基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢驗裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維光學測量及零部件質(zhì)量檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于線激光三維 測量的零部件質(zhì)量檢驗裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機械制造業(yè)的快速發(fā)展，許多制造業(yè)對其所加工零部件的質(zhì)量控制提出了越 來越高的要求。但是，目前大多數(shù)企業(yè)由于技術(shù)、成本等問題在零部件質(zhì)量檢測方面做得不 夠好。在零部件檢驗時，一種是使用感覺檢驗的方法，即檢驗人員只憑借視、聽、觸覺等直觀 感覺而基本不用檢驗設備來檢驗零件技術(shù)狀況的方法。這種方法簡便、費用低，但此法不能 進行定量檢驗，不能用于檢驗精度要求較高的零件，并且要求檢驗人員具有豐富的經(jīng)驗。另 一種是儀器、工具檢驗法，即使用一些量具、機械儀器等對零件進行檢驗的方法?？傊?，質(zhì)量 檢測通常由工人師傅根據(jù)經(jīng)驗選用合適的量具、確定合理的測量方法進行測量檢測，這樣 不僅測量速度慢、測量精度也無法保證。另外，對于一大批零部件，不可能全部測量，只能 隨機抽取部分零部件進行測量，然后以抽取樣本中零部件的質(zhì)量情況來估計總體的質(zhì)量情 況，質(zhì)量檢測效果較差?？偨Y(jié)現(xiàn)有對汽車零部件進行檢測的方法，存在以下不足：1)零部件 質(zhì)量檢驗需要人為的干預，自動化程度不高，效率較低。2)依靠工人師傅用量具及經(jīng)驗檢 測，不確定因素較大，檢驗精度較低。3)抗干擾性較弱、測量不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于線激光三維測量的 零部件質(zhì)量檢驗裝置及其檢測方法，在汽車零部件質(zhì)量檢測過程中，能夠在確保檢測精度 及效率的前提下，不需要人為的干預，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、流水線生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生 產(chǎn)成本。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢驗裝置采用的方 案為：
[0005] 包括安裝在導軌上能夠沿導軌勻速滑動的移動平臺，移動平臺上固定待測零部 件，所述的導軌上方通過支架安裝有攝像機以及若干個用于向待測零部件投射等間距線性 條紋的激光發(fā)射器；攝像機與激光發(fā)射器的光心連線與未放置待測零部件的移動平臺上表 面平行，通過置于移動平臺中央的標定板調(diào)節(jié)激光發(fā)射器和攝像機，使光線完整投射到標 定板并確保攝像機能拍攝到完整光線；所述的攝像機采集激光發(fā)射器投影到待測零部件表 面并經(jīng)表面調(diào)制后變形的圖像，攝像機將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸至計算機進行分析處理。
[0006] 所述的激光發(fā)射器采用六個沿直線等間距布置的激光發(fā)射器。
[0007] 所述的標定板采用500mmX500mm的黑白格子板，每個黑白格子的尺寸為 IOmmX 10mm，黑白格子板的一個頂角上設有用于標定的原點作為方位點。
[0008] 所述的攝像機為CXD相機。
[0009] 本發(fā)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢測方法采用的方案包括以下步驟：
[0010] 步驟一、將攝像機以及若干個激光發(fā)射器通過支架安裝在導軌的上方，攝像機與 激光發(fā)射器的光心連線與未放置待測零部件的移動平臺上表面平行，通過置于移動平臺中 央的標定板調(diào)節(jié)激光發(fā)射器和攝像機，使光線完整投射到標定板并確保攝像機能拍攝到完 整光線；
[0011] 步驟二、將待測零部件固定于移動平臺上，通過激光發(fā)射器發(fā)出等間距線性條紋 投射到待測零部件表面；
[0012] 步驟三、控制移動平臺勻速移動，使得激光發(fā)生器發(fā)出的線性條紋對移動平臺上 待測零部件表面進行線性掃描；
[0013] 步驟四、通過攝像機連續(xù)采集待測零部件上的圖像信息，并將圖像數(shù)據(jù)輸入到計 算機中進行分析處理；
[0014] 步驟五、根據(jù)三角測量原理及攝像機拍攝圖片的像素坐標與待測零部件空間中世 界坐標的對應關(guān)系，計算獲得世界坐標系下待測零部件的三維坐標；
[0015] 步驟六、對世界坐標系下待測零部件的三維坐標進行飛點剔除、點云拼接以及融 合處理，獲得待測零部件完整的三維點云數(shù)據(jù)；
[0016] 步驟七、將三維點云數(shù)據(jù)利用計算機經(jīng)過非均勻有理B樣條構(gòu)造出光滑的曲面， 得到測量獲得的待測零部件三維模型；
[0017] 步驟八、在計算機中將測量獲得的待測零部件三維模型與初始設計的三維模型在 同一坐標系下進行對比分析，顯示待測零部件各處誤差云圖；
[0018] 步驟九、通過誤差云圖判斷最大誤差是否在最大允許誤差范圍內(nèi)，若在其設置的 允許范圍內(nèi)，則通過篩選機構(gòu)將合格的零部件篩選出來。
[0019] 所述的步驟五中攝像機拍攝圖片的像素坐標與待測零部件空間中世界坐標的對 應關(guān)系是指通過旋轉(zhuǎn)陣和平移陣的坐標變換，結(jié)合使用標定板獲取的標定數(shù)據(jù)，確定攝像 機拍攝圖片的像素坐標與空間中世界坐標的對應關(guān)系。
[0020] 所述的步驟六中飛點剔除通過比較距離偏差E(Pi)與給定閾值E的大小進行飛點 剔除。
