[发明专利]一种基于CMM提高机器人激光扫描测量精度的方法

权利要求书

1.一种基于CMM提高机器人激光扫描测量精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过CMM自带的高精度校准球进行三坐标测头的校准；

S2、进行激光传感器坐标系与机器人末端坐标系之间的转换标定；

S3、进行激光传感器在CMM坐标系下的校准；

S4、校准后的数据结合三坐标专业的测量软件与工业机器人离线编程仿真软件进行集成，规划检测路径；通过CMM三坐标测量机的机器人激光检测虚拟仿真系统，对CMM检测与机器人激光扫描检测进行虚拟仿真，确认是否安全无碰撞，若是，进行下一步；若否，则重新规划检测路径；

S5、CMM对被测工件进行测量，得到稀疏点云；

S6、机器人驱动激光传感器先对标准球进行扫描测量，获取校准球的点云数据，沿检测路径对被测工件进行扫描测量，获取工件的高密度点云数据；

S7、对激光传感器扫描测量的高密度点云数据通过点云处理或测量软件进行快速处理，将得到理想的点云数据与CMM测得的稀疏点云数据进行对齐配准，快速重构出被测目标工件的三维模型，将三维模型与被测工件的理论CAD模型进行对比、分析及评价，即可得到工件的真实尺寸及精度的评价。

2.根据权利要求1所述的一种基于CMM提高机器人激光扫描测量精度的方法，其特征在于，所述机器人安装在CMM周围，所述激光传感器安装在机器人末端。

3.根据权利要求1所述的一种基于CMM提高机器人激光扫描测量精度的方法，其特征在于，所述步骤S2中激光传感器坐标系和机器人末端坐标系之间转换标定的具体操作为：

在CMM平台上放置标准量块，量块位置进行三个方位的摆放，分别平行于CMM的X轴、Y轴及Z轴，然后通过机器人示教器或离线仿真软件与机器人实时通讯及控制，控制机器人末端的激光传感器分别沿X、Y及Z方向进行移动，粗调整时可以通过观察激光传感器的光束与量块边沿的重合位置关系来调整激光传感器的位置，精确调整则要将扫描的点云数据导入电脑点云处理软件中，并进行数据过滤，将点云数据和标准量块的CAD数模进行ICP配准得到点云和CAD数模的变换矩阵，该变换矩阵为四维转换矩阵：

该矩4*4矩阵中的M编号开头的元素为ICP配准后的变换矩阵数据，Tx、Ty及Tz为在X、Y及Z方向的平移数据，由于得到了通过ICP配准后的变换矩阵，则一个矩阵数组的排列方式以及一个点或向量与矩阵相乘以获得新坐标的计算公式如下：

在进行变换运算时，将当前点的四个分量分别与矩阵的每个行进行点乘运算，如下所示：

由于在变换矩阵中，最后一行中的M30、M31和M32的数值始终为0，所以w’的结果取决于w，作为坐标点时，w参数为1，这样所有的几何变换和向量运算都可以用相同的矩阵乘积进行运算和变换。

4.根据权利要求1所述的一种基于CMM提高机器人激光扫描测量精度的方法，其特征在于，所述步骤S3中激光传感器在CMM坐标系下校准的计算公式为：

式中，表示机器人目标姿态；表示机器人末端初始位置；R表示机器人坐标系；E表示机器人末端当前坐标系；E_d表示机器人末端目标坐标系；

将计算出的误差直接补偿到机器人末端坐标系中。