基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維光學(xué)測(cè)量及零部件質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于線(xiàn)激光三維 測(cè)量的零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，許多制造業(yè)對(duì)其所加工零部件的質(zhì)量控制提出了越 來(lái)越高的要求。但是，目前大多數(shù)企業(yè)由于技術(shù)、成本等問(wèn)題在零部件質(zhì)量檢測(cè)方面做得不 夠好。在零部件檢驗(yàn)時(shí)，一種是使用感覺(jué)檢驗(yàn)的方法，即檢驗(yàn)人員只憑借視、聽(tīng)、觸覺(jué)等直觀 感覺(jué)而基本不用檢驗(yàn)設(shè)備來(lái)檢驗(yàn)零件技術(shù)狀況的方法。這種方法簡(jiǎn)便、費(fèi)用低，但此法不能 進(jìn)行定量檢驗(yàn)，不能用于檢驗(yàn)精度要求較高的零件，并且要求檢驗(yàn)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。另 一種是儀器、工具檢驗(yàn)法，即使用一些量具、機(jī)械儀器等對(duì)零件進(jìn)行檢驗(yàn)的方法?？傊?，質(zhì)量 檢測(cè)通常由工人師傅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用合適的量具、確定合理的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)，這樣 不僅測(cè)量速度慢、測(cè)量精度也無(wú)法保證。另外，對(duì)于一大批零部件，不可能全部測(cè)量，只能 隨機(jī)抽取部分零部件進(jìn)行測(cè)量，然后以抽取樣本中零部件的質(zhì)量情況來(lái)估計(jì)總體的質(zhì)量情 況，質(zhì)量檢測(cè)效果較差?？偨Y(jié)現(xiàn)有對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行檢測(cè)的方法，存在以下不足：1)零部件 質(zhì)量檢驗(yàn)需要人為的干預(yù)，自動(dòng)化程度不高，效率較低。2)依靠工人師傅用量具及經(jīng)驗(yàn)檢 測(cè)，不確定因素較大，檢驗(yàn)精度較低。3)抗干擾性較弱、測(cè)量不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的 零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置及其檢測(cè)方法，在汽車(chē)零部件質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，能夠在確保檢測(cè)精度 及效率的前提下，不需要人為的干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、流水線(xiàn)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生 產(chǎn)成本。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置采用的方 案為：
[0005] 包括安裝在導(dǎo)軌上能夠沿導(dǎo)軌勻速滑動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)，移動(dòng)平臺(tái)上固定待測(cè)零部 件，所述的導(dǎo)軌上方通過(guò)支架安裝有攝像機(jī)以及若干個(gè)用于向待測(cè)零部件投射等間距線(xiàn)性 條紋的激光發(fā)射器；攝像機(jī)與激光發(fā)射器的光心連線(xiàn)與未放置待測(cè)零部件的移動(dòng)平臺(tái)上表 面平行，通過(guò)置于移動(dòng)平臺(tái)中央的標(biāo)定板調(diào)節(jié)激光發(fā)射器和攝像機(jī)，使光線(xiàn)完整投射到標(biāo) 定板并確保攝像機(jī)能拍攝到完整光線(xiàn)；所述的攝像機(jī)采集激光發(fā)射器投影到待測(cè)零部件表 面并經(jīng)表面調(diào)制后變形的圖像，攝像機(jī)將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
[0006] 所述的激光發(fā)射器采用六個(gè)沿直線(xiàn)等間距布置的激光發(fā)射器。
[0007] 所述的標(biāo)定板采用500mmX500mm的黑白格子板，每個(gè)黑白格子的尺寸為 IOmmX 10mm，黑白格子板的一個(gè)頂角上設(shè)有用于標(biāo)定的原點(diǎn)作為方位點(diǎn)。
[0008] 所述的攝像機(jī)為CXD相機(jī)。
[0009] 本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢測(cè)方法采用的方案包括以下步驟：
[0010] 步驟一、將攝像機(jī)以及若干個(gè)激光發(fā)射器通過(guò)支架安裝在導(dǎo)軌的上方，攝像機(jī)與 激光發(fā)射器的光心連線(xiàn)與未放置待測(cè)零部件的移動(dòng)平臺(tái)上表面平行，通過(guò)置于移動(dòng)平臺(tái)中 央的標(biāo)定板調(diào)節(jié)激光發(fā)射器和攝像機(jī)，使光線(xiàn)完整投射到標(biāo)定板并確保攝像機(jī)能拍攝到完 整光線(xiàn)；
[0011] 步驟二、將待測(cè)零部件固定于移動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)激光發(fā)射器發(fā)出等間距線(xiàn)性條紋 投射到待測(cè)零部件表面；
