CN113670223A - 一种应用于3d视觉检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D视觉检测技术领域，且公开了一种应用于3D视觉检测的系统，包括机器人系统，所述机器人系统由机器人控制柜、机器人本体和示教器，所述机器人控制柜的输出端与工控机的输入端双向信号连接，所述工控机的输出端与面激光器的输入端双向信号连接。该应用于3D视觉检测系统及其方法，由于面激光可以高效的获取测量范围内的工件表面三维数据和灰度图像数据，且在机器人不运动的情况下一次性获取，同时整个系统不需要额外的辅助设备和标记点，系统可方便简单地实现部件装配和形位公差的检测，成本低，精度较高，系统可扩展性强，柔性强，可经过简单的模块编程及机器人路径编程用于其它产品的检测。

Description

一种应用于3D视觉检测系统及其方法

技术领域

本发明涉及3D视觉检测技术领域，具体为一种应用于3D视觉检测系统及其方法。

背景技术

现代工业生产中，产品的检测要求一般是多样性的，如错漏装的检测、关键点的形状公差以及位置度的测量等，机器人携带视觉传感器的检测方式以其非接触和自动化的特点被普遍采用，国内外对此也有相关的应用研究，包括整体的构架、温度补偿和控制算法等，但是错漏装检测和形位公差检测属于不同类型的检测，在视觉检测领域，对错漏装的检测通常通过平面图像处理的方法进行错漏和漏装的判别，而对形位公差的检测则通过工件三维点云数据的处理和计算进行。

目前主流的检测方式都不能很好的处理这种复杂的检测要求，诸如：机器人携带工业相机的方式，由于相机不能得到三维数据，仅能进行错漏装的检测，对关键点的形位公差无能为力，机器人携带线激光器扫描的方式，能有效检测形位公差，却很难检测装配正确与否，机器人同时携带线激光器和工业相机的方式能够同时进行形位公差和错漏装的检测，但是机器人末端携带两个传感器更容易带来干涉，传感器变位时会造成检测精度的损失，且线激光器依靠机器人提供第三轴坐标的方式使手眼标定非常复杂并且会造成所采集数据的精度损失，双目视觉的检测方式往往需要依靠外部设备(如激光跟踪仪)，或者在被测物体表面贴标记点，来完成系统的全局标定，前者会增加系统对应用场合的限制，后者会给检测造成不便，且双目视觉的检测方式成本会很高，故提出一种应用于3D视觉检测系统及其方法以解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于3D视觉检测系统及其方法，具备成本低、精度高和灵活性高的优点，解决了现有视觉检测技术进行零部件装配和形位公差检测时的灵活性差、精度不佳、实现复杂和成本高的现状的问题。

(二)技术方案

为实现上述成本低、精度高和灵活性高的目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于3D视觉检测的系统，包括机器人系统，所述机器人系统由机器人控制柜、机器人本体和示教器，所述机器人控制柜的输出端与工控机的输入端双向信号连接，所述工控机的输出端与面激光器的输入端双向信号连接，所述机器人控制柜的输出端与PLC控制装置的输入端双向信号连接，所述PLC控制装置的输入端与安全设备的输出端信号连接，所述PLC控制装置的输入端与工装夹具的输出端信号连接。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种应用于3D视觉检测系统的使用方法，包括以下步骤：

1)机器人带动面激光器，使被测位置在激光器视野范围内，对固定在三维空间中的标准球进行拍摄，根据所得到的三维位置数据拟合得到球心在面激光器坐标系下的坐标值；

2)机器人在工具坐标系下做平移运动，保证标准球仍在面激光器的视野范围内，记录机器人位置姿态，并再次进行拍摄，拟合，得到球心在激光器坐标系下的坐标值群；

3)多次改变机器人位置和姿态，每次测量并拟合球心，并记录机器人位置姿态，至此，激光器所采集到的三维数据可以转换至机器人世界坐标系下；

4)机器人带动面激光器至被测工件基准位置，面激光器拍摄基准数据，工控机根据所采集数据建立基准；

5)工控机控制机器人运动到第一个被测位置，随后面激光器采集被测工件表面的三维数据及灰度图像，工控机同时根据机器人当前的位置和姿态信息，将采集得到的三维数据变换到工件基准坐标系下；

6)第一个位置扫描完成之后，工控机控制机器人扫描第二个被测位置，并继续将采集得到的三维数据变换到工件基准坐标系下，如此循环，直至完成所检测数据采集任务；

7)完成检测数据采集后，工控机对工件基准坐标系下的数据进行处理，计算关键点的各种形位公差，工控机还对灰度图像数据进行处理，通过特征提取和识别的方法进行错漏装的检测，给出装配是否合格的结果；

8)数据处理完成后，检测结果将被上传至数据库存储，并生成图形化的统计报表。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种应用于3D视觉检测系统及其方法，具备以下有益效果：

该应用于3D视觉检测系统及其方法，由于面激光可以高效的获取测量范围内的工件表面三维数据和灰度图像数据，且在机器人不运动的情况下一次性获取，同时整个系统不需要额外的辅助设备和标记点，系统可方便简单地实现部件装配和形位公差的检测，成本低，精度较高，系统可扩展性强，柔性强，可经过简单的模块编程及机器人路径编程用于其它产品的检测。

