一种大尺寸零件表面柔性测量系统

1.本实用新型涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种大尺寸零件表面柔性测量系统。


背景技术：

2.随着制造业工艺水平的不断提高与大型零部件制造领域的不断发展，对于大尺寸零件的三维测量提出了更高的要求，然而传统的测量手段难以满足高精度、高效率要求。现有的结构光三维测量技术以测量精度优良和测量高效等优势逐渐被广泛运用于各种零件的精确测量。
3.但是结构光三维测量对大型零部件的测量存在有部分不足，由于几何尺寸大、结构复杂的零部件，对测量精度和测量范围的要求都比较高，这对大尺寸三维测量技术提出了挑战。然而对于结构光三维测量的现有技术，在测量过程中，测量相机一般不能保证对测量零件的全方位测量，当测量零件尺寸较大的时候，需要用多个相机同时进行拍摄，使得整个测量系统所需要的标定装置、拍摄装置、校准仪以及标定方法所需要的测量成本相对较高；同时过于复杂、大型的零部件的测量也会不全面。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种大尺寸零件表面柔性测量系统，旨在降低测量成本，对大尺寸零件进行全方位精确测量。
5.本实用新型的实施例提供一种大尺寸零件表面柔性测量系统，包括：
6.基座，所述基座上有一安装位，用于固定待测零件；
7.激光跟踪仪，设于所述安装位一侧，所述激光跟踪仪的跟踪头朝向所述安装位，用于发射激光；
8.多关节机械臂，所述多关节机械臂的活动端设于所述安装位的上方，并与所述激光跟踪仪相对设置；
9.光学跟踪多靶球，设于所述多关节机械臂的活动端，用于接收所述激光并反射回所述激光跟踪仪；
10.双目相机，设于所述多关节机械臂的活动端，用于采集所述多关节机械臂活动端所在位置的图像信息；
11.驱动装置，用于驱动所述多关节机械臂的活动端与所述待测零件的相对位置发生改变；以及，
12.控制装置，与所述多关节机械臂、所述双目相机和所述驱动装置电连接，用于控制所述活动端相对所述待测零件的位置并获取所述图像信息。
13.可选地，所述驱动装置包括：
14.转盘，所述转盘转动设于所述安装位，所述待测零件安装于所述转盘上；
15.驱动组件，驱动所述转盘转动。
16.可选地，所述驱动组件包括：
17.转轴，所述转轴垂直固定于所述转盘的中心的下方；
18.第一电机，所述第一电机的输出轴与所述转轴固定，以驱动所述转轴转动。
19.可选地，所述驱动组件包括：
20.转柱，所述转柱向下凸设于所述转盘中心；
21.副齿轮，与所述转柱固定连接；
22.主齿轮，与所述副齿轮相啮合；以及，
23.第二电机，所述第二电机的输出轴与所述主齿轮同轴连接，以驱动所述主齿轮转动。
24.可选地，所述驱动装置包括：
25.电磁轨道，设于安装位外侧；以及，
26.agv小车，设于所述电磁轨道上，用于安装所述多关节机械臂。
27.可选地，所述电磁轨道自所述安装位向外侧方向上设有多层。
28.可选地，所述多关节机械臂至少包括三个关节。
29.可选地，每一所述关节均设为枢接结构，所述枢接结构包括：
30.第一连接臂，所述第一连接臂的一端设有通孔；
31.第二连接臂，所述第二连接臂靠近所述第一连接臂的一侧面上凸设有连接柱，所述连接柱穿设于所述通孔，以使得所述第一连接臂与所述第二连接臂转动连接；以及，
32.第三电机，所述第三电机的输出轴与所述连接柱固定连接，以驱动所述第二连接臂转动。
33.可选地，所述第一连接臂和所述第二连接臂均可以设为一根杆件；或，
34.所述第一连接臂和所述第二连接臂均包括两个并行连接的连接杆和多根固定杆，多根所述固定杆沿所述连接杆的延伸方向间隔设置，且每一所述固定杆的两端分别与两个所述连接杆固定连接。