[0012] 步驟三、控制移動(dòng)平臺(tái)勻速移動(dòng)，使得激光發(fā)生器發(fā)出的線(xiàn)性條紋對(duì)移動(dòng)平臺(tái)上 待測(cè)零部件表面進(jìn)行線(xiàn)性?huà)呙瑁?br>[0013] 步驟四、通過(guò)攝像機(jī)連續(xù)采集待測(cè)零部件上的圖像信息，并將圖像數(shù)據(jù)輸入到計(jì) 算機(jī)中進(jìn)行分析處理；
[0014] 步驟五、根據(jù)三角測(cè)量原理及攝像機(jī)拍攝圖片的像素坐標(biāo)與待測(cè)零部件空間中世 界坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算獲得世界坐標(biāo)系下待測(cè)零部件的三維坐標(biāo)；
[0015] 步驟六、對(duì)世界坐標(biāo)系下待測(cè)零部件的三維坐標(biāo)進(jìn)行飛點(diǎn)剔除、點(diǎn)云拼接以及融 合處理，獲得待測(cè)零部件完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0016] 步驟七、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)非均勻有理B樣條構(gòu)造出光滑的曲面， 得到測(cè)量獲得的待測(cè)零部件三維模型；
[0017] 步驟八、在計(jì)算機(jī)中將測(cè)量獲得的待測(cè)零部件三維模型與初始設(shè)計(jì)的三維模型在 同一坐標(biāo)系下進(jìn)行對(duì)比分析，顯示待測(cè)零部件各處誤差云圖；
[0018] 步驟九、通過(guò)誤差云圖判斷最大誤差是否在最大允許誤差范圍內(nèi)，若在其設(shè)置的 允許范圍內(nèi)，則通過(guò)篩選機(jī)構(gòu)將合格的零部件篩選出來(lái)。
[0019] 所述的步驟五中攝像機(jī)拍攝圖片的像素坐標(biāo)與待測(cè)零部件空間中世界坐標(biāo)的對(duì) 應(yīng)關(guān)系是指通過(guò)旋轉(zhuǎn)陣和平移陣的坐標(biāo)變換，結(jié)合使用標(biāo)定板獲取的標(biāo)定數(shù)據(jù)，確定攝像 機(jī)拍攝圖片的像素坐標(biāo)與空間中世界坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0020] 所述的步驟六中飛點(diǎn)剔除通過(guò)比較距離偏差E(Pi)與給定閾值E的大小進(jìn)行飛點(diǎn) 剔除。
[0021] 所述的步驟六中點(diǎn)云拼接是利用移動(dòng)最小二乘曲面對(duì)要拼接的兩片點(diǎn)云進(jìn)行擬 合，確定對(duì)應(yīng)點(diǎn)集進(jìn)行拼接；所述的融合處理是指根據(jù)點(diǎn)云中一點(diǎn)的法向量方向確定兩片 點(diǎn)云的重疊點(diǎn)，并取均值進(jìn)行融合處理。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置具有的優(yōu)點(diǎn) 如下：
[0023] 1)本發(fā)明的檢驗(yàn)裝置針對(duì)零部件生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)零部件生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)地 進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并能迅速將合格的零件篩選出來(lái)，提高了零部件的檢測(cè)效率；
[0024] 2)本發(fā)明檢驗(yàn)裝置的激光發(fā)射器和攝像機(jī)固定不動(dòng)，待測(cè)零部件隨移動(dòng)平臺(tái)運(yùn) 動(dòng)，只需標(biāo)定一個(gè)光平面，標(biāo)定較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)冗余少，工作效率較高；
[0025] 3)本發(fā)明的檢驗(yàn)裝置使用激光發(fā)射器投射光線(xiàn)，攝像機(jī)采集圖像，質(zhì)量檢驗(yàn)精度 尚；
[0026] 4)本發(fā)明檢驗(yàn)裝置在測(cè)量過(guò)程中不需保持測(cè)頭與待測(cè)零部件相對(duì)靜止，對(duì)振動(dòng)不 敏感，抗干擾性和穩(wěn)定性較好。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢測(cè)方法通過(guò)將激光 發(fā)射器發(fā)出的線(xiàn)性條紋投射到待測(cè)零部件表面，由待測(cè)零部件表面形狀形成所調(diào)制的三維 光條圖像，然后控制載有待測(cè)零部件的移動(dòng)平臺(tái)以設(shè)定速度勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)待測(cè)零部件表面 進(jìn)行線(xiàn)性?huà)呙瑁脭z像機(jī)連續(xù)采集待測(cè)零部件上的圖像信息，并將圖像信息傳給計(jì)算機(jī) 進(jìn)行分析處理，獲得世界坐標(biāo)系下待測(cè)零部件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用非均 勻有理B樣條構(gòu)造出光滑的曲面，使所測(cè)得的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與初始設(shè)計(jì)的三維圖形在同一 坐標(biāo)系下進(jìn)行對(duì)比分析，判斷最大誤差是否在最大允許誤差范圍內(nèi)，若在其設(shè)置的允許范 圍內(nèi)，則通過(guò)篩選機(jī)構(gòu)將合格的零部件篩選出來(lái)。