CN110625614B - 一种列车车体门窗的2d激光定位方法 - Google Patents

一种列车车体门窗的2d激光定位方法 Download PDF

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Abstract

一种列车车体门窗的２Ｄ激光定位方法，包括一个对列车的车体进行标定测量的过程；先手动将AGV车移动到工作位，目测定位，将门窗框体的中心处设置为机械手基坐标原点；示教机械手进行操作，保存机械手的轨迹作为工作轨迹；示教机械手进行标定测量，标定测量是在框体每条边的３等分处，示教机械手带着２Ｄ传感器扫描框体的２Ｄ轮廓并记录数据，然后计算出框体的６自由度坐标值，作为标定位置值；保存机械手的标定测量路径作为后续的测量工作的路径；然后移动AGV车到各个工位进行操作，计算当前框体坐标与标定位置值之间的坐标偏差，调用机械手的工作轨迹，并补偿坐标偏差，得到新的工作轨迹。本发明提高了系统的鲁棒性及易用性，易于标定。

Description

一种列车车体门窗的2D激光定位方法
技术领域:
本发明涉及物理领域，尤其涉及测量技术，具体来说是一种列车车体门窗的2D激光定位方法。
背景技术：
目前列车车体车窗装配、端墙钻孔均为人工操作，劳动强度大。为了提高生产效率，需要做自动化改造，由于车体尺寸很大，将车体搬到生产线上流转是不现实的，因此，首选自动化方案是将车体固定在工装上，各种自动设备设计成移动式的，围绕车体进行各种自动作业。对移动设备而言，最基本的要求就是可以精准定位作业面的空间位置。现有技术中，如图1所示，采用AGV小车1定位、3D相机33视觉定位、2D相机44视觉定位，AGV小车1上设置有机械手2，所述的机械手2的末端设置有夹具，所述的夹具7上还设置有3D相机33、2D相机44，所述的3D相机33、2D相机44分别和一个计算机8连接，所述机械手2和一个控制器9连接，所述控制器9和计算机8连接。AGV小车1首先粗定位到达作业区，精度一般在10～20mm；再由3D相机33视觉作二次定位，精度在1～2mm；最后由2D相机44视觉作精定位，精度可达0.1～0.2mm。由于列车门、窗尺寸很大，需要配置多相机；或者在AGV上安装机械手，相机安装在机械手末端上。AGV是Automated Guided Vehicle的缩写，意即“自动导引运输车”。AGV是装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。但是，上述方案标定操作复杂，容易出现标定失败，环境光对使用效果的影响很大，结果可靠性不高。相机需要额外光源，光源及相机布局设计难度大，可操作性较差，成本偏高。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种列车车体门窗的2D激光定位方法，所述的这种列车车体门窗的2D激光定位方法要解决现有技术中列车车窗装配和端墙钻孔的精度不高的技术问题。
本发明的这种列车车体门窗的2D激光定位方法，包括如下步骤：
1)将机械手固定在自动导引运输车上，将2D激光传感器与操作工具固定于机械手的末端夹具上；
2)对列车的车体门窗框体进行标定测量，所述标定测量的过程包括：
第一步，手动将自动导引运输车移动到工作位，目测定位，将列车车体的门窗框体的中心处设置为机械手基坐标原点；
第二步，示教机械手进行安装或加工操作，保存机械手的轨迹作为安装或加工的工作轨迹；
第三步，示教机械手进行标定测量，所述的标定测量是在列车的车体窗框的框体每条边的3等分处，示教机械手带着2D传感器在垂直于框体边沿方向扫描框体的2D轮廓记录数据，然后计算出框体的6自由度坐标值，作为标定位置值；保存机械手的标定测量路径作为后续的测量工作的路径；
3)然后移动自动导引运输车到各个工位进行测量或加工操作，所述的测量或加工操作包括，将自动导引运输车移动到工作位，利用机械手调用标定测量路径，扫描列车门窗框体边框，记录2D轮廓数据，计算当前框体的6自由度坐标，其过程与步骤2)中第三步的标定测量过程相同，计算当前框体坐标与标定位置值之间的坐标偏差，调用机械手的安装或加工工作轨迹，并补偿所述的坐标偏差，得到新的工作轨迹，然后机械手运行新的工作轨迹进行安装或加工工作。