[0021] 所述的步驟六中點云拼接是利用移動最小二乘曲面對要拼接的兩片點云進行擬 合，確定對應點集進行拼接；所述的融合處理是指根據(jù)點云中一點的法向量方向確定兩片 點云的重疊點，并取均值進行融合處理。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢驗裝置具有的優(yōu)點 如下：
[0023] 1)本發(fā)明的檢驗裝置針對零部件生產(chǎn)線設計，能夠?qū)崿F(xiàn)零部件生產(chǎn)過程中自動地 進行質(zhì)量檢測，并能迅速將合格的零件篩選出來，提高了零部件的檢測效率；
[0024] 2)本發(fā)明檢驗裝置的激光發(fā)射器和攝像機固定不動，待測零部件隨移動平臺運 動，只需標定一個光平面，標定較簡單，數(shù)據(jù)冗余少，工作效率較高；
[0025] 3)本發(fā)明的檢驗裝置使用激光發(fā)射器投射光線，攝像機采集圖像，質(zhì)量檢驗精度 尚；
[0026] 4)本發(fā)明檢驗裝置在測量過程中不需保持測頭與待測零部件相對靜止，對振動不 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)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢測方法通過將激光 發(fā)射器發(fā)出的線性條紋投射到待測零部件表面，由待測零部件表面形狀形成所調(diào)制的三維 光條圖像，然后控制載有待測零部件的移動平臺以設定速度勻速運動，對待測零部件表面 進行線性掃描，利用攝像機連續(xù)采集待測零部件上的圖像信息，并將圖像信息傳給計算機 進行分析處理，獲得世界坐標系下待測零部件的三維點云數(shù)據(jù)。將三維點云數(shù)據(jù)利用非均 勻有理B樣條構(gòu)造出光滑的曲面，使所測得的三維點云數(shù)據(jù)與初始設計的三維圖形在同一 坐標系下進行對比分析，判斷最大誤差是否在最大允許誤差范圍內(nèi)，若在其設置的允許范 圍內(nèi)，則通過篩選機構(gòu)將合格的零部件篩選出來。本發(fā)明零部件質(zhì)量檢測方法在確保檢測 精度及效率的前提下，不需要人為的干預，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、流水線生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率， 降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0028] 圖1本發(fā)明零部件質(zhì)量檢驗平臺結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2本發(fā)明激光三維快速測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3本發(fā)明攝像機采集到的經(jīng)物體表面調(diào)制變形的線形圖；
[0031] 圖4本發(fā)明三角測量的原理圖；
[0032] 圖5本發(fā)明黑白格子標定版不意圖；
[0033] 圖6本發(fā)明測量方法的工作流程圖；
[0034] 附圖中：1-導軌；2-移動平臺；3-支架；4-攝像機；5-激光發(fā)射器；6-標定板。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0036] 參見圖1，本發(fā)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢驗裝置，包括激光發(fā)射器 5、攝像機4、導軌1、移動平臺2、支架3、標定板6以及計算機；
[0037] 激光發(fā)射器5,采用六個直線布置的激光發(fā)射器5,相鄰兩個間距為H，用于向待測 零部件投射六條等間距H的線性條紋；攝像機4即高速CCD相機，與六個激光發(fā)射器5共線 布置，用于采集激光發(fā)射器5投影到待測汽車零部件表面，并經(jīng)表面調(diào)制后變形的圖像；計 算機圖像信號輸入端與CCD相機的圖像信號輸出端相連接，用于分析處理攝像機獲取的圖 形信息；導軌1，用于安裝移動平臺2,通過控制導軌上的移動平臺2以特定的速度勻速移 動，便于線激光對待測零部件進行掃描；移動平臺2,用于放置待測零部件，由計算機控制 其移動速度；支架3,用于安裝激光發(fā)射器5和攝像機4,并且可以調(diào)節(jié)激光發(fā)射器5和攝像 機4的高度；標定板6,用于標定測量系統(tǒng)中攝像機4和光源的參數(shù)。
[0038] 本發(fā)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢驗裝置工作原理為：
[0039] 本發(fā)明中將激光發(fā)射器5發(fā)出的線性條紋投射到待測零部件表面，在表面形成由 待測零部件表面形狀所調(diào)制三維光條圖像，然后通過控制載有待測零部件的移動平臺3以 設定速度勻速運動，對待測零部件表面進行線性掃描，利用CCD相機連續(xù)采集待測零部件 上的圖像信息，并將其傳給計算機進行分析處理，獲得世界坐標系下待測零部件的三維點 云數(shù)據(jù)。將三維點云數(shù)據(jù)利用非均勻有理B樣條構(gòu)造出光滑的曲面，將所測得的三維點云 數(shù)據(jù)與初始設計的三維圖形在同一坐標系下進行對比分析，判斷最大誤差是否在最大允許 誤差范圍內(nèi)，若在其設置的允許范圍內(nèi)，則通過篩選機構(gòu)將合格的零部件篩選出來。
[0040] 參見圖6,本發(fā)明基于線激光三維測量的零部件質(zhì)量檢測方法，具體實施步驟如 下：
[0041] (1)采用500mm*500mm的黑白格子板對測量系統(tǒng)進行標定，如圖5所示，其中黑白 格子尺寸為10mm*10mm，調(diào)整標定板6的位置使六只激光發(fā)射器5發(fā)出的光線能投射到標定 板6上，并且調(diào)節(jié)攝像機4在不同的位置拍攝標定板6,拍攝時保證激光線投射在標定板6 中心區(qū)域。然后，通過標定板6上尺寸為的黑白格子和攝像機4采集到的圖片 確定世界坐標系下X、Y方向上IOmm對應采集到圖像上相應方向坐標上Nxi、Nyi像素，最終 六只激光發(fā)射器5投射到標定板6上的線性條紋確定X、Y方向從像素坐標系