CN116086337A - 一种基于3d视觉的螺旋桨叶片自动测量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置与方法，包括：测量平台、伺服电机、传送带、红外激光传感器、机器人、夹爪和3D相机，其中，所述伺服电机安装在所述测量平台的下方，所述机器人位于所述测量平台的一侧，所述机器人的末端安装有夹爪和3D相机，所述待测量螺旋桨产品在所述传送带上传送，所述传送带的一端安装有所述红外激光传感器。
Description
技术领域
本发明涉及海航用螺旋桨尺寸测量技术领域，特别涉及一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置与方法。
背景技术
螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机输出动力转化为推进力的装置，可有两个或多个桨叶与桨毂相连而成，桨叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。螺旋桨分为很多种，广泛应用于飞机、轮船的设备的推进器。
螺旋桨多采用铸造方法制造，后经热处理、打磨等工序生产而成。桨叶多为三维螺旋曲面或其他复杂曲面造型，其参数决定了螺旋桨转速、前进速度、进距等多种运动特性及空气动力学性能，对轮船的运动品质也有较大影响。当前常使用三坐标测量仪或剖面卡板法人工测量，其造型的复杂性使得其测量难度大，存在测量耗时长、工人劳动强度大、测量精度低、稳定性差、接触式测量可能对产品造成损伤等缺点。因此，需要开发一种非接触式自动的测量方法，满足其在生产线上快速测量的需求。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置与方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置，包括：测量平台、伺服电机、传送带、红外激光传感器、机器人、夹爪和3D相机，其中，所述伺服电机安装在所述测量平台的下方，所述机器人位于所述测量平台的一侧，所述机器人的末端安装有夹爪和3D相机，所述待测量螺旋桨产品在所述传送带上传送，所述传送带的一端安装有所述红外激光传感器；
所述基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置测量工序，包括：
（1）前工序生产的螺旋桨产品沿所述传送带运输至所述机器人的检测工位，触发所述红外激光传感器，使所述传送带停止运动；
（2）所述机器人移动至所述传送带上方第一个示教拍照位，通过面结构光3D相机，拍摄产品，通过识别产品中心的圆孔特征实现产品定位；
（3）所述机器人通过所述夹住抓取待测量螺旋桨产品后，移动至所述测量平台的上方，按照预设示教位置将待测量螺旋桨产品排放至测量平面上,此时传送带启动运动；
（4）所述机器人带动3D相机移动至第一个示教拍摄点；
（5）所述相机拍摄产品，获取当前视角下产品点云数据；
（6）安装在测量平台上的所述伺服电机，带动待测量螺旋桨产品旋转特定角度；
（7）重复第（5）步至扫描产品预设时长；
（8）根据所述伺服电机旋转角度及机器人拍照位姿，通过3维坐标变换将上述所获点云进行粗配准；
（9）逐步对每帧点云图像进行精配准，获取产品整体点云数据；
（10）计算所需测量参数；
（11）比较对应的测量参数与设计参数，当参数相差在容差范围内时，机器人将产品抓取摆放至后续生产线上；否则系统报警，并将产品移动至不合格产品区。
进一步，在所述步骤（7）中，扫描产品一周的时长。
进一步，在所述步骤（9）中，采用ICP算法逐步对每帧点云图像进行精配准。
本发明实施例还提供一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法，包括如下步骤：
离线阶段：
（1）输入桨叶的各设计参数；
（2）进行机器人TCP标定及手眼标定；
（3）示教所需拍照点位、测量平台上的产品摆放位及其他中间运动点位；
（4）设置伺服电机单次旋转角度及相机在拍照点位处的拍照次数；
在线阶段：
（1）前工序生产的螺旋桨产品沿所述传送带运输至所述机器人的检测工位，触发所述红外激光传感器，使所述传送带停止运动；
（2）所述机器人移动至所述传送带上方第一个示教拍照位，通过面结构光3D相机，拍摄产品，通过识别产品中心的圆孔特征实现产品定位；
（3）所述机器人通过所述夹住抓取待测量螺旋桨产品后，移动至所述测量平台的上方，按照预设示教位置将待测量螺旋桨产品排放至测量平面上,此时传送带启动运动；
（4）所述机器人带动3D相机移动至第一个示教拍摄点；
（5）所述相机拍摄产品，获取当前视角下产品点云数据；
（6）安装在测量平台上的所述伺服电机，带动待测量螺旋桨产品旋转特定角度；
（7）重复第（5）步至扫描产品预设时长；
（8）根据所述伺服电机旋转角度及机器人拍照位姿，通过3维坐标变换将上述所获点云进行粗配准；
（9）逐步对每帧点云图像进行精配准，获取产品整体点云数据；
（10）计算所需测量参数；
（11）比较对应的测量参数与设计参数，当参数相差在容差范围内时，机器人将产品抓取摆放至后续生产线上；否则系统报警，并将产品移动至不合格产品区。
进一步，在所述离线阶段的步骤（1）中，通过产品CAD三维模型设置桨叶的各设计参数。
进一步，在所述在线阶段的步骤（7）中，扫描产品一周的时长。
进一步，在所述在线阶段的步骤（9）中，采用ICP算法逐步对每帧点云图像进行精配准。