进一步的，在示教机械手进行标定测量的过程中，使用框体4条边的3等分处的轮廓数据，用过向量约束、拟合的方法，分别计算出6自由度中的A、B、C角度坐标；用坐标平移的方法，分别计算出6自由度中的X，Y，Z坐标。
进一步的，在示教机械手进行标定测量的过程中，每边的测量点在边长的3等分处，2D激光扫描线与测量的边框基本垂直，激光光束中心线与框体平面基本垂直，通过2D激光传感器的配套软件观察轮廓图形，点动调整机械手，使轮廓的高度Z基本等于零，边框边沿点的X值基本等于零。
进一步的，计算框体的6自由度坐标值的过程如下：
1)在列车的车体窗框的框体每条边的3等分处，机械手带着2D传感器在垂直于框体边沿方向扫描框体的2D轮廓并记录数据，记录P1～P8共8组数据，P1～P8数据格式为2维数组[800,2]，记录P1～P8位置的轮廓；其中，在所述的框体中，P1和P2在同一个边上，P3和P4在同一个边上，P5和P6在同一个边上，P7和P8在同一个边上，P1、P4在两条相互平行的边上，而且P1、P4的连线和水平面或纵轴线平行，P2、P3在两条相互平行的边上，而且P2、P3的连线和水平面或纵轴线平行，P5、P7在两条相互平行的边上，而且P5、P7的连线和水平面或纵轴线平行，P6、P8在两条相互平行的边上，而且P6、P8的连线和水平面或纵轴线平行，
P1横坐标(xi)p1＝P1[i,0]；高度值(zi)p1＝P1[i,1]；
P2横坐标(xi)p2＝P2[i,0]；高度值(zi)p2＝P2[i,1]；
P3横坐标(xi)p3＝P3[i,0]；高度值(zi)p3＝P3[i,1]；
P4横坐标(xi)p4＝P4[i,0]；高度值(zi)p4＝P4[i,1]；
P5横坐标(xi)p5＝P5[i,0]；高度值(zi)p5＝P5[i,1]；
P6横坐标(xi)p6＝P6[i,0]；高度值(zi)p6＝P6[i,1]；
P7横坐标(xi)p7＝P7[i,0]；高度值(zi)p7＝P7[i,1]；
P8横坐标(xi)p8＝P8[i,0]；高度值(zi)p8＝P8[i,1]；
其中i＝0～799，共800个点；
a)去除P1～P8中zi值小于-50的点，剩余则为有效数据；
b)按边分成4组，(P1，P2)、(P3，P4)、(P5，P6)、(P7，P8)；
c)先处理分组(P1，P2)，从i＝0开始，往后查找P1的第一个有效数据，假设i＝j时找到该数据，则该数据可表示为(xj,zj)P1；从i＝j开始,往后查找P1的第一个无效数据，假设i＝k时找到该数据，则该数据可以表示为(xk,zk)P1；
计算P1的有效长度
LP1＝(xk)p1–(xj)P1；
LP1为数据P1的有效长度；
(xk)p1为数据P1有效数据之后的第一个无效数据的x坐标值；
(xj)P1为数据P1的第一个有效数据的x坐标值；
同理计算P2的有效长度：LP2；
d)取LP1及LP2中的小值Lmin1；
e)统一按Lmin1调整P1、P2的有效长度：
当(xi)pn>(xj)Pn+Lmin1时，数据(xi,zi)pn置为无效，并去除；其中Pn表示P1～P2；i＝0～799；
处理之后得到新的P1、P2数据；
f)同理，重复c)～e)步骤，对剩余3个分组(P3，P4)、(P5，P6)、(P7，P8)作处理；这样就得到新的P3～P8的数据；
1)一个将2D数据转换为3D数据的过程；
将步骤1)得到的P1～P8的数据，转换为基坐标系下的新数据P1B～P8B；
Figure BDA0002213590420000041
其中：(PnB)i——基坐标系下的新数据P1B～P8B的第i个点的坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
(xi)pn——原数据P1～P8的第i个点的x坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
(zi)pn——原数据P1～P8的第i个点的z坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
