[发明专利]大型产品几何参数视觉检测方法

权利要求书

1.一种大型产品几何参数视觉检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

机器人输出指令控制其夹持的测量臂相对待检测大型部件在定点工位移动，使得设置在测量臂末端的结构光扫描头完成对待检测大型部件的外形尺寸测量；

所述待检测大型部件的顶端包括天线罩，待检测大型部件的外形尺寸包括：总长度DD、同轴度偏差、垂直度偏差；

所述总长度DD为天线罩端头到待检测大型部件的尾端面的距离；

所述同轴度偏差为天线罩几何中心与待检测大型部件的尾端面几何中心的连线相对于基准轴的偏差；

所述垂直度偏差为天线罩几何中心与待检测大型部件的尾端面几何中心的连线相对于尾端面的偏差；

所述测量总长度的步骤如下：

a.大型产品尾端面测量：

测量臂带动结构光扫描头扫描得到待检测大型部件的尾端面π_G1的点云数据，对点云数据采用最小二乘法进行空间平面拟合，得到尾端面π_G1所在的平面方程：

Ax+By+Cz+D＝0

其中，A、B、C、D为平面方程系数，x，y，z为平面方程参数；

b.大型产品长度测量：

测量臂带动结构光扫描头扫描得到天线罩的点云数据，然后拟合成球体，得到球心O_e和半径，则总长度就是球心O_e到尾端面π_G1的距离加上球半径；

所述同轴度偏差的测量步骤如下：

a.基准轴后端点O_F1的测量：

测量臂带动结构光扫描头扫描基准轴后端点的圆周，得到后端点附近圆周点云数据YZDY_后端点；

在基准轴后端点附近作一个与尾端面π_G1平行的平面PM，将圆周点云数据YZDY_后端点向该平面PM投影，形成一个椭圆形的轮廓点云DY_{后端点投影点云}；

将椭圆形的轮廓点云数据DY_{后端点投影点云}拟合成一个空间椭圆TU_{后端点投影椭圆}，其圆心即为所求的基准轴后端点；

b.基准轴前端点O_E1的测量：

测量臂带动结构光扫描头扫描基准轴前端点的圆周，得到前端点附近圆周点云数据YZDY_前端点；

在基准轴前端点附近作一个与尾端面π_G1平行的平面PM_前端点，将圆周点云数据YZDY_前端点向该平面PM_前端点投影，形成一个椭圆形的轮廓点云DY_{前端点投影点云}；

将椭圆形的轮廓点云数据DY_{前端点投影点云}拟合成一个空间椭圆TU_{后端点投影椭圆}，其圆心即为所求的基准轴前端点；

c.大型产品同轴度计算：

先计算点O_E1与O_F1所构成的直线L_F1-E1；

将端头球心O_e投影到直线L_F1-E1上，得到投影点P_e；

计算P_e与O_e的距离|O_eP_e|，则，同轴度偏差为：Φ_F1-E1-e＝2*|O_eP_e|；

所述测量产品垂直度偏差的步骤如下：

a.尾端面π_G1的平面方程为Ax+By+Cz+D＝0；

b.尾端面π_G1几何中心O_G1的测量：

测量臂带动结构光扫描头扫描尾端面附近的圆周，得到尾端面附近圆周点云数据YZDY_尾端面；

将圆周点云数据YZDY_尾端面向尾端面π_G1投影，形成一个椭圆形的轮廓点云数据DY_{尾端面投影点云}；

将椭圆形的轮廓点云数据DY_{尾端面投影点云}拟合成一个空间椭圆TU_{尾端面椭圆}，其圆心即为所求的尾端面几何中心点O_G1(x_G1,y_G1,z_G1)；

c.计算过几何中心O_G1(x_G1,y_G1,z_G1)的尾端面法线：

已知尾端面π_G1的平面方程Ax+By+Cz+D＝0，则该平面的法向量为n_G1＝(a1,b1,c1)＝(A,B,C)，已知法向量n_G1＝(a1,b1,c1)和其上一点O_G1(x_G1,y_G1,z_G1)，则尾端面的法线L_nG1方程写成参数方程形式为：

其中，t为直线参数方程比例系数；

d.计算垂直度：

将O_e投影到直线L_nG1上，得到投影点Q_e；

计算Q_e与O_e的距离|O_eQ_e|，则，垂直度偏差为：Φ_e-nG1＝|O_eQ_e|。

2.根据权利要求1所述的大型物体几何参数测量方法，其特征在于在测量之前还包括对测量臂移动的定点工位进行全局标定，步骤如下：

a.在测量臂移动轨迹上设置若干个定点工位；

b.在每个定点工位附近放置多个靶球；

c.先用激光跟踪仪测量当前工位每个靶球的几何中心，得到靶球的在激光跟踪仪下的空间坐标，进而得到当前工位下靶球与激光跟踪仪的变换矩阵T1；

d.再用结构光扫描头测量每个靶球，得到每个靶球在法如关节臂下的坐标，进而得到当前工位下关节臂与靶球坐标变换矩阵T2；

e.通过变换矩阵T2、变换矩阵T1求出当前工位下关节臂与激光跟踪仪坐标之间的变换矩阵T，完成关节臂在当前工位的标定；

f.重复上述步骤a-e对所有工位进行标定，将关节臂在每个工位下的坐标统一到同一个坐标系下，实现全局标定。