本发明专利技术涉及三维测量系统领域技术领域，特别涉及一种非接触式三维扫描测量系统。一种实时在线的三维自动化扫描测量系统，包括：AGV小车、协作机器人、高精度光学扫描测头、固定式光学跟踪器、基于5G技术的数据无线传输单元、数据处理单元以及自动化控制单元。本发明专利技术利用高精度光学扫描测头采集被测工件的图像信息，通过5G技术实时、快速传送给数据处理单元，数据处理单元完成点云数据解算、点云去噪、点云网格化及形位公差分析等数据处理，得到的测量结果上传至云服务器，实现测量结果云共享。有效解决了现有在线测量系统在对工件进行实时在线测量时安全性差、编程复杂、适应性差、测量数据因无法实时共享而造成检测效率低的问题。据因无法实时共享而造成检测效率低的问题。据因无法实时共享而造成检测效率低的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种实时在线的三维自动化扫描测量系统
[0001]本专利技术涉及三维测量系统领域
，特别涉及一种非接触式三维扫描测量系统。
技术介绍
[0002]在智能制造的浪潮下，智能化工厂已是一种趋势，智能测量作为智能制造的重要环节，对测量系统的无线自动化控制、测量系统的应用延展性及测量数据的实时共享提出了更高的要求。
[0003]工厂中现有技术中大部分对工件进行几何尺寸测量的测量方案都是将工件从机床上取下，运送至测量实验室或指定测量区域进行离线测量，这种离线测量方法的缺点是：
[0004](1)此方法一般只适用于成品测量，不能对加工过程中的工件进行原位在线测量，实时监测工件加工质量，如果成品件测量时发现问题，可能会导致工件无法修复，这样会增加废品率，增加生产成本，降低加工效率。
[0005](2)工件转运过程中，需要操作人员的干预，增加了人工成本，降低了测量效率。
[0006]基于工件离线测量的一些不足，依靠智能制造技术的蓬勃发展，近年来，工件在线测量技术迅速发展，应用最多的是将柔性接触式测头集成在加工中心中，依靠加工中心自身的运动系统实现工件的原位在线测量，但是，此方法存在以下不足：
[0007](1)接触式测头数据采集方式为单点采集，点云密度低，无法满足复杂曲面零件数模比对分析用高密度点云数据要求。
[0008](2)目前，工厂中绝大多数现有的加工中心并没有配备在线测量功能模块，设备升级难度大，成本高。
[0009]目前市场上出现了一种应用自动导航小车搭载工业机器臂与三维扫描测头组成的在线三维扫描测量系统，虽然在一定程度上实现了厂房内工件的在线扫描测量，但是该系统存在的问题有：
[0010](1)安全性差，上述系统采用的机器人为普通的工业六轴机器人，无论是自动导航小车按规定路线穿行于工厂中，还是扫描测量工件过程中，普通工业机器人都会对周边人员及其它设备存在一定的安全风险，有可能由于机器人飞车伤及人员或者其它设备。
[0011](2)自动化扫描程序编程复杂，测量系统适应性差。一般工厂中加工中心型号多种多样，加工的零件也千差万别，还存在不同型号的加工中心加工同一种零件的可能，要想满足每一种情况下工件的自动化扫描测量，就需要利用机器人示教器预先编制多种机器人自动化测量程序，或者通过示教器实时控制机器人运动完成手动测量。无论哪种测量方式，都需要通过机器人示教器控制机器人运动，工作量大，操作复杂，对人员技术要求依赖性强，成本高，测量效率低。
[0012](3)测量数据无法实时共享，该测量系统得到的工件外形轮廓数据只能保存在本地，后续需要操作人员手动将实测数据导入到加工中心中与工件实时理论模型进行比对分析，造成测量效率低，且测量结果只能本地查看，无法做到跨空间的数据实时共享。
技术实现思路
[0013]本专利技术的目的是：为解决现有在线测量系统在对工件进行实时在线测量时安全性差、编程复杂、适应性差、测量数据因无法实时共享而造成检测效率低的问题，提供一种实时在线的三维自动化扫描测量系统。
[0014]本专利技术的技术方案是：一种实时在线的三维自动化扫描测量系统，包括：AGV小车、协作机器人、高精度光学扫描测头、固定式光学跟踪器、基于5G技术的数据无线传输单元、数据处理单元以及自动化控制单元。
