CN114111627A - 基于激光跟踪仪的扫描系统和扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种基于激光跟踪仪的扫描系统和扫描方法，是用于获取工件轮廓的扫描系统，扫描系统包括：靶球，激光跟踪仪、机械臂、导轨、扫描仪、姿态探测器、以及控制模块，靶球包括设置于工件的第一靶球和设置于姿态探测器的第二靶球，激光跟踪仪配置为跟踪第一靶球以建立空间坐标系并配置为跟踪第二靶球以跟踪姿态探测器，机械臂可滑动地设置于导轨，扫描仪对工件进行仿形运动，姿态探测器包括第一姿态探测器和第二姿态探测器，扫描仪设置于第一姿态探测器和第二姿态探测器之间，控制模块配置为基于激光跟踪仪和\或姿态探测器的测量数据控制机械臂的运动方式。在这种情况下，能够在扫描大型工件的轮廓时提高扫描精确度。

Description

基于激光跟踪仪的扫描系统和扫描方法

技术领域

本发明大体涉及工业自动控制系统装置制造和智能监测装置，特别涉及一种基于激光跟踪仪的扫描系统和扫描方法。

背景技术

在工件加工完成后，需要对工件进行检测以确保工件符合加工需求。目前，常用工件扫描仪对工件进行扫描并获得工件的轮廓。然而，对于大型工件或超大型工件(例如起重机的起重臂、高铁客舱、或挖掘机的大小臂等工件)，通过工作人员手持扫描仪进行扫描，不仅会消耗大量的时间，该方法会对工作人员造成较大的负担。

鉴于以上情况，近来以试图将扫描仪安装在机械臂上并且通过机械臂控制扫描仪完成扫描并获得工件的轮廓。CN100375888C公开了一种三维形状测量方法及测量设备，能够在使安装在机器人上的三维测量装置沿着工件表面运动，并在短时间测量出工件的形状。

然而，该方法中的扫描仪通过激光位移计和红外检测器检测扫描器的位置和姿态，在测量大型工件或超大型工件时，难以保证高精确度，同时该方法未考虑扫描仪被遮挡时无法确定扫描仪的具体位置的情况，无法随时根据扫描仪的姿态和位置控制扫描仪的运动方式。

发明内容

本发明是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种在扫描大型工件的轮廓时能够提高扫描精确度，并能够降低因扫描仪被遮挡而无法确定扫描仪的具体位置而造成的影响的基于激光跟踪仪的扫描系统和扫描方法。

为此，本发明的第一方面提供一种基于激光跟踪仪的扫描系统，是用于获取工件轮廓的扫描系统，所述扫描系统包括：机械臂、导轨、扫描仪、姿态探测器、靶球、激光跟踪仪、以及控制模块，所述机械臂可滑动地设置于所述导轨，所述扫描仪设置于所述机械臂并在所述机械臂的驱动下对所述工件进行仿形运动，所述姿态探测器包括第一姿态探测器和第二姿态探测器，所述扫描仪设置于所述第一姿态探测器和所述第二姿态探测器之间，所述靶球包括设置于所述工件的第一靶球和设置于所述姿态探测器的第二靶球，所述激光跟踪仪配置为跟踪所述第一靶球以建立空间坐标系并配置为跟踪所述第二靶球以跟踪所述第一姿态探测器或所述第二姿态探测器，在获取所述工件的轮廓时，所述扫描仪、所述第一姿态探测器和所述第二姿态探测器之间相对静止，所述控制模块配置为基于所述激光跟踪仪和\或姿态探测器的测量数据控制所述机械臂的运动方式。

在这种情况下，能够通过扫描仪的仿形运动对工件进行扫描以获得工件的轮廓，在利用多个激光跟踪仪进行测量时，能够在利用激光跟踪仪跟踪姿态探测器并获得第一姿态探测器或第二姿态探测器的空间坐标，进而能够计算扫描仪的空间坐标，利用姿态探测器和激光跟踪仪反馈的数据，能够提高扫描仪的仿形运动的精确性，进而能够提高扫描精确度。

另外，在本发明第一方面所涉及的扫描系统中，可选地，所述导轨包括第一导轨和第二导轨，所述工件设置于所述第一导轨和所述第二导轨之间，所述机械臂包括设置于所述第一导轨的第一机械臂和设置于所述第二导轨的第二机械臂。在这种情况下，能够分别在两个方向同时对工件进行扫描，同时，由于，工件设置于第一导轨和第二导轨之间，能够利用在第一导轨附近扫描的工件轮廓和在第二导轨附近扫描的工件轮廓组合获得完整的工件轮廓。