35.本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的大尺寸零件表面柔性测量系统通过在基座安装位安装待测零件，利用激光跟踪仪向光学跟踪多靶球发生激光，通过光学跟踪多靶球接受激光并反射给激光跟踪仪，再通过将双目相机和光学跟踪多靶球安装在同一位置，利用双目相机实时拍摄光学跟踪多靶球接受和反射激光所在的位置信息，通过驱动装置驱动多关节机械臂的活动端与待测零件的相对位置发生改变，双目相机可以实时拍摄多个位置的图像信息，再通过控制装置获取的多个位置的图像信息采用三维点云拼接技术进行待测零件的三维重建，从而得到待测零件的三维尺寸及表面特征信息，实现高精度的尺寸测量和质量检测。
附图说明
36.图1是本实用新型提供的大尺寸零件表面柔性测量系统的一实施例的结构示意图；
37.图2是图1的正视示意图；
38.图3是图2中的a部分放大示意图；
39.图4是图2的俯视示意图。
40.图中：大尺寸零件表面柔性测量系统100、基座1、激光跟踪仪2、多关节机械臂3、枢接结构31、第一连接臂31a、第二连接臂31b、第三电机31c、光学跟踪多靶球4、双目相机5、转盘6。
具体实施方式
41.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。
42.请参考图1至图4，本实用新型提供的一种大尺寸零件表面柔性测量系统100，包括基座1、激光跟踪仪2、多关节机械臂3、光学跟踪多靶球4、双目相机5、驱动装置和控制装置，所述基座1上有一安装位，用于固定待测零件；激光跟踪仪2设于所述安装位一侧，所述激光跟踪仪2的跟踪头朝向所述安装位，用于发射激光；所述多关节机械臂3的活动端设于所述安装位的上方，并与所述激光跟踪仪2相对设置；光学跟踪多靶球4设于所述多关节机械臂3的活动端，用于接收所述激光并反射回所述激光跟踪仪2；双目相机5设于所述多关节机械臂3的活动端，用于采集所述多关节机械臂3活动端所在位置的图像信息；驱动装置用于驱动所述多关节机械臂3的活动端与所述待测零件的相对位置发生改变；控制装置与所述多关节机械臂3、所述双目相机5和所述驱动装置电连接，用于控制所述活动端相对所述待测零件的位置并获取所述图像信息。
43.通过在基座1安装位安装待测零件，利用激光跟踪仪2向光学跟踪多靶球4发生激光，通过光学跟踪多靶球4接受激光并反射给激光跟踪仪2，再通过将双目相机5和光学跟踪多靶球4安装在同一位置，利用双目相机5实时拍摄光学跟踪多靶球4接受和反射激光所在的位置信息，通过驱动装置驱动多关节机械臂3的活动端与待测零件的相对位置发生改变，双目相机5可以实时拍摄多个位置的图像信息，再通过控制装置获取的多个位置的图像信息采用三维点云拼接技术进行待测零件的三维重建，从而得到待测零件的三维尺寸及表面特征信息，实现高精度的尺寸测量和质量检测。
44.此处，值得一提的是，本技术中的待测零件是指长度大于1000mm的大尺寸零件。同时，此处的光学跟踪多靶球4和双目相机5具体是由多个光学靶球构成的多面靶球体、两台工业相机构成的双目系统和一台带广角镜头的轮廓相机一起安装在多关节机械臂3活动端构成的，能够实现任意姿态的标定、高精度成像及大尺寸零部件的轮廓成像。其中，多面靶球体是有11个光学跟踪靶球组成的多平面靶球体，由三个不共线的靶球确定一个位姿平面，实现空间平面高精度定位。本测量系统的测量原理是利用激光跟踪仪2对靶球多面体进行平面跟踪，确定双目相机5的位姿信息，实现动态标定，为测量系统连续扫描实现三维重建提供高精度标定。
45.另外，通过多关节机械臂3的活动和驱动装置驱动所述多关节机械臂3的活动端与所述待测零件的相对位置发生改变，可以对大尺寸、结构复杂的待测零件进行连续、宽范围的测量和检测，使得光学跟踪多靶球4和双目相机5能到达待测零件的多个测量位置进行标定。
46.进一步地，在第一实施例中，参照图3和图4所示，所述驱动装置包括转盘6和驱动组件，所述转盘6转动设于所述安装位，所述待测零件安装于所述转盘6上；驱动组件驱动所述转盘6转动。