本發(fā)明零部件質(zhì)量檢測(cè)方法在確保檢測(cè) 精度及效率的前提下，不需要人為的干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、流水線(xiàn)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率， 降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1本發(fā)明零部件質(zhì)量檢驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2本發(fā)明激光三維快速測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3本發(fā)明攝像機(jī)采集到的經(jīng)物體表面調(diào)制變形的線(xiàn)形圖；
[0031] 圖4本發(fā)明三角測(cè)量的原理圖；
[0032] 圖5本發(fā)明黑白格子標(biāo)定版不意圖；
[0033] 圖6本發(fā)明測(cè)量方法的工作流程圖；
[0034] 附圖中：1-導(dǎo)軌；2-移動(dòng)平臺(tái)；3-支架；4-攝像機(jī)；5-激光發(fā)射器；6-標(biāo)定板。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置，包括激光發(fā)射器 5、攝像機(jī)4、導(dǎo)軌1、移動(dòng)平臺(tái)2、支架3、標(biāo)定板6以及計(jì)算機(jī)；
[0037] 激光發(fā)射器5,采用六個(gè)直線(xiàn)布置的激光發(fā)射器5,相鄰兩個(gè)間距為H，用于向待測(cè) 零部件投射六條等間距H的線(xiàn)性條紋；攝像機(jī)4即高速CCD相機(jī)，與六個(gè)激光發(fā)射器5共線(xiàn) 布置，用于采集激光發(fā)射器5投影到待測(cè)汽車(chē)零部件表面，并經(jīng)表面調(diào)制后變形的圖像；計(jì) 算機(jī)圖像信號(hào)輸入端與CCD相機(jī)的圖像信號(hào)輸出端相連接，用于分析處理攝像機(jī)獲取的圖 形信息；導(dǎo)軌1，用于安裝移動(dòng)平臺(tái)2,通過(guò)控制導(dǎo)軌上的移動(dòng)平臺(tái)2以特定的速度勻速移 動(dòng)，便于線(xiàn)激光對(duì)待測(cè)零部件進(jìn)行掃描；移動(dòng)平臺(tái)2,用于放置待測(cè)零部件，由計(jì)算機(jī)控制 其移動(dòng)速度；支架3,用于安裝激光發(fā)射器5和攝像機(jī)4,并且可以調(diào)節(jié)激光發(fā)射器5和攝像 機(jī)4的高度；標(biāo)定板6,用于標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)中攝像機(jī)4和光源的參數(shù)。
[0038] 本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢驗(yàn)裝置工作原理為：
[0039] 本發(fā)明中將激光發(fā)射器5發(fā)出的線(xiàn)性條紋投射到待測(cè)零部件表面，在表面形成由 待測(cè)零部件表面形狀所調(diào)制三維光條圖像，然后通過(guò)控制載有待測(cè)零部件的移動(dòng)平臺(tái)3以 設(shè)定速度勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)待測(cè)零部件表面進(jìn)行線(xiàn)性?huà)呙?，利用CCD相機(jī)連續(xù)采集待測(cè)零部件 上的圖像信息，并將其傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，獲得世界坐標(biāo)系下待測(cè)零部件的三維點(diǎn) 云數(shù)據(jù)。將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用非均勻有理B樣條構(gòu)造出光滑的曲面，將所測(cè)得的三維點(diǎn)云 數(shù)據(jù)與初始設(shè)計(jì)的三維圖形在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行對(duì)比分析，判斷最大誤差是否在最大允許 誤差范圍內(nèi)，若在其設(shè)置的允許范圍內(nèi)，則通過(guò)篩選機(jī)構(gòu)將合格的零部件篩選出來(lái)。
[0040] 參見(jiàn)圖6,本發(fā)明基于線(xiàn)激光三維測(cè)量的零部件質(zhì)量檢測(cè)方法，具體實(shí)施步驟如 下：
[0041] (1)采用500mm*500mm的黑白格子板對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，如圖5所示，其中黑白 格子尺寸為10mm*10mm，調(diào)整標(biāo)定板6的位置使六只激光發(fā)射器5發(fā)出的光線(xiàn)能投射到標(biāo)定 板6上，并且調(diào)節(jié)攝像機(jī)4在不同的位置拍攝標(biāo)定板6,拍攝時(shí)保證激光線(xiàn)投射在標(biāo)定板6 中心區(qū)域。然后，通過(guò)標(biāo)定板6上尺寸為的黑白格子和攝像機(jī)4采集到的圖片 確定世界坐標(biāo)系下X、Y方向上IOmm對(duì)應(yīng)采集到圖像上相應(yīng)方向坐標(biāo)上Nxi、Nyi像素，最終 六只激光發(fā)射器5投射到標(biāo)定板6上的線(xiàn)性條紋確定X、Y方向從像素坐標(biāo)系