另外，在本发明第一方面所涉及的扫描系统中，可选地，所述激光跟踪仪分别包括靠近所述第一导轨的第一激光跟踪仪和靠近所述第二导轨的第二激光跟踪仪，所述第一激光跟踪仪配置为跟踪所述第一导轨的第一机械臂的姿态探测器的第二靶球以跟踪该姿态探测器；所述第二激光跟踪仪配置为跟踪所述第二导轨的第二机械臂的姿态探测器的第二靶球以跟踪该姿态探测器。在这种情况下，能够同时利用多个激光跟踪仪跟踪不同的姿态探测器，同时能够减少因姿态探测器被遮挡而造成的问题，并且，能够同时利用多个激光跟踪仪跟踪不同的姿态探测器，同时能够减少因姿态探测器被遮挡而造成的问题。

另外，在本发明第一方面所涉及的扫描系统中，可选地，所述第一靶球设置于能够同时被所述第一激光跟踪仪和所述第二激光跟踪仪检测的位置。在这种情况下，能够利用第一激光跟踪仪和第二激光跟踪仪检测第一靶球以建立统一的空间坐标系。

另外，在本发明第一方面所涉及的扫描系统中，可选地，所述靶球包括设置于所述工件的多个第一靶球，所述多个第一靶球包括3个不在同一直线上的第一靶球。在这种情况下，能够提高空间坐标系的精确度。

另外，在本发明第一方面所涉及的扫描系统中，可选地，所述控制模块包括处理单元和输入单元，所述处理单元配置为接收所述激光跟踪仪和姿态探测器的测量数据控并进行计算，所述输入单元配置为输入与工件形状相关联的文件。在这种情况下，能够基于与工件形状相关联的文件调整扫描仪的运动方式，或基于与工件形状相关联的文件生成扫描仪移动路线。

另外，在本发明第一方面所涉及的扫描系统中，可选地，所述激光跟踪仪设置于所述第一导轨的中心位置和所述第二导轨的中心位置的连线附近。由于靶球与激光跟踪仪的距离会影响激光跟踪仪获得的空间坐标的精确度，由此，将激光跟踪仪设置于中间位置能够提高激光跟踪仪的测量精确度，进而能够提高扫描仪的运动精度。

本发明的第二方面提供一种基于激光跟踪仪的扫描方法，是用于获取工件轮廓的扫描方法，其特征在于，包括：利用激光跟踪仪跟踪设置于所述工件的第一靶球以建立空间坐标系，利用所述激光跟踪仪跟踪设置于姿态探测器的第二靶球以测量所述姿态探测器的空间坐标，所述姿态探测器包括第一姿态探测器和第二姿态探测器，在所述第一姿态探测器和所述第二姿态探测器之间设置有扫描仪，驱动所述扫描仪至目标平面并沿所述工件的表面做仿形运动，在所述目标平面并沿所述工件的表面做仿形运动时，基于所述激光跟踪仪和\或姿态探测器的测量数据控制所述扫描仪的运动方式。

在这种情况下，能够通过扫描仪的仿形运动对工件进行扫描以获得工件的轮廓，在利用多个激光跟踪仪进行测量时，能够在利用激光跟踪仪跟踪姿态探测器并获得第一姿态探测器或第二姿态探测器的空间坐标，进而能够计算扫描仪的空间坐标，利用姿态探测器和激光跟踪仪反馈的数据，能够提高扫描仪的仿形运动的精确性，进而能够提高扫描精确度。

另外，在本发明第二方面所涉及的扫描方法中，利用多个所述激光跟踪仪分别跟踪设置于所述工件的第一靶球以建立空间坐标系，利用所述多个激光跟踪仪分被跟踪设置于不同所述姿态探测器的第二靶球以测量不同所述姿态探测器的空间坐标。在这种情况下，能够将多个激光跟踪仪的测量坐标系统一，进而能够将各个激光跟踪仪测量的数据相联系，同时，能够通过测量姿态探测器空间坐标获得扫描仪的空间坐标。

另外，在本发明第二方面所涉及的扫描方法中，设定多个互相平行的目标平面，当所述扫描仪在一个目标平面完成扫描时，驱动所述扫描仪到相邻的目标平面并沿所述工件的表面做仿形运动。在这种情况下，能够获得工件在多个目标平面的完整轮廓或部分轮廓，进而能够获得工件整体的大致轮廓。

根据本发明，能够提供一种在扫描大型工件的轮廓时能够提高扫描精确度，并能够降低因扫描仪被遮挡而无法确定扫描仪的具体位置而造成的影响的基于激光跟踪仪的扫描系统和扫描方法。

附图说明

现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本发明，其中：

图1是示出了本发明实施方式所涉及的基于激光跟踪仪的扫描系统的立体场景示意图。

图2是示出了本发明实施方式所涉及的基于激光跟踪仪的扫描系统的正视图。

图3是示出了本发明实施方式所涉及的基于激光跟踪仪的扫描系统的俯视图。

图4是示出了本发明实施方式所涉及的姿态探测器和扫描仪安装于机械臂时的示意图。

图5是示出了本发明实施方式所涉及的扫描方法的流程图。

图6是示出了本发明实施方式所涉及的激光跟踪仪跟踪第一姿态探测器的示意图。

图7是示出了本发明实施方式所涉及的激光跟踪仪跟踪第二姿态探测器的示意图。

图8是示出了本发明实施方式所涉及的建立坐标系统的示意图。

图9是示出了本发明实施方式所涉及的仿形运动的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

需要说明的是，本发明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本发明的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本发明的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。