47.在第一实施例中，通过设置转盘6转动来带动待测零件的转动，再配合多关节机械臂3的活动，可以实现多功能机械臂活动端与所述待测零件的相对位置发生改变，进而带动光学跟踪多靶球4和双目相机5与待测零件的相对位置发生改变。
48.在一实施例中，所述驱动组件包括转轴和第一电机，所述转轴垂直固定于所述转盘6的中心的下方；所述第一电机的输出轴与所述转轴固定，以驱动所述转轴转动。通过在转盘6的下方安装转轴和第一电机直接驱动转盘6转动，此处第一电机可以采用伺服电机来驱动，这种驱动方式结构简单。
49.在另一实施例中(图中未画出)，所述驱动组件包括转柱、副齿轮、主齿轮和第二电机，所述转柱向下凸设于所述转盘6中心；副齿轮与所述转柱固定连接；主齿轮与所述副齿轮相啮合；所述第二电机的输出轴与所述主齿轮同轴连接，以驱动所述主齿轮转动。通过齿轮啮合的方式驱动转盘6转动，这种驱动方式驱动精度高，且易于控制。
50.在第二实施例中(图中未画出)，所述驱动装置包括电磁轨道和agv小车，电磁轨道设于安装位外侧；agv小车设于所述电磁轨道上，用于安装所述多关节机械臂3。
51.通过在安装位外侧安装电磁轨道和agv小车，从而利用agv小车在安装位外侧的移动来带动多关节机械臂3位置的改变，再结合多关节机械臂3的转动，可以实现多关节机械臂3活动端相对于安装位上待测零件的位置改变，这种驱动方式也易于控制。此处，agv小车的运动较为成熟，这里不过多赘述。
52.此外，也可以将驱动装置设置为第一实施例和第二实施例的结合作为第三实施例，利用转盘6的转动，多关节机械臂3的移动和多关节机械臂3活动端的活动来改变光学跟踪多靶球4和双目相机5相对于待测零件的位置。
53.进一步地，所述电磁轨道自所述安装位向外侧方向上设有多层。通过设置多层电磁轨道，可以改变多关节机械臂3相对安装位的活动半径，同时，也能适应不同大小尺寸的待测零件。
54.进一步地，所述多关节机械臂3至少包括3个关节。通过设置3个或者更多关节的机械臂，有助于提高机械臂的灵活度，使得多关节机械臂3的活动端能够到达的位置更多，进而获取更加精细的位置信息。
55.进一步地，参照图1所示，每一所述关节均设为枢接结构31，所述枢接结构31包括第一连接臂31a、第二连接臂31b和第三电机31c，所述第一连接臂31a的一端设有通孔；所述第二连接臂31b靠近所述第一连接臂31a的一侧面上凸设有连接柱，所述连接柱穿设于所述通孔，以使得所述第一连接臂31a与所述第二连接臂31b转动连接；所述第三电机31c的输出轴与所述连接柱固定连接，以驱动所述第二连接臂31b转动。
56.通过将每个关节设于枢接结构31，便于多关节机械臂3的组装和控制。枢接结构31作为铰接的一种方式，当然，此处也可以设为其它铰接的方式来实现机械臂关节的活动。
57.进一步地，所述第一连接臂31a和所述第二连接臂31b均可以设为一根杆件；或所述第一连接臂31a和所述第二连接臂31b均包括两个并行连接的连接杆和多根固定杆，多根所述固定杆沿所述连接杆的延伸方向间隔设置，且每一所述固定杆的两端分别与两个所述连接杆固定连接。
58.第一连接臂31a和第二连接臂31b通过一根杆件或两根并行连接的连接杆都可以实现其枢接结构31的连接，两根并行的连接杆可以提高第一连接臂31a或第二连接臂31b的
刚度和强度，当然，采用刚度较大，尺寸足够大的一根杆件也可以满足第一连接臂31a和第二连接臂31b的强度。
59.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
60.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
61.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。