附图说明

图1为本发明提出的一种应用于3D视觉检测系统及其方法的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种应用于3D视觉检测的系统，包括机器人系统，机器人系统由机器人控制柜、机器人本体和示教器，机器人控制柜的输出端与工控机的输入端双向信号连接，工控机的输出端与面激光器的输入端双向信号连接，机器人控制柜的输出端与PLC控制装置的输入端双向信号连接，PLC控制装置的输入端与安全设备的输出端信号连接，PLC控制装置的输入端与工装夹具的输出端信号连接，面激光传感器安装在机器人本体上，由机器人本体携带，对机器人本体运动范围内的被测位置采集工件表面三维数据，面激光器在采集工件表面三维数据的同时还能采集灰度图像数据，采集所得的工件表面三维数据可用于工件关键点形位公差检测，采集所得的灰度图像数据可用于工件错漏装检测，机器人本体用于带动面激光传感器以到达工件被检测位置，机器人控制柜用于机器人本体的伺服控制，机器人控制柜和工控机连接用于传输机器人位姿数据，机器人示教器用于机器人编程调试，工控机连接面激光器和机器人控制柜，用于检测过程的控制及检测数据的处理，工控机根据检测计划启动检测过程，控制机器人运动到工件被测位置，通过面激光器采集被测工件表面三维数据及灰度图像数据，对采集到的数据进行处理和分析得到检测结果，工控机在PLC给出停止检测信号时终止检测过程，安全设备包括安全光栅和安全门，安全光栅用于人员闯入的检测，安全门主要留与检修用，安全设备还包括安全围栏，为机器人划分出一片可靠的安全活动空间。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种应用于3D视觉检测系统的使用方法，包括以下步骤：

1)机器人带动面激光器，使被测位置在激光器视野范围内，对固定在三维空间中的标准球进行拍摄，根据所得到的三维位置数据拟合得到球心在面激光器坐标系下的坐标值；

2)机器人在工具坐标系下做平移运动，保证标准球仍在面激光器的视野范围内，记录机器人位置姿态，并再次进行拍摄，拟合，得到球心在激光器坐标系下的坐标值群；

3)多次改变机器人位置和姿态，每次测量并拟合球心，并记录机器人位置姿态，至此，激光器所采集到的三维数据可以转换至机器人世界坐标系下；

4)机器人带动面激光器至被测工件基准位置，面激光器拍摄基准数据，工控机根据所采集数据建立基准；

5)工控机控制机器人运动到第一个被测位置，随后面激光器采集被测工件表面的三维数据及灰度图像，工控机同时根据机器人当前的位置和姿态信息，将采集得到的三维数据变换到工件基准坐标系下；

6)第一个位置扫描完成之后，工控机控制机器人扫描第二个被测位置，并继续将采集得到的三维数据变换到工件基准坐标系下，如此循环，直至完成所检测数据采集任务；

7)完成检测数据采集后，工控机对工件基准坐标系下的数据进行处理，计算关键点的各种形位公差，工控机还对灰度图像数据进行处理，通过特征提取和识别的方法进行错漏装的检测，给出装配是否合格的结果；

8)数据处理完成后，检测结果将被上传至数据库存储，并生成图形化的统计报表。

综上所述，该应用于3D视觉检测系统及其方法，由于面激光可以高效的获取测量范围内的工件表面三维数据和灰度图像数据，且在机器人不运动的情况下一次性获取，同时整个系统不需要额外的辅助设备和标记点，系统可方便简单地实现部件装配和形位公差的检测，成本低，精度较高，系统可扩展性强，柔性强，可经过简单的模块编程及机器人路径编程用于其它产品的检测，解决了现有视觉检测技术进行零部件装配和形位公差检测时的灵活性差、精度不佳、实现复杂和成本高的现状的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种应用于3D视觉检测的系统，包括机器人系统，所述机器人系统由机器人控制柜、机器人本体和示教器，其特征在于：所述机器人控制柜的输出端与工控机的输入端双向信号连接，所述工控机的输出端与面激光器的输入端双向信号连接，所述机器人控制柜的输出端与PLC控制装置的输入端双向信号连接，所述PLC控制装置的输入端与安全设备的输出端信号连接，所述PLC控制装置的输入端与工装夹具的输出端信号连接。

2.一种应用于3D视觉检测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)机器人带动面激光器，使被测位置在激光器视野范围内，对固定在三维空间中的标准球进行拍摄，根据所得到的三维位置数据拟合得到球心在面激光器坐标系下的坐标值；

2)机器人在工具坐标系下做平移运动，保证标准球仍在面激光器的视野范围内，记录机器人位置姿态，并再次进行拍摄，拟合，得到球心在激光器坐标系下的坐标值群；

3)多次改变机器人位置和姿态，每次测量并拟合球心，并记录机器人位置姿态，至此，激光器所采集到的三维数据可以转换至机器人世界坐标系下；

4)机器人带动面激光器至被测工件基准位置，面激光器拍摄基准数据，工控机根据所采集数据建立基准；

5)工控机控制机器人运动到第一个被测位置，随后面激光器采集被测工件表面的三维数据及灰度图像，工控机同时根据机器人当前的位置和姿态信息，将采集得到的三维数据变换到工件基准坐标系下；

6)第一个位置扫描完成之后，工控机控制机器人扫描第二个被测位置，并继续将采集得到的三维数据变换到工件基准坐标系下，如此循环，直至完成所检测数据采集任务；

7)完成检测数据采集后，工控机对工件基准坐标系下的数据进行处理，计算关键点的各种形位公差，工控机还对灰度图像数据进行处理，通过特征提取和识别的方法进行错漏装的检测，给出装配是否合格的结果；

8)数据处理完成后，检测结果将被上传至数据库存储，并生成图形化的统计报表。

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