一種多激光器檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多激光器檢測系統，包括基座和用于運送零件經過檢測區域的運送機構，沿所述運送機構運動方向兩側的基座上分別固定設置有至少一個激光器，所述運送機構上固定有用于測量運送機構位移量的位移檢測單元，所有激光器的坐標系標定重合，零件在運送機構的運送下經過各激光器的掃描區時，每個激光器均掃描獲得一組2維數據，將所有激光器獲得的2維數據輸出至在同一坐標系中，形成完整的零件截面輪廓點云圖像。本發明的多激光器檢測系統，各激光器從不同角度分別采集快速通過的零件表面輪廓數據可以直接輸出至在同一坐標系中，一次掃描即可獲得完整的零件截面輪廓點云圖像，后臺無計算壓力，檢測效率高。
【專利說明】一種多激光器檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于檢測系統【技術領域】，具體地說，是涉及一種多激光器檢測系統。
【背景技術】
[0002]激光器可以迅速采集物體表面的輪廓數據，精度覆蓋范圍也很廣，從0.01微米到
0.1毫米的精度均可覆蓋。在激光器檢測系統中，現階段對于此類激光器的使用主要有以下方式:在生產現場料線上對零件進行檢測，此過程通過將激光器固定在指定位置，零件經過此位置時對零件的局部部位進行檢測，輸出零件局部部位的偏差；此方法的優點是在線檢測，缺點是如果零件進行了調整，如果想獲取特定部位的表面數據信息，需要相應重新調整激光器，此外，一般都是單面檢測，即使雙面檢測也是兩個面沒有相對關系，檢測的兩個面是相互獨立的，無法形成三維圖。
[0003]為了對零件多方位檢測，形成三維檢測圖，激光器當做三坐標的附件使用，借助三坐標三軸的運動和精度，實現對零件的掃描檢測，其優點是，可以調整角度實現對零件的多個角度的掃描；缺點是多次旋轉角度，多次掃描，效率很慢，無法實現對生產線零件的批量檢測。現階段激光快速檢測基本局限于單個激光器掛接在三坐標等三軸運動設備上，借助三坐標的精度實現對零件掃描，激光器被當做一個三坐標設備的附件，無法發揮光學檢測快速采集的特點。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有對零件多方位檢測時，在三坐標中需要多角度分別進行掃描，檢測效率低的問題，提供了一種多激光器檢測系統，通過將所有激光器的坐標系標定重合，各激光器分別采集快速通過的零件表面輪廓數據，并且激光器獲得的2維數據輸出至在同一坐標系中，形成完整的零件截面輪廓點云圖像，后臺無計算壓力，檢測效率高。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現:
一種多激光器檢測系統，包括基座和用于運送零件經過檢測區域的運送機構，沿所述運送機構運動方向兩側的基座上分別固定設置有至少一個激光器，所述運送機構上固定有用于測量運送機構位移量的位移檢測單元，所有激光器的三維坐標系標定重合，零件置于各激光器的掃描區時，每個激光器均掃描獲得一組三維截面數據，在運送機構的運送下零件在激光器的掃描區進行單軸運動，每個激光器將獲得多個三維截面數據，將所有激光器所獲得的全部三維截面數據輸出至在同一坐標系中，形成完整的零件三維輪廓點云圖像。
[0006]進一步的，所述的運送機構包括導軌、移動測量平臺、以及用于驅動所述移動測量平臺沿導軌直線運動的驅動系統。
[0007]優選的，所述的驅動系統包括驅動電機和傳動絲杠。
[0008]進一步的，所述的激光器通過支撐調整單元固定在所述基座上，所述支撐調整單元用于對激光器在三維空間里進行微調。
[0009]進一步的，將所有激光器獲得的2維數據通過垂直度算法、角度偏擺算法、或者線性補償算法拼合在一起，形成完整的零件截面輪廓點云圖像，并輸出至同一坐標系下顯示。
[0010]進一步的，所述所有激光器的坐標系標定重合的標定方法為:
(1)、調整所有激光器射出的激光在YZ平面上平行；
(2)、調整所有激光器射出的激光在XY平面上平行；
(3)、經過所述步驟(I)和步驟(2)的調整，所述各激光器的坐標系在Z軸相互平行，固定其中一個激光器的坐標系，計算其他激光器的坐標系與該固定坐標系的三軸坐標偏差，根據所計算的三軸坐標偏差，對除被固定的其他激光器的坐標系逐一進行偏差校準。
[0011]優選的，基座上沿所述運送機構的運動方向兩側分別固定設置有一個激光器，共有兩個激光器，步驟(I)中包括以下步驟:
首先，進行粗略調整，使得兩個激光器射出的激光打到同一平面時形成的兩個點重合，該平面平行于XZ平面；
其次，將兩個激光器分別測量標準量塊的兩個側面，計算所測得的兩個側面的角度即為兩個傳感器的轉角，固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系以轉角值為尺度做旋轉計算。
[0012]進一步的，步驟(2)中包括以下步驟:
計算獲得兩個激光器基準零線的夾角，固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系以夾角值為尺度做旋轉計算。
[0013]又進一步的，步驟(3)中包括以下步驟:
將兩個激光器測量同一個標準球，記錄并計算兩個傳感器獲得的球心坐標(Xa，Ya, Za)和(Xb，Yb，Zb)，得到平移參數(Xb-Xa，Yb-Ya, Zb-Za),固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系按照所述平移參數進行平移計算。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是:本發明的多激光器檢測系統，由于所有激光器的坐標系標定重合，各激光器從不同角度分別采集快速通過的零件表面輪廓數據，使得激光器獲得的2維數據可以直接輸出至在同一坐標系中，一次掃描即可獲得完整的零件截面輪廓點云圖像，后臺無計算壓力，檢測效率高，對零件的擺放位置無要求，零件可以在測量范圍內任意位置擺放，進一步提高了檢測效率。
[0015]結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述后，本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明所提出的多激光器檢測系統一種實施例結構示意圖；
圖2是圖1的俯視圖；
圖3是圖1中兩個激光器射線偏角示意圖；
圖4是圖3的左側視圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0018]實施例一，參見圖1所示，本實施例提供了一種多激光器檢測系統，包括基座I和用于運送零件經過檢測區域的運送機構2，沿運送機構2運動方向兩側的基座I上分別固定設置有至少一個激光器3，運送機構2上固定有用于測量運送機構位移量的位移檢測單元4，每個激光器3的三維坐標系標定重合，且各激光器3可以分別在不同角度掃描快速經過的零件，零件置于各激光器3的掃描區時，每個激光器3均掃描獲得一組三維截面數據，在運送機構2的運送下零件在激光器3的掃描區進行單軸運動，每個激光器將在位移檢測單元4的計數下獲得多個三維截面數據，將所有激光器所獲得的全部三維截面數據輸出至在同一坐標系中，形成完整的零件三維輪廓點云圖像。零件在運送機構的運送下經過各激光器3的掃描區時，每個激光器均掃描獲得一組2維數據，將所有激光器獲得的2維數據輸出至在同一坐標系中，即可形成完整的零件截面輪廓點云圖像。其中，由于每個激光器3的坐標系標定重合，也即，各激光器的掃描角度不同，但掃描同一個點時輸出的三坐標值是一樣的，各激光器從不同角度分別采集快速通過的零件表面輪廓數據，使得激光器獲得的2維數據可以直接輸出至在同一坐標系中，一次掃描即可得到完整的零件截面輪廓點云圖像，后臺無計算壓力，檢測效率高，對零件的擺放位置無要求，零件可以在測量范圍內任意位置擺放，進一步提聞了檢測效率。