本发明公开了一种基于激光跟踪仪的扫描系统，是一种获取工件轮廓的扫描系统。在一些示例中，基于激光跟踪仪的扫描系统也可以称为扫描系统、工件扫描系统、轮廓提取系统或工件检测系统。

在一些示例中，扫描系统可以包括：扫描仪、机械臂、导轨、扫描仪、姿态探测器、靶球，激光跟踪仪、以及控制模块，

在一些示例中，机械臂可滑动地设置于导轨。在这种情况下，机械臂能够沿导轨移动至目标平面。在一些示例中，扫描仪可以设置于机械臂并在机械臂的驱动下对工件进行仿形运动。在这种情况下，能够通过扫描仪进行仿形运动对工件进行扫描以获得工件的轮廓。

在一些示例中，姿态探测器可以包括第一姿态探测器和第二姿态探测器，扫描仪设置于第一姿态探测器和第二姿态探测器之间。在这种情况在，可以在不同的时间使用不同的姿态探测器进行测量，例如使用不会被遮挡的姿态探测器进行测量，从而能够减少因激光跟踪仪无法跟踪姿态探测器而无法获得姿态探测器和\或扫描仪的空间坐标。

在一些示例中，靶球可以包括设置于工件的第一靶球和设置于姿态探测器的第二靶球，激光跟踪仪可以配置为跟踪第一靶球以建立空间坐标系并配置为跟踪第二靶球以跟踪姿态探测器。在这种情况下，能够在利用多个激光跟踪仪进行测量时，建立统一的空间坐标系，同时能够在利用激光跟踪仪跟踪姿态探测器。

在一些示例中，在获取工件的轮廓时，扫描仪、第一姿态探测器和第二姿态探测器之间相对静止。在这种情况下，获得第一姿态探测器或第二姿态探测器的空间坐标后，能够计算扫描仪的空间坐标。

在一些示例中，控制模块可以配置为基于激光跟踪仪和\或姿态探测器的测量数据控制机械臂的运动方式。在这种情况下，利用姿态探测器和激光跟踪仪反馈的数据，能够根据工件的实际形状对机械臂的运动方式进行调整，从而能够提高扫描仪的仿形运动的精确性，进而能够提高扫描精确度，同时利用姿态探测器和激光跟踪仪反馈的数据控制仿形运动能够令扫描仪的仿形运动的精确度不受机械臂本身的精确度影响。

以下结合附图进一步描述本发明。

图1是示出了本发明实施方式所涉及的基于激光跟踪仪16的扫描系统1的立体场景示意图。图2是示出了本发明实施方式所涉及的基于激光跟踪仪16的扫描系统1的正视图。图3是示出了本发明实施方式所涉及的基于激光跟踪仪16的扫描系统1的俯视图。

在一些示例中，如图1所示，扫描系统1可以包括机械臂12、导轨11、扫描仪13和姿态探测器14。

在一些示例中，导轨11可以包括第一导轨11a和第二导轨11b，工件2可以设置于第一导轨11a和第二导轨11b之间，机械臂12可以包括设置于第一导轨11a的第一机械臂12a和设置于第二导轨11b的第二机械臂12b。在这种情况下，能够分别在两个方向同时对工件2进行扫描，同时，由于工件2设置于第一导轨11a和第二导轨11b之间，能够利用在第一导轨11a附近扫描的工件2轮廓和在第二导轨11b附近扫描的工件2轮廓组合获得完整的工件2轮廓。

在一些示例中，导轨11的数量可以根据工件2的形状进行调整，例如对于方形的工件2，导轨11可以包括第一导轨11a、第二导轨11b、第三导轨(未图示)、和第四导轨(未图示)，并且各个导轨11可以设置有机械臂12、扫描仪13和姿态探测器14，工件2可以设置于第一导轨11a、第二导轨11b、第三导轨、和第四导轨之间。在这种情况下，能够利用多个扫描仪13对工件2的表面进行扫描，提高扫描效率。

在一些示例中，导轨11可以包括直线导轨或弧形导轨中的至少一种。在一些示例中，可以根据工件2的形状选择导轨11的类型，例如令导轨11以大致平行于工件2的边缘的方式设置在工件2的附近或围绕工件2。在这种情况下，能够便于扫描仪13和姿态探测器14对工件2的表面进行扫描。

在一些示例中，导轨11可以为环绕工件2的环形导轨。在这种情况下，能够令设置在环形导轨上的机械臂12环绕工件2并对工件2进行扫描。

图4是示出了本发明实施方式所涉及的姿态探测器14和扫描仪13安装于机械臂12时的示意图。

在一些示例中，机械臂12可滑动地设置于导轨11。在这种情况下，机械臂12能够在导轨11自由地滑动。在一些示例中，如上所述，机械臂12可以包括分别设置于第一导轨11a的第一机械臂12a和设置于第二导轨11b的第二机械臂12b。在一些示例中，机械臂12也可以包括分别设置于第一导轨11a的第一机械臂12a、设置于第二导轨11b的第二机械臂12b、设置于第三导轨的第三机械臂12、设置于第四导轨的第四机械臂12、以及设置于第五导轨的第五机械臂12。

在一些示例中，如图4所示，机械臂12可以设置有扫描仪13和姿态探测器14。

在一些示例中，机械臂12可以具有多个驱动机构，在这种情况下，机械臂12能够带动扫描仪13的以使扫描仪13以任意的姿态到达工件2附近的任意位置。

在一些示例中，在一个导轨11中也可以具有多个机械臂12，例如，一个导轨11可以设置有2个机械臂12，2个机械臂12可以在端部和导轨11的中点之间自由移动，2个机械臂12也可以在导轨11中以相同的方向进行移动。在这种情况下，能够利用同一个导轨11上的机械臂12减少单个机械臂12移动的距离，进而能够减少扫描时间。

在一些示例中，如上所述，扫描仪13可以设置于机械臂12并在机械臂12的驱动下对工件2进行仿形运动。

在一些示例中，机械臂12的端部可以设置有固定架15。在一些示例中，扫描仪13和姿态探测器14可以共同安装在固定架15上。在这种情况下，扫描仪13和姿态探测器14能够具有相同的移动方式。

在一些示例中，固定架15可以呈十字形、三角形、或其他多边形，在一些示例中，扫描仪13可以设置于固定架15的中央位置。

在一些示例中，扫描仪13可以为能够进行线扫描的激光扫描仪13。

在一些示例中，激光扫描仪13可以将激光扩散成线激光投射在工件2表面形成漫反射，使反射光在互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)传感器上成像后，通过检测位置及形状的变化测量表面轮廓。

在一些示例中，扫描仪13的工作距离可以为211mm、245mm、279mm、285mm、380mm、280mm、600mm、980mm或1380mm等，在这种情况下，能够根据工件2的形状选择合适的扫描仪13，例如体积越大的工件2能够选越大的工作距离。

在一些示例中，扫描仪13具有不同的工作距离可以具有不同的扫描宽度，例如，当扫描仪13的工作距离为245mm时，扫描仪13的扫描宽度可以为72mm；当扫描仪13的工作距离为380mm，扫描仪13的扫描宽度可以为320mm；当扫描仪13的工作距离为980mm时，扫描仪13的扫描宽度可以为510mm。

在一些示例中，姿态探测器14可以用于检测姿态，例如姿态探测器14可以检测姿态探测器14在各个方位的倾斜角度，并发送至控制模块。在这种情况下，能够根据姿态探测器14的数据计算扫描仪13的姿态，控制模块进而能够根据扫描仪13的姿态和/或高度数据对扫描仪13的运动方式(也即机械臂12的运动方式)进行调整。

在一些示例中，姿态探测器14包括第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b，扫描仪13设置于第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b之间。换言之，任意一个扫描仪13可以与至少两个姿态探测器14(第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b)相配合。

在一些示例中，如图4所示，第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b可以分被设置在扫描仪13的扫描方向的左右两侧，例如，第一姿态探测器14a可以设置于固定架15的左端，第二姿态探测器14b可以设置于固定架15的右端。在这种情况下，能够令第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b中至少有一个姿态探测器14处于不被机械臂12或扫描仪13遮挡。

在一些示例中，第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b中的至少一个姿态探测器14可以处于开启状态，并且激光跟踪仪16可以跟踪处于开启状态的姿态探测器14(后续描述)，在这种情况下，能够在姿态探测器14(例如第一姿态探测器14a)存在被遮挡的情况下及时切换姿态探测器14(例如第二姿态探测器14b)，从而能够减少因姿态探测器14(例如第一姿态探测器14a)被遮挡而无法获得姿态探测器14(例如第二姿态探测器14b)或扫描仪13的空间坐标的情况发生。

在一些示例中，在获取工件2的轮廓时，扫描仪13、第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b之间相对静止。在这种情况下，在获得第一姿态探测器14a或第二姿态探测器14b的空间坐标时，可以通过扫描仪13、第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b之间相对位置关系获得扫描仪13的空间坐标，进而能够更精确地控制扫描仪13的运动方式。

在一些示例中，扫描系统1还可以包括激光跟踪仪16和靶球(未图示)。在一些示例中，激光跟踪仪16可以跟踪靶球并获得靶球的位置(也即靶球的空间坐标)。

在一些示例中，激光跟踪仪16可以分别包括靠近第一导轨11a的第一激光跟踪仪16a和靠近第二导轨11b的第二激光跟踪仪16b。

在一些示例中，靶球可以包括设置于工件2的第一靶球3a。在一些示例中，第一靶球3a可以设置于能够同时被第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b检测的位置，例如，第一靶球3a可以设置于工件2的上表面。在这种情况下，能够利用第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b检测第一靶球3a以建立统一的空间坐标系。

在一些示例中，靶球包括设置于工件2的多个第一靶球3a，多个第一靶球3a包括3个不在同一直线上的第一靶球3a。在这种情况下，能够提高空间坐标系的精确度，从而能够提高工件的轮廓扫描的精确度。

在一些示例中，空间坐标系可以以第一激光跟踪仪16a的鸟巢为原点。在一些示例中，空间坐标系可以以第二激光跟踪仪16b的鸟巢为原点。在一些示例中，空间坐标系可以以工件2的几何中心为原点。在一些示例中，空间坐标系可以以工件2上的任意一点为原点。在一些示例中，空间坐标系可以以任意一个靶球的位置为原点。在这种情况下，能够基于不同的工件2形状设定空间坐标的原点位置。

在一些示例中，靶球可以包括设置于姿态探测器14的第二靶球3b。在这种情况下，激光跟踪仪16能够跟踪第二靶球3b以获得姿态探测器14的空间坐标，进而能够获得扫描仪13的空间坐标。

在一些示例中，第二靶球3b可以设置于姿态探测器14的任意一侧。在一些示例中，如图4所示，第二靶球3b可以设置于姿态探测器14的底部。在一些示例中，第二靶球3b还可以设置于扫描仪13上，在一些示例中，第二靶球3b还可以设置于固定架15上。

在一些示例中，固定架15可以设置有多个第二靶球3b，并且可以利用多个激光跟踪仪16跟踪各个第二靶球3b并获得固定架15的位置。在这种情况下，能够利用固定架15的位置确定扫描仪13的姿态和位置。

在一些示例中，激光跟踪仪16可以分别包括靠近第一导轨11a的第一激光跟踪仪16a和靠近第二导轨11b的第二激光跟踪仪16b。第一激光跟踪仪16a配置为跟踪第一导轨11a的第一机械臂12a的姿态探测器14(例如第一姿态探测器14a或第二姿态探测器14b)的第二靶球3b以跟踪该姿态探测器14；第二激光跟踪仪16b配置为跟踪第二导轨11b的第二机械臂12b的姿态探测器14(例如第一姿态探测器14a或第二姿态探测器14b)的第二靶球3b以跟踪该姿态探测器14。在这种情况下，能够同时利用多个激光跟踪仪16跟踪不同的姿态探测器14，同时能够减少因姿态探测器14被遮挡而造成的问题。

在一些示例中，如图3所示，激光跟踪仪16可以设置于第一导轨11a的中心位置和第二导轨11b的中心位置的连线附近。由于靶球与激光跟踪仪16的距离会影响激光跟踪仪16获得的空间坐标的精确度，由此，将激光跟踪仪16设置于中间位置能够提高激光跟踪仪16的测量精确度，进而能够提高扫描仪13的运动精度。

在一些示例中，扫描系统1还可以包括控制模块。控制模块可以配置为基于激光跟踪仪16和\或姿态探测器14的测量数据控制机械臂12的运动方式。在这种情况下，能够利用控制模块基于激光跟踪仪16和\或姿态探测器14的实时的测量数据进行计算，并获得机械臂12的控制方案，从而能够实现机械臂12的实时控制。

在一些示例中，控制模块可以包括处理单元和输入单元，处理单元配置为接收激光跟踪仪16和姿态探测器14的测量数据控并进行计算，输入单元配置为输入与工件2形状相关联的文件。在这种情况下，能够基于与工件2形状相关联的文件调整扫描仪13的运动方式，或基于与工件2形状相关联的文件生成扫描仪13移动路线。

在一些示例中，控制模块可以基于与工件2形状相关联的文件控制扫描仪13对工件2进行仿形运动。在一些示例中，控制模块可以基于激光跟踪仪16和\或姿态探测器14的测量数据控制扫描仪13对工件2进行仿形运动。在一些示例中，控制模块可以基于与工件2形状相关联的文件控制扫描仪13对工件2进行仿形运动的基础上，根据激光跟踪仪16和\或姿态探测器14的测量数据对扫描仪13的仿形运动进行调整。

本公开还涉及一种基于激光跟踪仪16的工件2轮廓的扫描方法，是用于获取工件2轮廓的扫描方法，本公开所涉及的基于激光跟踪仪16的工件2轮廓的扫描方法也可以称为扫描方法、工件2扫描方法、轮廓提取方法或工件2检测方法。本公开所涉及的扫描方法能够在扫描大型工件2的轮廓时提高扫描精确度。