An——新数据P1B～P8B的转换矩阵，n＝1～8；
An的具体取值如下：
Figure BDA0002213590420000051
Figure BDA0002213590420000052
Figure BDA0002213590420000053
Figure BDA0002213590420000054
L——为框体长度；
W——为框体宽度；
2)一个计算窗框法向方向的过程；
用最小二乘法分别对P1B～P8B做直线段拟合，得到8条线段MP1～MP8以及它们的方向向量；再利用这8个方向向量拟合出框体平面的法向向量DN，并计算方差得到拟合质量指标qn；
3)一个计算窗框边框方向向量的过程；
计算MP1～MP8的中点坐标；计算各边两条线段的中点连线的向量坐标；对得到的4个向量作拟合，约束至两对边相互平行、两邻边相互垂直、且4个向量在一个平面上；归一连线的向量坐标，用于表示边框的方向向量Dx。并计算方差得到拟合质量指标qx；
4)一个计算窗框中心坐标的过程；
利用步骤4)得到的4个边框向量，合围成一个矩形，计算出这个矩形的中心点坐标，即作为窗框的中心点坐标(X,Y,Z)；
5)一个计算窗框绕x、y轴的旋转坐标A、B的过程；
通过窗框法向量DN在基坐标轴、及各坐标平面上的投影，可以直接计算出SinA及SinB值，通过反正弦函数求得A、B；
6)一个计算窗框绕z轴的旋转坐标C的过程；
将方向向量Dx使用旋转矩阵分别绕x及y轴逆向旋转角度A和角度B，得到的方向向量与x轴的角度差即是所求坐标C；
7)通过步骤5)～7)，即得到窗框的6自由度坐标值Q(X,Y,Z,A,B,C)。
具体的，数据的质量由质量指标qn+qx评估；标定时先选一个标准尺寸的窗框，标定测量得到一个具体的qn+qx值，假设等于q0；可设定一个区间(q0+a1,q0+a2)，其中a1、a2为质量水平调整参数，且0<a1<a2,每次检测新窗框时会得到一个具体的qn+qx值，假设为qi，如果qi值落在区间(q0+a1,q0+a2)的左边，则为优品；假设qi值落在区间之中则为良品；如果qi值落在区间右边则为不合格品。
本发明对大型框体的6自由度坐标测量步骤及方法，主要方法包括低精度要求的标定方法，偏差补偿方法，安装或加工方法。该偏差补偿方法对绝对精度要求不高，使得标定更容易。本发明计算框体6自由度坐标的算法，主要包括每边取3等分点的选点方法、边框方向向量的计算方法。算法通过提供数据质量指标，在框体质量不合格时提醒人工干预的方法。
本发明的工作原理是：以机器人基坐标为基准，检测框体的6自由度位置值，跟标定位置测得的框体位置比较，计算框体的位置偏差，再用这个偏差对安装或加工轨迹作补偿，使机械手能够精准找到安装或加工位置。
本发明采用了AGV+机械手+2D线扫激光的方案。AGV做粗定位，再由2D激光传感器作精定位。窗体安装或端墙打孔的工艺本身也是由机械手来实现的，由于2D传感器体积较小，本发明利用已有的机械手末端夹具上的空位，安装2D激光传感器，使机械手同时具备工艺(加工)作业及测量功能。机械手夹持2D激光传感器在框体的每边上各扫描2组轮廓数据，数据经由算法处理，得到门、窗框体的6自由度坐标，再计算其与标定坐标间的偏移值。机械手根据该偏移值进行定位补偿后再做工艺动作，以确保安装或加工的精度。该方案的定位精度0.5mm，已能满足列车装配的精度要求。
本发明与传统方案相比，优点如下：
1)标定简单，算法鲁棒性高，不受环境光影响，精度高，结果可靠性高。
2)传感器体积小，不需额外光源，布局设计灵活度高，性价比高。
3)本发明克服了传统方案的一些主要缺点，提高了系统的鲁棒性及易用性，对标定操作的精度要求不高，易于标定，对环境不敏感，可靠性高。本发明简化了测量标定操作，而且有一定的成本优势。
本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明有一定成本优势，通过算法的创新，使定位方法有了更好的鲁棒性，由于其使用了位置偏差值而不是位置绝对值来定位，因此对绝对定位精度要求不高，标定过程基本可以使用目测或卷尺等简单工具来进行，而不会对精度造成太大的影响，这个特点使设备更易于操作。
