以得到最优路径，但现有研究局限于简单零部件，由于测量特征未区分、未考虑测头转换及碰撞检测效率低等因素，往往无法在可接受时间内自动规划测量路径。

申请号为：CN201810978479，发明名称为坐标测量机测量路径规划方法，该申请根据最邻近距离得到初始的测量路径，然后进行碰撞规避得到无碰撞路径。但是当测量特征数量较多时，利用最邻近的方法容易导致部分测量特征被孤立，需要更长的测量距离来连接被孤立的测量特征，导致测量总时间增加，并且该方法只适合平面内测量特征路径规划，避障效率较低，不能满足待测零部件复杂结构的测量路径规划。

申请号为：CN201410076666，发明名称为三坐标测量机检测路径建模方法，该申请采用摆角相异规则、距离超越规则和法矢夹角规则对测量特征对应的各类点进行删除或保留，实现三坐标测量机检测路径建模。但是该方法对于多种类特征时，构建测量特征对应点较困难，并且对于无法运用规则的测量特征仍然需要人工参与，无法做到自动化生成测量路径的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供车身三坐标测量的自动规划方法，实现待测零部件无碰撞最优测量路径的自动规划，同时提高待测零部件检测的效率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种车身三坐标测量的自动规划方法，包括如下步骤：

S101、提取网格节点空间坐标值，整理待测零部件测量特征信息，包括空间坐标值、矢量方向及尺寸轮廓；

S102、利用静态碰撞检测算法确定探针测量角度集合，并在三坐标测量机与待测零部件不干涉条件下，确定检测特征的接长杆长度；

S103、根据测量特征对应接长杆长度进行分类，选择同一类的测量特征进行步骤S104的内容；

S104、对任意两测量特征间进行路径规划，设置测头转动阈值，并判定测头转换的必要性；

S105、利用动态碰撞检测算法对步骤S104中探针转动过程进行碰撞判定，同时判定从一个测量特征沿直线运动至下一个测量特征过程中探针及机械臂是否与待测零部件干涉；

S106、若在步骤S105中不存在碰撞，将直线运动设置为最优路径；若在步骤五中存在碰撞，利用空间移动点自动生成算法在测量特征间添加避撞点，进一步确定测量路径的可达性，并输出无碰撞路径；

S107、考虑探针转动、碰撞检测及空间移动点因素，计算三坐标测量机从不同检测特征间无碰撞路径所需要的时间，构造无碰撞路径的的检测时间矩阵；

S108、基于步骤S107中生成的检测时间矩阵，利用智能优化算法对同类型测量特征进行局部路径规划，得到遍历同类型测量特征的最优测量路径；

S109、重复步骤S104至步骤S108的计算，最终将不同类别测点组内的最优测量路径进行连接，构成遍历待测零部件所有测量特征的无碰撞最优测量路径。

与现有技术相比，本发明的优点为：本发明包括测量特征分类、局部路径规划、测量时间矩阵计算、类别内路径优化与全局路径规划等，结合待测零部件的结构特征，通过算法程序与应用步骤的设计开发，实现复杂零部件无碰撞、高效的检测规划。本发明提取待测零部件测量特征的空间坐标、矢量方向等信息；利用静态碰撞检测算法对探针测量角度、接长杆等测头信息进行分类；结合被测量零部件的结构模型和同类别测量特征信息，提出动态碰撞检测算法和空间移动点自动生成算法得到测量特征间无碰撞路径；对同类别测头信息下的路径最优规划，实现检测时间的最小化；连接不同类别测量特征的测量路径，得到遍历待测零部件全部测量特征的全局路径。提高了智能三坐标测量机的自动化程度与检测待测零部件效率。