根据本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置与方法，可以便捷的安装在生产线上，实现螺旋桨叶片三维参数快速、精准、非接触式的测量，以满足产线需求。联合机器人与3D视觉技术，实现螺旋桨叶片的在线无损检测。实现螺旋桨叶片螺距、局部螺距、螺距比等参数测量的点云计算方法。本发明综合了机器人与3D视觉技术，实现了螺旋桨叶片螺距的在线无损测量，节约了人工测量成本，杜绝了人为因素误差，测量速度更快，测量精度更高。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置的结构图；
图2为根据本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法的流程图；
图3为根据本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法的示意图。
附图标记：
1、传送带，2-待测量螺旋桨产品，3-红外激光传感器，4-机器人，
5-夹爪，6-3D相机，7-正在测量的螺旋桨，8-测量平台，9-伺服电机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置及方法，涉及海航用螺旋桨尺寸测量领域，采用机器人与3D视觉技术，通过点云处理，实现螺旋桨叶片参数的在线测量。
具体的，桨叶主要参数包括桨叶的螺距、局部螺距、螺距比、
（1）螺距：螺旋桨旋转一圈桨叶平面经过的距离；计算公式为
螺距= 任一半径下与桨叶压力面与相交的高度差/两点与圆心夹角*360。
（2）局部螺距：桨叶压力面上放射角为β的同意半径两点的轴向高度差Δh，则：
局部螺距= 360*Δh/β；
（3）螺距比：螺距与直径之比。
以上参数，采用本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置及方法均可实现测量。
如图1所示，本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置，包括：测量平台8、伺服电机9、传送带1、红外激光传感器3、机器人4、夹爪5和3D相机6，其中，伺服电机9安装在测量平台8的下方，机器人4位于测量平台8的一侧，机器人4的末端安装有夹爪5和3D相机6，待测量螺旋桨产品2在传送带1上传送，传送带的一端安装有红外激光传感器3。
本发明的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置测量工序，包括：
（1）前工序生产的螺旋桨产品2沿传送带1运输至机器人4的检测工位，触发红外激光传感器3，使传送带1停止运动；
（2）机器人4移动至传送带1上方第一个示教拍照位，通过面结构光3D相机6，拍摄产品2，通过识别产品2中心的圆孔特征实现产品2定位；
（3）机器人4通过夹住抓取待测量螺旋桨产品2后，移动至测量平台8的上方，按照预设示教位置将待测量螺旋桨产品2排放至测量平面上,此时传送带1启动运动；
（4）机器人4带动3D相机6移动至第一个示教拍摄点；
（5）相机6拍摄产品2，获取当前视角下产品2点云数据；
（6）安装在测量平台8上的伺服电机9，带动正在测量螺旋桨产品7旋转特定角度；
（7）重复第（5）步至扫描产品预设时长。在步骤（7）中，扫描产品一周的时长。
（8）根据伺服电机9旋转角度及机器人4拍照位姿，通过3维坐标变换将上述所获点云进行粗配准。
（9）逐步对每帧点云图像进行精配准，获取产品2整体点云数据。在步骤（9）中，采用ICP算法逐步对每帧点云图像进行精配准。
（10）计算所需测量参数。
（11）比较对应的测量参数与设计参数，当参数相差在容差范围内时，机器人4将产品2抓取摆放至后续生产线上；否则系统报警，并将产品2移动至不合格产品2区。
如图2和图3所示，本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法，包括如下步骤：
离线阶段：
（1）输入桨叶的各设计参数。在离线阶段的步骤（1）中，通过产品2CAD三维模型设置桨叶的各设计参数。
（2）进行机器人4TCP标定及手眼标定。
（3）示教所需拍照点位、测量平台8上的产品2摆放位及其他中间运动点位。
（4）设置伺服电机9单次旋转角度及相机6在拍照点位处的拍照次数。
在线阶段：
（1）前工序生产的螺旋桨产品2沿传送带1运输至机器人4的检测工位，触发红外激光传感器3，使传送带1停止运动；
（2）机器人4移动至传送带1上方第一个示教拍照位，通过面结构光3D相机6，拍摄产品2，通过识别产品2中心的圆孔特征实现产品2定位；
（3）机器人4通过夹住抓取待测量螺旋桨产品2后，移动至测量平台8的上方，按照预设示教位置将待测量螺旋桨产品2排放至测量平面上,此时传送带1启动运动；
（4）机器人4带动3D相机6移动至第一个示教拍摄点；
（5）相机6拍摄产品2，获取当前视角下产品2点云数据；
（6）安装在测量平台8上的伺服电机9，带动待测量螺旋桨产品2旋转特定角度；
（7）重复第（5）步至扫描产品2预设时长。在在线阶段的步骤（7）中，扫描产品2一周的时长。
（8）根据伺服电机9旋转角度及机器人4拍照位姿，通过3维坐标变换将上述所获点云进行粗配准；
（9）逐步对每帧点云图像进行精配准，获取产品2整体点云数据。在在线阶段的步骤（9）中，采用ICP算法逐步对每帧点云图像进行精配准。
（10）计算所需测量参数；
