CN114440792A - 多线激光传感的封闭布局结构、扫描拼接及涂胶扫描方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多线激光传感的封闭布局结构、扫描拼接方法及涂胶扫描方法。所述布局结构由一个整体投射或多个各自投射的激光器,在工作距离内投射出由多条激光线构成的封闭多边形组成;每条激光射线由单独的接收器或相机监测测量,且所述接收器仅计算对应激光线的距离信息;多边形中间区域,即为监测目标区;运行时,中间区域固定持包裹待测物;在工作距离内,激光线的水平投影依旧需保持封闭多边图形;激光射线的个数及投射角度,由检测物形状及边缘夹角决定;当待检测物位于封闭轮廓内时,多线激光组无论从任意方向移动,不需要改变多线激光组的姿态,都将有至少一个接收器扫描到待测物。
Description
技术领域
本发明属于工业检测技术领域,特别涉及一种多线激光传感的封闭布局结构、扫描拼接方法及涂胶扫描方法。
背景技术
目前的工业检测技术手段,常用的扫描检测手段:在移动机构末端安装线激光传感器,通过机构移动,完成对目标工件的扫描过程。移动机构包括工业机器人、多轴直线模组等多自由度机构。
但对于在实时扫描中需同时对待测物进行处理的工艺流程,如涂胶、焊接、增材制造、减材制造等,线激光扫描线需持续保持覆盖加工部分。对于此类应用,如工件一致性较高的常使用以下方案:
⑴工件经由工装定位固定,保证每次检测都在同一位置姿态。或经如机器视觉等定位装置计算工件空间位置的偏移。
⑵移动机构以人工校调的轨迹完成检测,校调时保证激光覆盖加工区域。移动机构每次以固定轨迹运动或根据工件空间位置对运动轨迹完成整体偏移。
上述方案存在如下的不足:
⑴部分移动机构由于自由度缺失,无法完成姿态调整以保持激光线完全覆盖。
⑵当轨迹复杂时,为了保证单条线激光覆盖加工区域,移动机构的末端姿态需不断旋转变换,人工编程需逐点调整,复杂繁琐。
⑶复杂轨迹的部分区域,姿态可能无法同时满足加工及扫描。
⑷狭小空间的区域,移动机构为了保证激光线的覆盖的姿态,会造成与环境物体干涉碰撞。
发明内容
针对上述现有技术存在的需调整移动机构姿态以满足线激光覆盖衍生的设备自由度要求高、编程复杂、空间干涉、姿态无法兼顾的问题,本发明所解决的技术问题是提供一种由多个线激光扫描线共同组成封闭轮廓检测区域的布局方法,将局部待测区域置于封闭轮廓内完成扫描过程,解决了需随时调整移动机构姿态问题多线激光传感的封闭布局结构、扫描拼接方法及涂胶扫描方法。
本发明的技术解决方案是所述多线激光传感的封闭布局结构,其特殊之处在于,由一个整体投射或多个各自投射的激光器,在工作距离内投射出由多条激光线构成的封闭多边形组成;每条激光射线由单独的接收器或相机监测测量,且所述接收器仅计算对应激光线的距离信息;多边形中间区域,即为监测目标区;运行时,中间区域固定持包裹待测物;在工作距离内,激光线的水平投影依旧需保持封闭多边图形;激光射线的个数及投射角度,由检测物形状及边缘夹角决定;将安装平面距检测平面距离设为H,线激光满足检测线长的基准检测距离设为L,则投射角度为A=arcsin(H/L);所述激光射线个数与待测物轮廓锥度相关,锥度越高,则激光线组成多边形的边数越多,以提升姿态不变时,对任意扫描路径下,扫描轮廓的完整性,避免需检测轮廓被其自身遮挡;当待检测物位于封闭轮廓内时,多线激光组无论从任意方向移动,不需要改变多线激光组的姿态,都将有至少一个接收器扫描到待测物。
本发明的另一技术解决方案是所述多线激光传感的扫描拼接方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
⑴线激光标定,用激光三角测量标定方法,完成激光接收器与对应激光线的标定,各接收器正常转换检测2D数据;
⑵传感器组与移动机构手眼标定,将线激光传感器组安装至移动机构末端,用线激光手眼标定手段,计算各个激光接收器与移动机构末端的手眼转换矩阵T1、T2……Tn;
⑶检测时刻的数据转换;
⑷整体点云拼接。
作为优选:所述步骤⑶进一步包括:
(3.1)获取移动机构末端位姿矩阵Trob;
(3.3)遍历完成后,即可获得当前时刻传感采集的三维数据点数据集。
作为优选:所述步骤⑷进一步包括:
(4.1)连续采集移动机构运动数据,及其对应时刻的传感数据,组合为数据帧;
(4.2)根据所述数据帧的数据转换流程,得到各时刻的三维数据点数据集;
(4.3)所有时刻的三维数据点数据集合并,即可得到整体扫描点云数据。
本发明的再一技术解决方案是所述多线激光传感的涂胶扫描方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
⑴制作安装件,将四个标定完成的线激光传感器均布安装,构成封闭四边形;
⑵将安装件安装至机器人末端,完成各个线激光与机器人末端的手眼矩阵标定,使用标准球标定法,分别移动机器人末端姿态,将激光线移至标准球上,每个传感器取20个位姿,记录传感数据和机器人姿态数据,联立计算得到各传感手眼矩阵Tn;