附图说明：
图1为现有技术中对列车车体门窗进行定位的硬件结构示意图。
图2为本发明对列车车体门窗进行2D激光定位的硬件结构示意图。
图3为采用本发明的方法对列车车体门窗进行测量的位置及姿态示意图。
图4为采用本发明的方法进行计算的窗框法向量及边框向量。
图5为采用本发明的方法对列车车体门窗进行2D激光定位的工艺流程图。
具体实施方式：
实施例1
如图2所示，本发明一种列车车体门窗的2D激光定位方法采用的设备包括AGV小车(自动导引运输车)1、机械手2，所述的机械手2设置在所述的自动导引运输车1上，所述的机械手2的末端还设置有一个夹具7，所述的夹具7上固定设置有一个2D激光传感器3，所述的夹具7上还设置有操作工具4，所述的2D激光传感器3和一个计算机8连接，所述机械手2和一个控制器9连接，所述控制器9和计算机8连接。
进一步地，所述的自动导引运输车1手动开到车体6的其中一个窗框5前，用示教方式控制所述的机械手2上的工具7对窗框5进行安装或加工操作，保存安装加工轨迹，用示教的方法控制机械手2上的2D激光传感器3对窗框框体5进行测量，计算框体坐标，保存测量轨迹；
进一步地，所述的自动导引运输车1用磁条导航运行到下一个窗框5前，机械手2调用已保存测量轨迹，带动2D激光传感器3对窗框5进行自动测量，计算窗框框体5坐标，进而计算坐标偏差值，将偏差值补偿到已保存的安装加工轨迹中，机械手2调用经补偿的安装加工轨迹，带动工具对窗框5进行自动安装或加工。
实施例2
如图5所示，本发明提供了一种列车车体门窗的2D激光定位方法，包括如下步骤：
1)一个采用实施例1的装置对列车车体门窗的窗框进行标定的过程，所述的对列车车体门窗的窗框进行标定的过程为：手动控制自动导引运输车到达一个对列车车体门窗的窗框进行粗定位的位置；将列车车体的门窗框体的中心处设置为机械手基坐标原点(本发明的方法对中心点选择不敏感，允许10mm之内的误差)，示教机械手，使用机械手末端上的操作工具对车体的窗框5进行安装或加工操作，保存安装加工轨迹；
2)保持自动导引运输车的位置不动，用示教的方法使用机械手末端上的2D激光传感器测量列车车体的门窗框体每边2个点的数据，由于算法对标定位置、姿态不敏感，因此可以使用卷尺及目测的方法调整测量位置及测量姿态，按图3中P1～P8的位置次序测量各个轮廓数据，利用算法计算出框体的6自由度坐标Pr并保存，最后保存测量轨迹。
测量位置及姿态如图3所示，
测量位置及测量姿态的要求：
A.每边的测量点在边长的3等分处，选点位置允许+/-5mm的偏差；
B.2D激光扫描线与测量的边框基本垂直，激光光束中心线与框体平面基本垂直，不垂直度在+/-5度内；
C.通过2D激光传感器的PC端软件(生产厂商配套的调试软件；本发明采用基恩士(中国)有限公司的LJ-Observer软件)观察轮廓图形，点动调整机械手，使轮廓的高度Z基本等于零，边框边沿点的X值基本等于零，允许偏差+/-5mm；
3)定位测量过程如下描述：AGV小车通过磁条导航运行到新的工位，机械手调用标定时所保存的测量轨迹进行测量，得到新的P1～P8的轮廓数据；通过算法处理，得到框体的6自由度位姿坐标Pc；计算位姿偏差：Pc－Pr；调用机械手的工作轨迹，并用Pc－Pr偏差对轨迹作补偿，得到新的工作轨迹，机械手按新的工作轨迹作工艺(加工)动作；完成安装或加工后，AGV移动到下一个工位，重复该过程。
算法描述：
本发明的关键算法的功能是，通过P1～P8轮廓数据，计算出框体的6自由度坐标值，并计算出数据的总体质量指标，质量指标过低则表明框体变形较严重，系统会给出警示，以便人工检查确认。
1)处理P1～P8共8组数据，筛选有效数据长度
P1～P8数据格式为2维数组[800,2]记录了P1～P8位置的轮廓，比如：P1横坐标(xi)p1＝P1[i,0]；高度值(zi)p1＝P1[i,1]；其中i＝0～799，共800个点。
有效长度筛选：每条边上的两组轮廓经过处理后保留同样长度的有效数据，具体如下：
A.去除P1～P8中zi值小于-50的点，剩余则为有效数据；
B.按边分成4组，(P1，P2)、(P3，P4)、(P5，P6)、(P7，P8)
C.先处理分组(P1，P2)，从i＝0开始，往后查找P1的第一个有效数据，假设i＝j时找到该数据，则该数据可表示为(xj,zj)P1；从i＝j开始,往后查找P1的第一个无效数据，假设i＝k时找到该数据，则该数据可以表示为(xk,zk)P1；
计算P1的有效长度：
LP1＝(xk)p1–(xj)P1
LP1――数据P1的有效长度；
(xk)p1――数据P1有效数据之后的第一个无效数据的x坐标值；
(xj)P1――数据P1的第一个有效数据的x坐标值
同理计算P2的有效长度：LP2；
D.取LP1及LP2中的小值Lmin1；
E.统一按Lmin1调整P1、P 2的有效长度：
当(xi)pn>(xj)Pn+Lmin1时，数据(xi,zi)pn置为无效，并去除。其中Pn表示P1～P2；i＝0～799。处理之后得到新的P1、P2数据；
F.同理，重复c)～e)步骤，对剩余3个分组(P3，P4)、(P5，P6)、(P7，P8)作处理；这样就得到新的P3～P8的数据。
2)将2D数据转换为3D数据
将步骤1)得到的P1～P8的数据，转换为基坐标系下的新数据P1B～P8B；这是P1～P8坐标在XY平面内的平移转换，平移量由框体的长L和宽W决定。转换后的数据P1B～P8B与L和W相关，但本算法在后续计算中将会约去L、W，因此最终的结果是与L和W无关的。以下为P1～P8的转换公式。
Figure BDA0002213590420000111
其中：(PnB)i——基坐标系下的新数据P1B～P8B的第i个点的坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
(xi)pn——原数据P1～P8的第i个点的x坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
(zi)pn——原数据P1～P8的第i个点的z坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
An——新数据P1B～P8B的转换矩阵，n＝1～8；
An的具体取值如下：
Figure BDA0002213590420000112
Figure BDA0002213590420000113
Figure BDA0002213590420000114
Figure BDA0002213590420000115
L——为框体长度；
W——为框体宽度；
3)窗框法向方向计算
用最小二乘法分别对P1B～P8B做直线段拟合，得到8条线段MP1～MP8以及它们的方向向量；再利用这8个方向向量拟合出框体平面的法向向量DN。并计算方差得到拟合质量指标qn。如图4示。
4)窗框边框方向向量计算
计算MP1～MP8的中点坐标；计算各边两条线段的中点连线的向量坐标；对得到的4个向量作拟合，约束至两对边相互平行、两邻边相互垂直、且4个向量在一个平面上；归一连线的向量坐标，用于表示边框的方向向量Dx。并计算方差得到拟合质量指标qx。如图4示。
5)计算窗框中心坐标
步骤4)得到的4个边框向量，合围成了一个矩形，可以计算出这个矩形的中心点坐标，即作为窗框的中心点坐标(X,Y,Z)。
6)计算窗框绕x、y轴的旋转坐标A、B
通过窗框法向量DN在基坐标轴、及各坐标平面上的投影，可以直接计算出SinA及SinB值，通过反正弦函数求得A、B。
7)计算窗框绕z轴的旋转坐标C
将方向向量Dx使用旋转矩阵分别绕x及y轴逆向旋转角度A和角度B，得到的方向向量与x轴的角度差即是所求坐标C。
8)综合步骤5)～7)，即得到窗框的6自由度坐标值Q(X,Y,Z,A,B,C)。
具体的，数据的质量可以由质量指标qn+qx评估。在拟合过程中给出数据质量指标，该指标可以识别异常数据，以便提醒系统进行人工干预。
评估方法：标定时先选一个标准尺寸的窗框，标定测量得到一个具体的qn+qx值，假设等于q0；可设定一个区间(q0+a1,q0+a2)，其中a1、a2为质量水平调整参数，且0<a1<a2,每次检测新窗框时会得到一个具体的qn+qx值，假设为qi，如果qi值落在区间(q0+a1,q0+a2)的左边，则为优品；假设qi值落在区间之中则为良品；如果qi值落在区间右边则为不合格品。