（11）比较对应的测量参数与设计参数，当参数相差在容差范围内时，机器人4将产品2抓取摆放至后续生产线上；否则系统报警，并将产品2移动至不合格产品2区。
根据本发明实施例的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置与方法，可以便捷的安装在生产线上，实现螺旋桨叶片三维参数快速、精准、非接触式的测量，以满足产线需求。联合机器人与3D视觉技术，实现螺旋桨叶片的在线无损检测。实现螺旋桨叶片螺距、局部螺距、螺距比等参数测量的点云计算方法。本发明综合了机器人与3D视觉技术，实现了螺旋桨叶片螺距的在线无损测量，节约了人工测量成本，杜绝了人为因素误差，测量速度更快，测量精度更高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (7)
1.一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置，其特征在于，包括：测量平台、伺服电机、传送带、红外激光传感器、机器人、夹爪和3D相机，其中，所述伺服电机安装在所述测量平台的下方，所述机器人位于所述测量平台的一侧，所述机器人的末端安装有夹爪和3D相机，所述待测量螺旋桨产品在所述传送带上传送，所述传送带的一端安装有所述红外激光传感器；
所述基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置测量工序，包括：
（1）前工序生产的螺旋桨产品沿所述传送带运输至所述机器人的检测工位，触发所述红外激光传感器，使所述传送带停止运动；
（2）所述机器人移动至所述传送带上方第一个示教拍照位，通过面结构光3D相机，拍摄产品，通过识别产品中心的圆孔特征实现产品定位；
（3）所述机器人通过所述夹住抓取待测量螺旋桨产品后，移动至所述测量平台的上方，按照预设示教位置将待测量螺旋桨产品排放至测量平面上,此时传送带启动运动；
（4）所述机器人带动3D相机移动至第一个示教拍摄点；
（5）所述相机拍摄产品，获取当前视角下产品点云数据；
（6）安装在测量平台上的所述伺服电机，带动待测量螺旋桨产品旋转特定角度；
（7）重复第（5）步至扫描产品预设时长；
（8）根据所述伺服电机旋转角度及机器人拍照位姿，通过3维坐标变换将上述所获点云进行粗配准；
（9）逐步对每帧点云图像进行精配准，获取产品整体点云数据；
（10）计算所需测量参数；
（11）比较对应的测量参数与设计参数，当参数相差在容差范围内时，机器人将产品抓取摆放至后续生产线上；否则系统报警，并将产品移动至不合格产品区。
2.如权利要求1所述的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置，其特征在于，在所述步骤（7）中，扫描产品一周的时长。
3.如权利要求1所述的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量装置，其特征在于，在所述步骤（9）中，采用ICP算法逐步对每帧点云图像进行精配准。
4.一种基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
离线阶段：
（1）输入桨叶的各设计参数；
（2）进行机器人TCP标定及手眼标定；
（3）示教所需拍照点位、测量平台上的产品摆放位及其他中间运动点位；
（4）设置伺服电机单次旋转角度及相机在拍照点位处的拍照次数；
在线阶段：
（1）前工序生产的螺旋桨产品沿传送带运输至所述机器人的检测工位，触发红外激光传感器，使所述传送带停止运动；
（2）所述机器人移动至所述传送带上方第一个示教拍照位，通过面结构光3D相机，拍摄产品，通过识别产品中心的圆孔特征实现产品定位；
（3）所述机器人通过所述夹住抓取待测量螺旋桨产品后，移动至所述测量平台的上方，按照预设示教位置将待测量螺旋桨产品排放至测量平面上,此时传送带启动运动；
（4）所述机器人带动3D相机移动至第一个示教拍摄点；
（5）所述相机拍摄产品，获取当前视角下产品点云数据；
（6）安装在测量平台上的所述伺服电机，带动待测量螺旋桨产品旋转特定角度；
（7）重复第（5）步至扫描产品预设时长；
（8）根据所述伺服电机旋转角度及机器人拍照位姿，通过3维坐标变换将上述所获点云进行粗配准；
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（10）计算所需测量参数；
（11）比较对应的测量参数与设计参数，当参数相差在容差范围内时，机器人将产品抓取摆放至后续生产线上；否则系统报警，并将产品移动至不合格产品区。
5.如权利要求4所述的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法，其特征在于，在所述离线阶段的步骤（1）中，通过产品CAD三维模型设置桨叶的各设计参数。
6.如权利要求4所述的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法，其特征在于，在所述在线阶段的步骤（7）中，扫描产品一周的时长。
7.如权利要求4所述的基于3D视觉的螺旋桨叶片自动测量方法，其特征在于，在所述在线阶段的步骤（9）中，采用ICP算法逐步对每帧点云图像进行精配准。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230509 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |