CN112797916A - 基于追踪式自动化扫描检测系统、方法及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开一种基于追踪式自动化扫描检测系统及其检测方法。所述系统包括追踪设备、靶锥体、光学扫描设备和机器人设备。所述方法包括：在待测空间内对所述追踪设备的相机进行标定；对预设的检测平台场景和被测物的计算机辅助设计模型进行虚拟装配；规划出扫描路径；根据所述扫描路径，通过所述机器人设备带动所述光学扫描设备运动到指定位置，所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合光学扫描设备对所述被测物进行建模，获得所述被测物的实际被测模型；根据所述实际被测模型和所述计算机辅助设计模型，检测所述被测物的偏差。本发明的实施例能避免在被测物上面粘贴标志点。

Description

基于追踪式自动化扫描检测系统、方法及可读存储介质
技术领域
本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种基于追踪式自动化扫描检测系统、方法及可读存储介质。
背景技术
随着科技的发展以及人工成本的上涨，企业对于自动化检测的需求越来越旺盛。在自动化检测中，完整且方便地获得被测物的待检测特征变得尤为重要。目前，在检测领域，3D检测已经逐渐成为一个主流的检测方案。通过外形扫描设备获得实际被测物的外形3D模型，然后和标称设计的CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)模型进行对比，以检测零件的各类型偏差值。
目前工业自动化扫描检测技术主要有基于标志点的自动化扫描检测方案；该方案需要在被测物上或者固定被测物的夹具上粘贴标志点，在每一个位置扫描时，均需要获得一定数量的标志点信息，一般大于四个才能完成自动拼接重建。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本发明的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本发明的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本发明的新颖性和创造性。
发明内容
目前基于标志点的自动化扫描检测技术，在扫描检测的时候需要在被测物或者固定夹具上粘贴标志点，对于一些不能贴点的特殊零件，难以进行自动化扫描检测；而且，在扫描重建过程中，需要考虑全局点的分布，不能做到任意位置点扫描，容易由于找不到足够多的标志点而导致扫描拼接失败。为此，本发明提出一种基于追踪式自动化扫描检测系统、方法及可读存储介质，能避免在被测物上面粘贴标志点。
在第一方面，本发明提供一种基于追踪式自动化扫描检测系统的检测方法，所述系统包括追踪设备、靶锥体、光学扫描设备和机器人设备；所述追踪设备设有相机；所述靶锥体设置在所述光学扫描设备上；所述靶锥体上设有标志点；
所述方法包括：
在待测空间内对所述追踪设备的相机进行标定；
对预设的检测平台场景和被测物的计算机辅助设计模型进行虚拟装配；
根据所述被测物，以及已完成所述虚拟装配的所述计算机辅助设计模型与所述检测平台场景的相对位置关系，规划出扫描路径；
根据所述扫描路径，通过所述机器人设备带动所述光学扫描设备运动到指定位置，所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合所述光学扫描设备对所述被测物进行建模，获得所述被测物的实际被测模型；
根据所述实际被测模型和所述计算机辅助设计模型，检测所述被测物的偏差。
在一些优选的实施方式中，所述在待测空间内对所述追踪设备的相机进行标定包括：在待测空间内布置标定物，并在所述待测空间内的多个不同位置对所述追踪设备的相机进行标定。
在一些优选的实施方式中，所述标定物包含编码点和非编码点。
在一些优选的实施方式中，在待测空间内布置标定物，并在所述待测空间内的多个不同位置对所述追踪设备的相机进行标定，包括：
利用近景摄影测量系统计算出标定物中标志点的三维坐标信息；
通过所述追踪设备的相机拍摄不同位置的标定物，计算得到所述相机的内外方位参数。
在一些优选的实施方式中，所述追踪设备还包括横梁；所述相机固定在所述横梁上；所述横梁与所述机器人设备连接。
在一些优选的实施方式中，所述对预设的检测平台场景和被测物的计算机辅助设计模型进行虚拟装配包括：
读取预设的检测平台场景的模型；
读取被测物的计算机辅助设计模型；
根据真实场景的安装情况完成所述计算机辅助设计模型与所述检测平台场景的虚拟装配。
在一些优选的实施方式中，根据所述被测物，以及已完成所述虚拟装配的所述计算机辅助设计模型与所述检测平台场景的相对位置关系，规划出扫描路径，包括：
根据所述计算机辅助设计模型，以及所述光学扫描设备、所述检测平台场景的系统参数，确定扫描路径点；
对所述扫描路径点进行规划，按照运动距离代价最小原则对所述扫描路径点进行顺序相连，生成扫描路径。
在一些优选的实施方式中，所述光学扫描设备为线激光设备；
所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合光学扫描设备对所述被测物进行建模，包括：所述追踪设备实时追踪所述靶锥体，自动化扫描检测系统实时重建出所述线激光设备所到达的区域。
在一些优选的实施方式中，所述光学扫描设备为拍照式重建设备；
所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合光学扫描设备对所述被测物进行建模，包括：所述追踪设备在所述拍照式重建设备到达规划出的扫描路径的指定位置后，追踪所述靶锥体，对不同位置的扫描模型进行拼接融合。
在一些优选的实施方式中，还包括：对所述被测物的实际被测模型进行数据后处理。
在一些优选的实施方式中，所述数据后处理包括补洞和去除不必要的边缘区域。
在一些优选的实施方式中，所述偏差包括面偏差、截面偏差和形位公差。
在一些优选的实施方式中，所述相机的数量为多个。
在一些优选的实施方式中，所述靶锥体上设有多个标志点。
在一些优选的实施方式中，所述标志点设置在所述靶锥体的外表面。
在一些优选的实施方式中，所述靶锥体的数量为多个；多个所述靶锥体固定在所述光学扫描设备的多个表面。
在一些优选的实施方式中，所述追踪设备固定在所述光学扫描设备的周围。
在第二方面，本发明提供一种基于追踪式自动化扫描检测系统，用于执行上述方法。
在第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行上述方法。
与现有技术相比，本发明的实施例的有益效果包括：
本发明的实施例通过具有相机的追踪设备，与带有靶锥体且固定在机器人设备上的光学扫描设备相结合，对被测物的表面进行实时建模；通过机器人设备带动光学扫描设备运动到指定点，追踪设备能够识别到视场范围内靶锥体的标志点，配合光学扫描设备实时对被测物的表面进行建模，即可实现精确的三维扫描；能避免在被测物上面粘贴标志点，能适用于不能贴点的特殊场景，能做到在任意位置点进行扫描，能更合理地规划实际扫描路径。
附图说明
图1为本发明一个实施例的基于追踪式自动化扫描检测系统的检测方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例的基于追踪式自动化扫描检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
针对目前的贴点式自动化扫描检测中部分被测物无法粘贴标志点，以及贴点拼接鲁棒性较差的技术问题，本实施例提供一种基于追踪式自动化扫描检测系统及其检测方法；其中，本实施例的系统为一种多面体扫描仪以及三维扫描系统，搭配多相机标志点追踪系统，能实现不贴点自动化扫描。
参考图2，本实施例的基于追踪式自动化扫描检测系统包括追踪设备1、靶锥体2、光学扫描设备3和机器人设备4。
机器人设备4用于使光学扫描设备3运动。示例的，机器人设备4为机械臂。在其他实施例中，机器人设备4为其他能使光学扫描设备3运动的机械装置。
追踪设备1包括相机11，相机的数量可以为多个，比如两个相机。如此，追踪设备1为多相机追踪设备。可选的，追踪设备1还包括横梁12；相机11固定在横梁12上，具体是两个相机11固定在横梁12的两端；横梁12与驱动设备连接，具体是横梁12的中间位置与驱动设备的末端相连接；如此，相机能方便地移动和旋转。
靶锥体2的数量为多个，各个靶锥体2设置在光学扫描设备3上，比如多个靶锥体1固定在光学扫描设备3的多个表面。
靶锥体2上设有标志点21。示例的，靶锥体2外的表面固定有多个标志点21。
追踪设备1固定在光学扫描设备3的周围，具体是追踪设备1的多个相机围绕光学扫描设备3布设。
参考图1，本实施例的基于追踪式自动化扫描检测系统的检测方法包括步骤S1至步骤S5。其中，各个步骤的顺序是灵活的，比如步骤S2在步骤S1之前执行。