本发明以机器人基坐标为基准，检测框体的6自由度位置值，跟标定位置测得的框体位置比较，计算框体的位置偏差，再用这个偏差对安装或加工轨迹作补偿，使机械手能够精准找到安装或加工位置。
本发明通过算法的创新，使定位方法有了更好的鲁棒性，由于其使用了位置偏差值而不是位置绝对值来定位，因此对绝对定位精度要求不高，标定过程基本可以使用目测或卷尺等简单工具来进行，而不会对精度造成太大的影响，这个特点使设备更易于操作。

Claims (3)

1.一种列车车体门窗的2D激光定位方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将机械手固定在自动导引运输车上，将2D激光传感器与操作工具固定于机械手的末端夹具上；
2)对列车的车体门窗框体进行标定测量，所述标定测量的过程包括：
第一步，手动将自动导引运输车移动到工作位，目测定位，将列车车体的门窗框体的中心处设置为机械手基坐标原点；
第二步，示教机械手进行安装或加工操作，保存机械手的轨迹作为安装或加工的工作轨迹；
第三步，示教机械手进行标定测量，所述的标定测量是在列车的车体窗框的框体每条边的3等分处，示教机械手带着2D传感器在垂直于框体边沿方向扫描框体的2D轮廓记录数据，用过向量约束、拟合的方法，分别计算出6自由度中的A、B、C角度坐标；用坐标平移的方法，分别计算出6自由度中的X，Y，Z坐标，作为标定位置值；保存机械手的标定测量路径作为后续的测量工作的路径；
计算框体的6自由度坐标值的过程如下：
1)在列车的车体窗框的框体每条边的3等分处，机械手带着2D传感器在垂直于框体边沿方向扫描框体的2D轮廓并记录数据，记录P1～P8共8组数据，P1～P8数据格式为2维数组[800,2]，记录P1～P8位置的轮廓；其中，在所述的框体中，P1和P2在同一个边上，P3和P4在同一个边上，P5和P6在同一个边上，P7和P8在同一个边上，P1、P4在两条相互平行的边上，而且P1、P4的连线和水平面或纵轴线平行，P2、P3在两条相互平行的边上，而且P2、P3的连线和水平面或纵轴线平行，P5、P7在两条相互平行的边上，而且P5、P7的连线和水平面或纵轴线平行，P6、P8在两条相互平行的边上，而且P6、P8的连线和水平面或纵轴线平行，
P1横坐标(xi)p1＝P1[i,0]；高度值(zi)p1＝P1[i,1]；
P2横坐标(xi)p2＝P2[i,0]；高度值(zi)p2＝P2[i,1]；
P3横坐标(xi)p3＝P3[i,0]；高度值(zi)p3＝P3[i,1]；
P4横坐标(xi)p4＝P4[i,0]；高度值(zi)p4＝P4[i,1]；
P5横坐标(xi)p5＝P5[i,0]；高度值(zi)p5＝P5[i,1]；
P6横坐标(xi)p6＝P6[i,0]；高度值(zi)p6＝P6[i,1]；
P7横坐标(xi)p7＝P7[i,0]；高度值(zi)p7＝P7[i,1]；
P8横坐标(xi)p8＝P8[i,0]；高度值(zi)p8＝P8[i,1]；
其中i＝0～799，共800个点；
a)去除P1～P8中zi值小于-50的点，剩余则为有效数据；
b)按边分成4组，(P1，P2)、(P3，P4)、(P5，P6)、(P7，P8)；
c)先处理分组(P1，P2)，从i＝0开始，往后查找P1的第一个有效数据，假设i＝j时找到该数据，则该数据可表示为(xj,zj)P1；从i＝j开始,往后查找P1的第一个无效数据，假设i＝k时找到该数据，则该数据可以表示为(xk,zk)P1；
计算P1的有效长度：
LP1＝(xk)p1–(xj)P1；
LP1为数据P1的有效长度；
(xk)p1为数据P1有效数据之后的第一个无效数据的x坐标值；
(xj)P1为数据P1的第一个有效数据的x坐标值；
同理计算P2的有效长度：LP2；
d)取LP1及LP2中的小值Lmin1；
e)统一按Lmin1调整P1、P2的有效长度：
当(xi)pn>(xj)Pn+Lmin1时，数据(xi,zi)pn置为无效，并去除；