在一些示例中，本公开的扫描方法可以通过上文所述的扫描系统1实现。

图5是示出了本发明实施方式所涉及的扫描方法的流程图。

如图5所示，扫描方法可以包括：利用激光跟踪仪16跟踪设置于工件2的第一靶球3a以建立空间坐标系(步骤S100)，利用激光跟踪仪16跟踪设置于姿态探测器14的第二靶球3b以测量姿态探测器14的空间坐标，姿态探测器14包括第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b，在第一姿态探测器14a和第二姿态探测器14b之间设置有扫描仪13，驱动扫描仪13至目标平面并沿工件2的表面做仿形运动(步骤S200)，在目标平面并沿工件2的表面做仿形运动时，基于激光跟踪仪16和\或姿态探测器14的测量数据控制扫描仪13的运动方式(步骤S300)。在这种情况下，能够通过扫描仪13的仿形运动对工件2进行扫描以获得工件2的轮廓，同时可以在不同的时间使用不同的姿态探测器14进行测量，例如使用不会被遮挡的姿态探测器14进行测量，进而能够减少因激光跟踪仪16无法跟踪姿态探测器14而无法获得姿态探测器14和\或扫描仪13的空间坐标。

以下，在两个激光跟踪仪16(例如第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b)和两个导轨11(例如第一导轨11a和第二导轨11b)的情况下对扫描方法进行说明。但本公开不限于此，激光跟踪仪16和导轨11的数量也可以为1或不少于3。

图8是示出了本发明实施方式所涉及的建立坐标系统的示意图。

在步骤S100中，可以建立空间坐标系。

在一些示例中，可以利用多个激光跟踪仪16(例如第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b)分别跟踪设置于工件2的第一靶球3a以建立空间坐标系。在一些示例中，确定空间坐标系后，各个激光跟踪仪16可以将坐标原点设置在同一点。在这种情况下，能够将多个激光跟踪仪16的测量坐标系统一，进而能够将各个激光跟踪仪16测量的数据相联系。

在一些示例中，如图8所示，第一靶球3a可以包括多个设置在工件2的多个第一靶球3a，并且多个第一靶球3a设置在能够同时被各个激光跟踪仪16跟踪的位置，并且多个第一靶球3a包括至少3个不在同一直线的第一靶球3a。在这种情况下，能够通过各个激光跟踪仪16对3个不在同一直线的第一靶球3a的空间坐标进行测量以在各个激光跟踪仪16中形成统一的空间坐标系。

在步骤S200中，可以驱动扫描仪13至目标平面并沿工件2的表面做仿形运动。

在一些示例中，可以设定多个互相平行的目标平面，当扫描仪13在一个目标平面完成扫描时，驱动扫描仪13到相邻的目标平面并沿工件2的表面做仿形运动。在这种情况下，能够获得工件2在多个目标平面的完整轮廓或部分轮廓，进而能够获得工件2整体的大致轮廓。

在一些示例中，第一扫描仪13a和第二扫描仪13b到达并进行扫描的目标平面可以相同。在这种情况下，由于第一扫描仪13a能够扫描工件2一侧的轮廓，第二扫描仪13b能够扫描工件2另一侧的轮廓。由此，能够利用工件2两侧的轮廓获得工件2在目标平面的完整的轮廓。

在一些示例中，第一扫描仪13a和第二扫描仪13b的需要到达的并需要进行扫描的目标平面可以不相同，例如第一扫描仪13a扫描的多个目标平面可以与第二扫描仪13b的多个目标平面可以互相间隔。

在一些示例中，目标平面的数量可以不小于预设值，在一些示例中，预设值可以大于3，例如为预设值可以3、4、5、6、10、20等。在一些示例中，若目标平面的数量为5，则第一扫描仪13a可以依次扫描5个目标平面并且第二扫描仪13b可以依次扫描5个目标平面。

在一些示例中，第一扫描仪13a和第二扫描仪13b的到达并需要进行扫描的目标平面的数量可以不相同。在一些示例中，第一扫描仪13a和第二扫描仪13b的需要到达的并需要进行扫描的目标平面的数量可以根据工件2的复杂程度设定。例如，第一扫描仪13a可以设定为需要一次到达7个目标平面进行扫描，而第二扫描仪13b可以设定为需要依次到达3个目标平面进行扫描。在这种情况下，当目标平面越多，获得的轮廓信息越丰富。由此，能够通过扫描多个工件2在多个目标平面中的轮廓获得更加详细的工件2表面轮廓。

图6是示出了本发明实施方式所涉及的激光跟踪仪16跟踪第一姿态探测器14a的示意图。

图7是示出了本发明实施方式所涉及的激光跟踪仪16跟踪第二姿态探测器14b的示意图。

在一些示例中，可以利用多个激光跟踪仪16分被跟踪设置于不同姿态探测器14的第二靶球3b以测量不同姿态探测器14的空间坐标。在这种情况下，能够通过测量姿态探测器14空间坐标获得扫描仪13的空间坐标。

在一些示例中，如图6所示，开始扫描时，第一扫描仪13a与第二扫描仪13b可以设置于同一个目标平面的附近。

在一些示例中，如图6所示，第一激光跟踪仪16a可以跟踪第一导轨11a上的第一机械臂12a上的第一姿态探测器14a，第二激光跟踪仪16b可以跟踪第二导轨11b上的第二机械臂12b上的第一姿态探测器14a。在这种情况下，相对于第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b，第一姿态探测器14a不会被遮挡，由此能够使第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b随时获得第一姿态探测器14a的空间坐标，进而能够随时获得第一扫描仪13a和第二扫描仪13b的空间坐标。

在一些示例中，开始扫描时，第一扫描仪13a与第二扫描仪13b也可以设置于不同的目标平面的附近。

在一些示例中，如图7所示，第一激光跟踪仪16a可以跟踪第一导轨11a上的第一机械臂12a上的第二姿态探测器14b，第二激光跟踪仪16b可以跟踪第二导轨11b上的第二机械臂12b上的第二姿态探测器14b。在这种情况下，相对于第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b，第二姿态探测器14b不会被遮挡，由此能够使第一激光跟踪仪16a和第二激光跟踪仪16b随时获得第二姿态探测器14b的空间坐标，进而能够随时获得第一扫描仪13a和第二扫描仪13b的空间坐标。

在一些示例中，当机械臂12靠近激光跟踪仪16并且能够同时检测到设置于第一姿态探测器14a的第二靶球3b和设置于第二姿态探测器14b的第二靶球3b时，激光跟踪仪16可以切换跟踪的第二靶球3b，例如，从跟踪设置于第一姿态探测器14a的第二靶球3b切换为跟踪设置于第二姿态探测器14b的第二靶球3b。

在一些示例中，当机械臂12经过第一导轨11a的中心位置和第二导轨11b的中心位置的连线时，激光跟踪仪16可以切换跟踪的第二靶球3b。在一些示例中，当第一机械臂12a与第一激光跟踪仪16a的距离最小时，第一激光跟踪仪16a可以切换跟踪的第二靶球3b，当第二机械臂12b与第二激光跟踪仪16b的距离最小时，第二激光跟踪仪16b可以切换跟踪的第二靶球3b。在这种情况下，能够使激光跟踪仪16在合适的情况下(也即不会丢失第二靶球3b的空间坐标的情况下)切换跟踪的第二靶球3b。

在一些示例中，机械臂12的移动速度可以保持相同，也即机械臂12从一个目标平面移动到另一个目标平面的速度可以相同。在这种情况下，能够使机械臂12保持稳定的移动方式，也能够令多个机械臂12保持大致相同的扫描进度。

在一些示例中，不同的机械臂12可以具有不同的移动速度。例如，第一机械臂12a可以在移动时保持第一移动速度，第二机械臂12b可以在移动时保持第二移动速度，第一移动速度可以与第二移动速度不相同。在这种情况下，能够控制不同机械臂12完成扫描的速度。

图9是示出了本发明实施方式所涉及的仿形运动的示意图。

在一些示例中，如图9所示，仿形运动可以表示扫描仪13在目标平面中与工件2保持大致相同的距离进行移动，在扫描仪13为线扫描仪13的情况下，扫描仪13的扫描方向可以保持平行，也即在扫描过程中，扫描仪的扫描线可以相互平行。

在一些示例中，扫描仪13进行仿形运动的起点和终点可以通过控制模块进行配置。例如，可以通过控制模块设定工件2(起重机的起重臂)在目标平面的截面的任一点(例如工件2的对称平面与工件2轮廓的相交线在目标平面的投影)为起点，并通过控制模块设定扫描仪13结束扫描工作时的任一点为终点。在这种情况下，能够根据工件2生产商的具体需求设定扫描仪13的在目标平面的起点和终点。

在一些示例中，不同扫描仪13(例如第一扫描仪13a和第二扫描仪13b)的扫描区域可以不存在重合的区域。这里这种情况下，能够加快扫描的速度。

在一些示例中，不同扫描仪13(例如第一扫描仪13a和第二扫描仪13b)的扫描区域可以存在重合的区域。这里这种情况下，能够利用不同的扫描仪13对同一个区域进行重复的扫描，进而能够提高精确度。

在一些示例中，在扫描过程中，激光跟踪仪16和工件2的位置保持不变。在这种情况下，能够保持统一的空间坐标系不变。

在步骤S300中，可以基于激光跟踪仪16和\或姿态探测器14的测量数据控制扫描仪13的运动方式。

在一些示例中，可以利用控制模块收集姿态探测器14的数据，并根据姿态探测器14的数据判断扫描仪13的姿态，并基于扫描仪13的和高度数据调整机械臂12的运动方式以调整扫描仪13的姿态和高度。