步骤S1、在待测空间内对追踪设备的相机进行标定。
步骤S1是对多相机追踪设备1进行标定。具体而言，在待测空间内(或者说待检测模型视场的范围内)，布置标定物，并在待测空间内的多个不同位置对追踪设备1的相机11进行标定。其中，标定物包含编码点和非编码点。
在一个实施例中，步骤S1包含步骤S101和S102。
步骤S101、利用近景摄影测量系统计算出标定物中标志点的三维坐标信息。
步骤S102、在多相机追踪设备中拍摄不同位置的标定物，或者说通过追踪设备的相机拍摄不同位置的标定物，计算得到各个相机的内外方位参数。
步骤S2、对预设的检测平台场景和被测物的计算机辅助设计模型进行虚拟装配。
步骤S2是设计计算机辅助设计模型(也称为CAD模型)的定位。在自动化扫描检测系统中，读取预设的检测平台场景，以及读取被检测的计算机辅助设计模型，然后完成平台和计算机辅助设计模型的虚拟装配。
在一个实施例中，步骤S2包含步骤S201至步骤S203。
步骤S201、在扫描检测系统中读取平台场景模型。
步骤S202、在扫描检测系统当中读取被测物的计算机辅助设计模型。
步骤S203、根据真实场景的安装情况完成被测物的计算机辅助设计模型与检测平台场景的虚拟装配。
步骤S3、根据被测物，以及已完成虚拟装配的计算机辅助设计模型与检测平台场景的相对位置关系，规划出扫描路径。
其中，计算机辅助设计模型与检测平台场景的相对位置关系是在实现虚拟装配的虚拟环境(比如能实现虚拟装配的软件所模拟的装配环境)中的相对位置关系。
步骤S3为扫描路径规划。根据被测物，以及软件中计算机辅助设计模型和检测平台场景的相对位置关系，自动化扫描检测系统会自动规划出一条合适的扫描路径。当然，用户可以手动、半自动在检测系统中添加一些扫描路径点。
在一个实施例中，步骤S3包含步骤S301和步骤S302。
步骤S301、根据输入的计算机辅助设计模型，以及光学扫描设备4(也称为扫描仪)、检测平台场景的系统参数，确定扫描路径点，比如确定出合适的扫描点或者关键扫描节点。
步骤S302、对步骤S301输出的扫描路径点进行规划，按照运动距离代价最小原则对扫描路径点进行顺序相连，生成扫描路径。具体的，按照机器人设备(比如机械臂)和转盘等外接设备的运动距离代价最小的原则，对所有的扫描路径点进行顺序相连，生成扫描路径。
步骤S4、根据扫描路径，通过机器人设备4带动光学扫描设备3运动到扫描路径的指定位置，追踪设备1识别光学扫描设备3上的靶锥体中的标志点，配合光学扫描设备3对被测物进行建模，获得被测物的实际被测模型。
步骤S4是系统的自动扫描。根据步骤S3的路径规划结果，系统会自动解算出机器人设备的运行的关键位置和运动顺序。如果采用的光学扫描设备3为线激光设备，追踪设备1(或称为多相机追踪系统)会实时追踪光学扫描设备上的靶锥体，自动化扫描检测系统会实时重建出线激光设备所到达的区域。如果采用的光学扫描设备3为拍照式重建设备，追踪设备1会在光学扫描设备到达规划出的关键位置(扫描路径的指定位置)后，追踪拍照式重建设备上的靶锥体2，对不同位置扫描模型进行拼接融合。直到机械臂(也即机器人设备)按照规划的路径和顺序运动完成后，对获得的被测物的实际被测模型进行数据后处理，包括补洞、去除不必要的边缘区域。
步骤S5、根据实际被测模型和计算机辅助设计模型，检测被测物的偏差。
步骤S5为偏差检测，具体是根据步骤S4获得的实际被测物模型和步骤S2导入的被测物的计算机辅助设计模型进行检测分析。所做的检测包括计算实际被测物的表面偏差、截面偏差、形位公差等，并可以输出检测报告。
本实施例通过具有多个相机的追踪设备1，与带有多个靶锥体2且固定在机器人设备4上的光学扫描设备3相结合，对被测物的表面进行实时建模，通过机器人设备4带动光学扫描设备3进行大范围运动到指定点，追踪设备1能够识别到视场范围内不被遮挡的光学扫描设备3上靶锥体2中的标志点，配合光学扫描设备3实时对被测物的表面进行建模，即可实现精确的三维扫描。本实施例的系统的整体结构简单，外形美观，并且通过合理的使用机器人设备以及布置多相机设备可以扩展工作区域。本实施例采用追踪式测量设备可以避免在被测物上面粘贴标志点，能适用于不能贴点的特殊场景，能做到在任意位置点进行扫描。本实施例在路径规划不需要考虑标志点拼接，能更合理地规划实际扫描路径。
本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由计算机程序来命令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于追踪式自动化扫描检测系统的检测方法，其特征在于，