⑶沿胶路轨迹,平移末端编写机器人运行轨迹,无需调整末端姿态;
⑷开始扫描采集;记录各个时刻移动机构运动数据及各传感数据,组合为数据帧;
⑹所有时刻的三维数据点数据集合并,即可得到整体扫描点云数据;
⑺完成采集过程,点云数据用于后续分析。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
由于无需为测量而不断调整末端姿态,由此带来的有益效果:
⑴设备自由度需求降低,不需完成复杂的姿态变化,设备成本降低。
⑵人工编程简单,也利于实时引导;仅需考虑机构路径完成扫描区域的覆盖,不需考虑调整机构的姿态频繁变化。
⑶仅需考虑加工姿态,无同时检测与加工的冲突,且避免更多干涉。
由于仅需按照方式排布传感器即可达到的有益效果:
⑴实施便捷,可利用多个常见的线激光传感器快速搭建,不需限制品牌型号,亦可为提高整合度定制整体含有多个接收器发射器的传感器。
附图说明
图1是本发明多线激光传感的封闭布局的结构示意图;
图2是本发明待检测物位于封闭轮廓运行扫描的示意图;
图3是本发明另一种种待检测物位于封闭轮廓运行扫描的示意图;
图4是本发明多线激光传感的封闭轮廓无需调整姿势的示意图;
图5是本发明多线激光传感的非封闭轮廓需调整姿势的示意图。
图6是本发明激光投射角度示意图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述:
图4、图5示出了本发明使用六轴工业机器人的涂胶扫描实施例。
请参阅图4所示,所述涂胶扫描方法,包括以下步骤:
⑴制作安装件,将四个标定完成的线激光传感器均布安装,构成封闭四边形;
⑵将安装件安装至机器人末端,完成各个线激光与机器人末端的手眼矩阵标定,使用标准球标定法,分别移动机器人末端姿态,将激光线移至标准球上,每个传感器取20个位姿,记录传感数据和机器人姿态数据,联立计算得到各传感手眼矩阵Tn;
⑶沿胶路轨迹,平移末端编写机器人运行轨迹,无需调整末端姿态;
⑷开始扫描采集;记录各个时刻移动机构运动数据及各传感数据,组合为数据帧;
⑹所有时刻的三维数据点数据集合并,即可得到整体扫描点云数据;
⑺完成采集过程。点云数据用于后续分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种多线激光传感的封闭布局结构,其特征在于,由一个整体投射或多个各自投射的激光器,在工作距离内投射出由多条激光线构成的封闭多边形组成;每条激光射线由单独的接收器或相机监测测量,且所述接收器仅计算对应激光线的距离信息;多边形中间区域,即为监测目标区;运行时,中间区域固定持包裹待测物;在工作距离内,激光线的水平投影依旧需保持封闭多边图形;激光射线个数及投射角度,由检测物形状及边缘夹角决定;将安装平面距检测平面距离设为H,线激光满足检测线长的基准检测距离设为L,则投射角度为A=arcsin(H/L);所述激光射线个数与待测物轮廓锥度相关,锥度越高,则激光线组成多边形的边数越多,以提升姿态不变时,对任意扫描路径下,扫描轮廓的完整性,避免需检测轮廓被其自身遮挡;当待检测物位于封闭轮廓内时,多线激光组无论从任意方向移动,不需要改变多线激光组的姿态,都将有至少一个接收器扫描到待测物。
2.一种多线激光传感的扫描拼接方法,其特征在于,包括以下步骤:
⑴线激光标定,用激光三角测量标定方法,完成激光接收器与对应激光线的标定,各接收器正常转换检测2D数据;
⑵传感器组与移动机构手眼标定,将线激光传感器组安装至移动机构末端,用线激光手眼标定手段,计算各个激光接收器与移动机构末端的手眼转换矩阵T1、T2……Tn;
⑶检测时刻的数据转换;
⑷整体点云拼接。
4.根据权利要求3所述多线激光传感的扫描拼接方法,其特征在于,所述步骤⑷进一步包括:
(4.1)连续采集移动机构运动数据,及其对应时刻的传感数据,组合为数据帧;
(4.2)根据所述数据帧的数据转换流程,得到各时刻的三维数据点数据集;
(4.3)所有时刻的三维数据点数据集合并,即可得到整体扫描点云数据。
5.一种多线激光传感的涂胶扫描方法,其特征在于,包括以下步骤:
⑴制作安装件,将四个标定完成的线激光传感器均布安装,构成封闭四边形;
⑵将安装件安装至机器人末端,完成各个线激光与机器人末端的手眼矩阵标定,使用标准球标定法,分别移动机器人末端姿态,将激光线移至标准球上,每个传感器取20个位姿,记录传感数据和机器人姿态数据,联立计算得到各传感手眼矩阵Tn;
⑶沿胶路轨迹,平移末端编写机器人运行轨迹,无需调整末端姿态;
⑷开始扫描采集;记录各个时刻移动机构运动数据及各传感数据,组合为数据帧;
⑹所有时刻的三维数据点数据集合并,即可得到整体扫描点云数据;
⑺完成采集过程,点云数据用于后续分析。
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