在一些示例中，可以利用控制模块收集激光跟踪仪16的数据，并根据激光跟踪仪16的数据判断扫描仪13的位置，并基于扫描仪13的位置调整机械臂12的运动方式以调整扫描仪13的位置。

在一些示例中，如上所述，控制模块还包括输入单元。在开始进行扫描前，可以先输入与工件2形状相关联的文件(例如工件2的3D模型文件)。在这种情况下，控制模块能够根据文件对工件2进行扫描。在一些示例中，控制模块可以仅基于与工件2形状相关联的文件对扫描仪13的运动方式进行调整。在一些示例中，控制模块可以基于与工件2形状相关联的文件、姿态探测器14和/或激光跟踪仪16的反馈的数据对扫描仪13的运动方式进行调整。

在一些示例中，通过扫描仪获得多组数据后，可以利用多组数据进行3D几何建模。在一些示例中，可以利用建模后的模型对数据进行分析以获得工件2的直线度、扰度、旁弯等形位公差。

虽然以上结合附图和示例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种基于激光跟踪仪的扫描系统，是用于获取工件轮廓的扫描系统，其特征在于，所述扫描系统包括：机械臂、导轨、扫描仪、姿态探测器、靶球、激光跟踪仪、以及控制模块，所述机械臂可滑动地设置于所述导轨，所述扫描仪设置于所述机械臂并在所述机械臂的驱动下对所述工件进行仿形运动，所述姿态探测器包括第一姿态探测器和第二姿态探测器，所述扫描仪设置于所述第一姿态探测器和所述第二姿态探测器之间，所述靶球包括设置于所述工件的第一靶球和设置于所述姿态探测器的第二靶球，所述激光跟踪仪配置为跟踪所述第一靶球以建立空间坐标系并配置为跟踪所述第二靶球以跟踪所述第一姿态探测器或所述第二姿态探测器，在获取所述工件的轮廓时，所述扫描仪、所述第一姿态探测器和所述第二姿态探测器之间相对静止，所述控制模块配置为基于所述激光跟踪仪和\或所述姿态探测器的测量数据控制所述机械臂的运动方式。

2.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，

所述导轨包括第一导轨和第二导轨，所述工件设置于所述第一导轨和所述第二导轨之间，所述机械臂包括设置于所述第一导轨的第一机械臂和设置于所述第二导轨的第二机械臂。

3.根据权利要求2所述的扫描系统，其特征在于，

所述激光跟踪仪分别包括靠近所述第一导轨的第一激光跟踪仪和靠近所述第二导轨的第二激光跟踪仪，

所述第一激光跟踪仪配置为跟踪所述第一导轨的第一机械臂的姿态探测器的第二靶球以跟踪该姿态探测器；

所述第二激光跟踪仪配置为跟踪所述第二导轨的第二机械臂的姿态探测器的第二靶球以跟踪该姿态探测器。

4.根据权利要求3所述的扫描系统，其特征在于，

所述第一靶球设置于能够同时被所述第一激光跟踪仪和所述第二激光跟踪仪检测的位置。

5.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，

所述靶球包括设置于所述工件的多个第一靶球，所述多个第一靶球包括3个不在同一直线上的第一靶球。

6.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，

所述控制模块包括处理单元和输入单元，所述处理单元配置为接收所述激光跟踪仪和姿态探测器的测量数据控并进行计算，所述输入单元配置为输入与工件形状相关联的文件。

7.根据权利要求2所述的扫描系统，其特征在于，

所述激光跟踪仪设置于所述第一导轨的中心位置和所述第二导轨的中心位置的连线附近。

8.一种基于激光跟踪仪的扫描方法，是用于获取工件轮廓的扫描方法，其特征在于，包括：

利用激光跟踪仪跟踪设置于所述工件的第一靶球以建立空间坐标系，

利用所述激光跟踪仪跟踪设置于姿态探测器的第二靶球以测量所述姿态探测器的空间坐标，所述姿态探测器包括第一姿态探测器和第二姿态探测器，在所述第一姿态探测器和所述第二姿态探测器之间设置有扫描仪，

驱动所述扫描仪至目标平面并沿所述工件的表面做仿形运动，在所述目标平面并沿所述工件的表面做仿形运动时，基于所述激光跟踪仪和\或姿态探测器的测量数据控制所述扫描仪的运动方式。

9.根据权利要求8所述的扫描方法，其特征在于，

利用多个所述激光跟踪仪分别跟踪设置于所述工件的第一靶球以建立空间坐标系，利用所述多个激光跟踪仪分被跟踪设置于不同所述姿态探测器的第二靶球以测量不同所述姿态探测器的空间坐标。

10.根据权利要求8所述的扫描方法，其特征在于，

设定多个互相平行的目标平面，当所述扫描仪在一个目标平面完成扫描时，驱动所述扫描仪到相邻的目标平面并沿所述工件的表面做仿形运动。

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