所述系统包括追踪设备、靶锥体、光学扫描设备和机器人设备；所述追踪设备设有相机；所述靶锥体设置在所述光学扫描设备上；所述靶锥体上设有标志点；
所述方法包括：
在待测空间内对所述追踪设备的相机进行标定；
对预设的检测平台场景和被测物的计算机辅助设计模型进行虚拟装配；
根据所述被测物，以及已完成所述虚拟装配的所述计算机辅助设计模型与所述检测平台场景的相对位置关系，规划出扫描路径；
根据所述扫描路径，通过所述机器人设备带动所述光学扫描设备运动到指定位置，所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合所述光学扫描设备对所述被测物进行建模，获得所述被测物的实际被测模型；
根据所述实际被测模型和所述计算机辅助设计模型，检测所述被测物的偏差。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述在待测空间内对所述追踪设备的相机进行标定包括：在待测空间内布置标定物，并在所述待测空间内的多个不同位置对所述追踪设备的相机进行标定。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在待测空间内布置标定物，并在所述待测空间内的多个不同位置对所述追踪设备的相机进行标定，包括：
利用近景摄影测量系统计算出标定物中标志点的三维坐标信息；
通过所述追踪设备的相机拍摄不同位置的标定物，计算得到所述相机的内外方位参数。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述对预设的检测平台场景和被测物的计算机辅助设计模型进行虚拟装配包括：
读取预设的检测平台场景的模型；
读取被测物的计算机辅助设计模型；
根据真实场景的安装情况完成所述计算机辅助设计模型与所述检测平台场景的虚拟装配。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据所述被测物，以及已完成所述虚拟装配的所述计算机辅助设计模型与所述检测平台场景的相对位置关系，规划出扫描路径，包括：
根据所述计算机辅助设计模型，以及所述光学扫描设备、所述检测平台场景的系统参数，确定扫描路径点；
对所述扫描路径点进行规划，按照运动距离代价最小原则对所述扫描路径点进行顺序相连，生成扫描路径。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述光学扫描设备为线激光设备；
所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合光学扫描设备对所述被测物进行建模，包括：所述追踪设备实时追踪所述靶锥体，自动化扫描检测系统实时重建出所述线激光设备所到达的区域。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述光学扫描设备为拍照式重建设备；
所述追踪设备识别所述光学扫描设备上的靶锥体中的标志点，配合光学扫描设备对所述被测物进行建模，包括：所述追踪设备在所述拍照式重建设备到达规划出的扫描路径的指定位置后，追踪所述靶锥体，对不同位置的扫描模型进行拼接融合。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述相机的数量为多个；
所述靶锥体上设有多个标志点；
所述标志点设置在所述靶锥体的外表面；
所述靶锥体的数量为多个；
多个所述靶锥体固定在所述光学扫描设备的多个表面；
所述追踪设备固定在所述光学扫描设备的周围；
所述追踪设备还包括横梁；所述相机固定在所述横梁上；所述横梁与所述机器人设备连接；
还包括：对所述被测物的实际被测模型进行数据后处理；
所述数据后处理包括补洞和去除不必要的边缘区域；
所述偏差包括面偏差、截面偏差和形位公差。
9.一种基于追踪式自动化扫描检测系统，其特征在于：用于执行根据权利要求1至8任一项所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括：所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1至8任一项所述方法。
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