[0019]作為一個優選實施例,參見圖2所示,本實施例中的運送機構2包括導軌21、移動測量平臺22、以及用于驅動所述移動測量平臺沿導軌直線運動的驅動系統23。導軌21固定于基座I上，移動測量平臺22用于承載零件，位移檢測單元4設置于移動測量平臺22上，其可以測量運送機構2的位移量，進而可以精確地計算每個掃描截面的位置數據。
[0020]在本實施例中，驅動系統23包括驅動電機和傳動絲杠，驅動電機通過帶動傳動絲杠進而驅動運送機構2運動。
[0021]激光器3通過支撐調整單元5固定在所述基座上，所述支撐調整單元，激光器3可以在支撐調整單元5上調整其水平方向的掃描角度或者豎直方向的掃描角度。
[0022]將所有激光器3獲得的2維數據通過垂直度算法、角度偏擺算法、或者線性補償算法拼合在一起，形成完整的零件截面輪廓點云圖像，并輸出至同一坐標系下顯示。
[0023]其中，所有激光器的坐標系標定重合的標定方法為:
51、調整所有激光器射出的激光在YZ平面上平行；
52、調整所有激光器射出的激光在XY平面上平行；
53、經過所述步驟SI和步驟S2的調整，所述各激光器的坐標系在Z軸相互平行，固定其中一個激光器的坐標系，計算其他激光器的坐標系與該固定坐標系的三軸坐標偏差，根據所計算的三軸坐標偏差，對除被固定的其他激光器的坐標系逐一進行偏差校準。
[0024]下面將以沿所述運送機構2運動方向兩側的基座I上分別固定設置有一個激光器為例，進行詳細說明。
[0025]參見圖3、圖4所示，共有兩個激光器，分別為激光器3A和激光器3B，兩者所射出的激光從水平方向上看存在角度，圖4為圖3的左側視圖，兩個激光器所射出光線的形成扇面在豎直方向是不平行的，存在交叉，為了調整該角度，步驟SI包括以下步驟:
首先，進行粗略調整，使得兩個激光器射出的激光打到同一平面時形成的兩個點重合，該平面平行于XZ平面，該平面垂直于任一激光器射出的激光線；因為只有基本平行的兩條光線打到垂直于該光線的平面上時，無論平面在沿光線方向上怎么平移，該兩條光線與平面的交點之間的距離是固定的(包括重合的情況)，因此，通過本步驟調整，可以實現兩個激光器射出光線在YZ平面上基本平行。[0026]其次，將兩個激光器分別測量標準量塊的兩個側面，計算所測得的兩個側面的角度即為兩個傳感器的轉角al，固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系以轉角值為尺度做旋轉計算。本步驟的原理是由于實際情況下標準量塊的兩個側面是平行的，而兩個激光器測出的結果卻存在夾角，是由于兩個激光器之間存在夾角，因此，通過計算出該轉角值，固定激光器3A的坐標系，將激光器3B的坐標系以轉角值為尺度做旋轉計算，即可實現兩個激光器的坐標系在水平方向的偏差校正。
[0027]激光器3B的坐標系可以參照如下公式進行轉換，其中變換前為(Xb，Yb，Zb)，變換后為(Xbl，Ybl, ZbD0
[0028]Zbl = Zb * Cos (al) _Xb*Sin (al);
Xbl = Zb * Sin (al) +Xb * Cos (al);
Ybl=Yb
步驟S2中包括以下步驟:
計算獲得兩個激光器基準零線的夾角a2，固定激光器3A，將激光器3B以夾角a2值為尺度做旋轉計算。
[0029]激光器3B的坐標系可以參照如下公式進行轉換，其中變換前為(Xb，Yb，Zb)，變換后為(Xb，，Yb’，Zb’)。
[0030]Yb’ = Yb * Cos(a2)_Zb* Sin(a2);
Zb，= Yb * Sin(a2) +Zb * Cos (a2);
Xb，=Xb
步驟S3中包括以下步驟:
將兩個激光器測量同一個標準球，記錄并計算兩個傳感器獲得的球心坐標(Xa，Ya, Za)和(Xb，Yb，Zb)，得到平移參數(Xb-Xa，Yb-Ya, Zb-Za),固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系按照所述平移參數進行平移計算。 [0031]當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種多激光器檢測系統，其特征在于，包括基座和用于運送零件經過檢測區域的運送機構，沿所述運送機構運動方向兩側的基座上分別固定設置有至少一個激光器，所述運送機構上固定有用于測量運送機構位移量的位移檢測單元，所有激光器的三維坐標系標定重合，零件置于各激光器的掃描區時，每個激光器均掃描獲得一組三維截面數據，在運送機構的運送下零件在激光器的掃描區進行單軸運動，每個激光器將獲得多個三維截面數據，將所有激光器所獲得的全部三維截面數據輸出至在同一坐標系中，形成完整的零件三維輪廓點云圖像。
2.根據權利要求1所述的多激光器檢測系統，其特征在于，所述的運送機構包括導軌、移動測量平臺、以及用于驅動所述移動測量平臺沿導軌直線運動的驅動系統。
3.根據權利要求2所述的多激光器檢測系統，其特征在于，所述的驅動系統包括驅動電機和傳動絲杠。
4.根據權利要求1-3任一項權利要求所述的多激光器檢測系統，其特征在于，所述的激光器通過支撐調整單元固定在所述基座上，所述支撐調整單元用于對激光器在三維空間里進行微調。
5.根據權利要求1所述的多激光器檢測系統，其特征在于，將所有激光器獲得的2維數據通過垂直度算法、角度偏擺算法、或者線性補償算法拼合在一起，形成完整的零件截面輪廓點云圖像，并輸出至同一坐標系下顯示。
6.根據權利要求1-3任一項權利要求所述的多激光器檢測系統，其特征在于，所述所有激光器的坐標系標定重合的標定方法為: (1)、調整所有激光器射出的激光在YZ平面上平行； (2)、調整所有激光器射出的激光在XY平面上平行； (3)、經過所述步驟(I)和步驟(2)的調整，所述各激光器的坐標系在Z軸相互平行，固定其中一個激光器的坐標系，計算其他激光器的坐標系與該固定坐標系的三軸坐標偏差，根據所計算的三軸坐標偏差，對除被固定的其他激光器的坐標系逐一進行偏差校準。
7.根據權利要求6所述的多激光器檢測系統，其特征在于，基座上沿所述運送機構的運動方向兩側分別固定設置有一個激光器，共有兩個激光器，步驟(I)中包括以下步驟: 首先，進行粗略調整，使得兩個激光器射出的激光打到同一平面時形成的兩個點重合，該平面平行于XZ平面； 其次，將兩個激光器分別測量標準量塊的兩個側面，計算所測得的兩個側面的角度即為兩個傳感器的轉角，固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系以轉角值為尺度做旋轉計算。
8.根據權利要求7所述的多激光器檢測系統，其特征在于，步驟(2)中包括以下步驟: 計算獲得兩個激光器基準零線的夾角，固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系以夾角值為尺度做旋轉計算。
9.根據權利要求8所述的多激光器檢測系統，其特征在于，步驟(3)中包括以下步驟: 將兩個激光器測量同一個標準球，記錄并計算兩個傳感器獲得的球心坐標(Xa，Ya，Za)和(Xb，Yb，Zb)，得到平移參數(Xb-Xa，Yb-Ya, Zb_Za)，固定其中一個激光器的坐標系，將另外一個激光器的坐標系按照所述平移參數進行平移計算。
【文檔編號】G01B11/24GK103968778SQ201410112925
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】李慶豐, 孟書廣 申請人:海克斯康測量技術(青島)有限公司
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20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