附图说明

图1为车身三坐标测量的自动规划方法流程图。

图2为待测车身结构与测量特征示意图。

图3为待测车身无碰撞最优测量路径示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。

本实施例涉及一种车身三坐标测量的自动规划方法，包括如下步骤：

S101、提取网格节点空间坐标值，整理待测零部件测量特征信息，包括空间坐标值、矢量方向及尺寸轮廓。

S102、利用静态碰撞检测算法确定探针测量角度集合，并在三坐标测量机与待测零部件不干涉条件下，确定检测特征的接长杆长度。

S103、根据测量特征对应接长杆长度进行分类，选择同一类的测量特征进行步骤S104的内容。

S104、对任意两测量特征间进行路径规划，设置测头转动阈值，并判定测头转换的必要性。

S105、利用动态碰撞检测算法对步骤S104中探针转动过程进行碰撞判定，同时判定从一个测量特征沿直线运动至下一个测量特征过程中探针及机械臂是否与待测零部件干涉。

S106、若在步骤S105中不存在碰撞，将直线运动设置为最优路径；若在步骤五中存在碰撞，利用空间移动点自动生成算法在测量特征间添加避撞点，进一步确定测量路径的可达性，并输出无碰撞路径。

S107、考虑探针转动、碰撞检测及空间移动点因素，计算三坐标测量机从不同检测特征间无碰撞路径所需要的时间，构造无碰撞路径的的检测时间矩阵。

S108、基于步骤S107中生成的检测时间矩阵，利用智能优化算法对同类型测量特征进行局部路径规划，得到遍历同类型测量特征的最优测量路径。

S109、重复步骤S104至步骤S108的计算，最终将不同类别测点组内的最优测量路径进行连接，构成遍历待测零部件所有测量特征的无碰撞最优测量路径。

具体而言，步骤S101中使用有限元软件对所要测量的待测零部件进行自动网格划分，提取出网格节点的空间坐标值作为待测零部件点云信息；准备好待测零部件测量特征信息，主要包括空间坐标值、矢量方向、尺寸大小及类型等，并根据触测距离计算出测量特征对应逼近点的空间坐标值。

步骤S102利用静态碰撞检测算法针对每个测量特征进行判别；选择常用的接长杆长度规格，当部分测量特征使用该规格容易造成机械臂与待测零部件碰撞时，通过减少或增加的方式确保静态状态下机械臂与待测零部件不发生碰撞。

步骤S103根据接长杆长度对测量特征进行分类，选择同一类的测量特征进行局部路径规划。

步骤S104计算所选两测量特征的矢量方向夹角，根据阈值要求决定测头的转动需求。

步骤S105利用动态碰撞检测算法对步骤S104中探针转动过程进行碰撞判定，同时判定测头是否与待测零部件发生碰撞。

步骤S106若在步骤S105中不存在碰撞，则可以确定测量特征间最优路径；若在步骤S105中存在碰撞，则添加避撞点来实现测量路径的无碰撞效果，最终确定测量特征间的最优路径。

步骤S107计算三坐标测量机在不同测量特征之间的路径对应时间，得到测量特征间无碰撞路径所的时间矩阵。

步骤S108经历上述步骤后，通过对类别内的整体路径进行优化，得到遍历同类型测量特征的最优测量路径。

步骤S109重复步骤S104至步骤S108的计算，得到不同类型测量特征下的局部最优测量路径，最终将所有最优测量路径进行连接，构成遍历待测零部件所有测量特征的无碰撞最优测量路径。

为验证本方法的有效性，利用图2所示的待测零部件点云、测量特征信息案例实现测量路径自动规划。

如图2所示，待测零部件数模结构已进行点云化处理，黑色圆点为测量特征的空间位置，箭头表示测量特征的矢量方向。待测零部件使用双臂式三坐标测量机进行测量，本案例以该车身左侧的测量特征进行说明，待测零部件左侧共包括216个测量特征，其空间坐标值和矢量方向等信息如表1所示。

表1

利用静态碰撞检测算法可以获得每个测量特征对应的探针角度集合以及对应的接长杆长度。利用动态碰撞检测算法判断任意两测量特征间探针直线运动是否会与待测零部件发生碰撞，如果发生碰撞，设置为0，如果不发生碰撞，则设置为1，最终可得到如表2所示的动态碰撞检测结果。