其中Pn表示P1～P2；i＝0～799；
处理之后得到新的P1、P2数据；
f)同理，重复c)～e)步骤，对剩余3个分组(P3，P4)、(P5，P6)、(P7，P8)作处理；这样就得到新的P3～P8的数据；
2)一个将2D数据转换为3D数据的过程；
将步骤1)得到的P1～P8的数据，转换为基坐标系下的新数据P1B～P8B；
Figure FDA0003601128900000031
其中：(PnB)i——基坐标系下的新数据P1B～P8B的第i个点的坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
(xi)pn——原数据P1～P8的第i个点的x坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
(zi)pn——原数据P1～P8的第i个点的z坐标值，Pn表示P1～P8,i∈(0～799)之中的有效数据序号；
An——新数据P1B～P8B的转换矩阵，n＝1～8；
An的具体取值如下：
Figure FDA0003601128900000032
Figure FDA0003601128900000033
Figure FDA0003601128900000041
Figure FDA0003601128900000042
L——为框体长度；
W——为框体宽度；
3)一个计算窗框法向方向的过程；
用最小二乘法分别对P1B～P8B做直线段拟合，得到8条线段MP1～MP8以及它们的方向向量；再利用这8个方向向量拟合出框体平面的法向向量DN，并计算方差得到拟合质量指标qn；
4)一个计算窗框边框方向向量的过程；
计算MP1～MP8的中点坐标；计算各边两条线段的中点连线的向量坐标；对得到的4个向量作拟合，约束至两对边相互平行、两邻边相互垂直、且4个向量在一个平面上；归一连线的向量坐标，用于表示边框的方向向量Dx， 并计算方差得到拟合质量指标qx；
5)一个计算窗框中心坐标的过程；
利用步骤4)得到的4个边框向量，合围成一个矩形，计算出这个矩形的中心点坐标，即作为窗框的中心点坐标(X,Y,Z)；
6)一个计算窗框绕x、y轴的旋转坐标A、B的过程；
通过窗框法向量DN在基坐标轴、及各坐标平面上的投影，可以直接计算出SinA及SinB值，通过反正弦函数求得A、B；
7)一个计算窗框绕z轴的旋转坐标C的过程；
将方向向量Dx使用旋转矩阵分别绕x及y轴逆向旋转角度A和角度B，得到的方向向量与x轴的角度差即是所求坐标C；
8)通过步骤5)～7)，即得到窗框的6自由度坐标值Q(X,Y,Z,A,B,C)；
3)然后移动自动导引运输车到各个工位进行测量或加工操作，所述的测量或加工操作包括，将自动导引运输车移动到工作位，利用机械手调用标定测量路径，扫描列车门窗框体边框，记录2D轮廓数据，计算当前框体的6自由度坐标，其过程与步骤2)中第三步的标定测量过程相同，计算当前框体坐标与标定位置值之间的坐标偏差，调用机械手的安装或加工工作轨迹，并补偿所述的坐标偏差，得到新的工作轨迹，然后机械手运行新的工作轨迹进行安装或加工工作。
2.根据权利要求1所述的一种列车车体门窗的2D激光定位方法，其特征在于：在示教机械手进行标定测量的过程中，每边的测量点在边长的3等分处，2D激光扫描线与测量的边框基本垂直，激光光束中心线与框体平面基本垂直，通过2D激光传感器的配套软件观察轮廓图形，点动调整机械手，使轮廓的高度Z基本等于零，边框边沿点的X值基本等于零。
3.根据权利要求1所述的一种列车车体门窗的2D激光定位方法，其特征在于：数据的质量由质量指标qn+qx评估；标定时先选一个标准尺寸的窗框，标定测量得到一个具体的qn+qx值，假设等于q0；可设定一个区间(q0+a1,q0+a2)，其中a1、a2为质量水平调整参数，且0<a1<a2,每次检测新窗框时会得到一个具体的qn+qx值，假设为qi，如果qi值落在区间(q0+a1,q0+a2)的左边，则为优品；假设qi值落在区间之中则为良品；如果qi值落在区间右边则为不合格品。
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