表2

针对两个测量特征间直线运动会发生碰撞的情况，通过空间移动点自动生成算法进行避撞，从而得到任意两测量特征间无碰撞最优路径。根据三坐标测量机的运动规律，设置基本运动参数，可以计算得到三坐标测量机两个特征间最优测量路径运动所需要的时间(针对不同的三坐标测量机参数设置，具体时间计算结果将不同)，对于定义的“不可达路径”的测量时间用L进行表示，最终得到每两个测量特征间无碰撞路径所需要的时间，最终将其汇总成矩阵形式，如表3所示。

表3

得到时间矩阵后，利用模拟退火算法，设置计算参数，最终可以获得类别内测量特征的无碰撞最优测量路径。

通过对不同类别内的测量特征运用上述方法获得无碰撞最优测量路径。将多条无碰撞最优测量路径进行连接。最终确定测量路径为：84→86→180→179→178→41→192→53→54→55→182→184→183→181→116→115→117→143→145→144→142→141→140→118→148→147→146→131→132→133→130→85→87→136→137→88→138→135→139→91→24→25→205→31→26→206→93→124→121→90→134→125→126→119→120→123→122→128→129→127→94→92→207→30→27→28→32→208→33→209→29→34→210→186→71→185→163→164→162→161→160→159→155→156→154→153→152→158→157→150→149→151→212→213→214→216→215→65→66→70→67→69→68→165→168→169→170→171→167→166→20→19→35→211→8→18→1→2→3→17→9→201→36→187→21→200→37→63→64→62→22→199→38→203→23→202→196→59→58→56→204→57→195→39→89→194→193→40→52→51→50→42→60→61→197→198→49→43→188→11→10→16→4→5→15→14→6→7→13→12→190→189→44→47→48→46→191→45→103→104→105→111→112→110→109→108→107→106→76→77→81→82→83→80→78→72→79→74→75→73→101→102→97→96→95→98→99→100→114→113→172→173→176→177→174→175，测量路径利用MATLAB软件可视化效果如图3所示，直线表示三坐标测量机探针的运动轨迹，★表示添加的空间移动点位置，〇表示探针转动角度后的位置。证明了本方法在三坐标测量机待测零部件测量路径规划过程中的可行性。

本发明针对汽车车身测量特征路径规划问题，提出了一种用于精度检测的三坐标测量机自动化路径规划系统与方法，解决了待测零部件多特征自动规划无碰撞时间最短路径的难题。实现了待测零部件测量路径的自动规划，加快了生产节奏。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种车身三坐标测量的自动规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、提取网格节点空间坐标值，整理待测零部件测量特征信息，包括空间坐标值、矢量方向及尺寸轮廓；

S102、利用静态碰撞检测算法确定探针测量角度集合，并在三坐标测量机与待测零部件不干涉条件下，确定检测特征的接长杆长度；

S103、根据测量特征对应接长杆长度进行分类，选择同一类的测量特征进行步骤S104的内容；

S104、对任意两测量特征间进行路径规划，设置测头转动阈值，并判定测头转换的必要性；

S105、利用动态碰撞检测算法对步骤S104中探针转动过程进行碰撞判定，同时判定从一个测量特征沿直线运动至下一个测量特征过程中探针及机械臂是否与待测零部件干涉；

S106、若在步骤S105中不存在碰撞，将直线运动设置为最优路径；若在步骤五中存在碰撞，利用空间移动点自动生成算法在测量特征间添加避撞点，进一步确定测量路径的可达性，并输出无碰撞路径；

S107、考虑探针转动、碰撞检测及空间移动点因素，计算三坐标测量机从不同检测特征间无碰撞路径所需要的时间，构造无碰撞路径的的检测时间矩阵；

S108、基于步骤S107中生成的检测时间矩阵，利用智能优化算法对同类型测量特征进行局部路径规划，得到遍历同类型测量特征的最优测量路径；

S109、重复步骤S104至步骤S108的计算，最终将不同类别测点组内的最优测量路径进行连接，构成遍历待测零部件所有测量特征的无碰撞最优测量路径。