[0015]被测工件放置于加工中心的检测台。
[0016]集成有自动化控制单元的AGV小车搭载协作机器人；在自动化控制单元的控制下，AGV小车将协作机器人运送至指定测量工位。
[0017]高精度光学扫描测头安装在协作机器人的执行末端，用于对被测工件进行扫描。
[0018]固定式光学跟踪器相对于被测工件的空间位置固定，用于对高精度光学扫描测头工作时的空间位姿进行实时跟踪。
[0019]数据处理单元集成于加工中心的计算机内，用于接收高精度光学扫描测头及固定式光学跟踪器的输送数据，评价加工误差，实现在线测量。
[0020]AGV小车、协作机器人、高精度光学扫描测头、固定式光学跟踪器以及加工中心的计算机内均设有数据5G传输模块，工厂设有5G通讯基站，工厂外设有5G服务器，由此形成基于5G技术的数据无线传输单元，基于5G通信技术实现数据的无线传输。
[0021]上述方案中，进一步的，固定式光学跟踪器通过安装在高精度光学扫描测头上的固定靶标，实时跟踪高精度光学扫描测头的位姿，将高精度光学扫描测头每一测量站位的局部坐标系扫描数据，统一到同一坐标系下，完成数据拼接，获得完整的被测工件轮廓实测点云数据。此种数据拼接方法无需在被测工件上或者专用测量工装上黏贴标记点，适应性更强，测量效率更高。扫描过程中，所述固定式光学跟踪器在世界坐标系中相对于被测工件位置固定，如果根据测量的需要，被测工件发生移动，则所述固定式光学跟踪器将失去数据拼接的功能，此时可通过在工件上或专用测量工装上黏贴标记点的方式，实现扫描数据的拼接。
[0022]上述方案中，进一步的，数据处理单元将完整的工件轮廓实测点云数据与被测工件理论模型进行比对分析，评价加工误差，实现工件的在线测量，测量结束后，数据处理单元将测量结果无线上传到云端，实现测量结果的实时共享。
[0023]上述方案中，进一步的，AGV小车的导航方式为自动导航或通过运动控制器导航。
[0024]在自动导航模式下，AGV小车的导航方式为视觉导航、电磁导航、磁条导航、激光导航、惯性导航或者GPS导航，依靠自动化控制单元按照预定的最佳路径自动移动到指定测量工位。
[0025]在运动控制器导航模式下，通过控制器将AGV小车引导至指定测量工位。
[0026]上述方案中，进一步的，AGV小车的供电方式分为在线供电或离线供电，在线供电即在厂房顶部沿运行路径布置线缆，实时供电；离线供电即AGV小车自带充电电池，厂房内设有充电站，不工作时，AGV小车自动运行至充电站自行充电。
[0027]上述方案中，进一步的，协作机器人为六自由度关节机器人，通过协作机器人各关节的联动，实现高精度光学扫描测头相对于对被测工件任意空间姿态的快速、精确定位；协
作机器人工作模式为：自动工作模式或协作工作模式；协作机器人与高精度光学扫描测头通过无线网络实现自动通讯，两者之间可自动收、发指令信号。
[0028]在自动工作模式下：协作机器人与高精度光学扫描测头联动，按照预先设定的自动扫描程序自动完成被测工件遍历扫描，自动扫描路径的示教可通过人手拖拽机器人的方式实现，操作简单，效率高。
[0029]在协作工作模式下：通过拖拽协作机器人的方式，实现高精度光学扫描测头的定位，通过操作无线蓝牙遥控器完成高精度光学扫描测头的数据采集工作，在操作人员配合下完成被测工件的遍历扫描。
[0030]协作机器人具有极高的安全性，自动工作模式下，若机器人碰到人，或人碰到机器人，机器人都会自动停止，避免对人造成伤害。协作工作模式下，无需安全围栏防护，机器人可以与人协同作业。协作机器人具有极高的灵活性与适应性，机本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实时在线的三维自动化扫描测量系统，其特征在于：被测工件(5)放置于加工中心(8)的检测台；集成有自动化控制单元(9)的AGV小车(1)搭载协作机器人(3)；在所述自动化控制单元(9)的控制下，所述AGV小车(1)将所述协作机器人(3)运送至设定测量工位；高精度光学扫描测头(4)安装在所述协作机器人(3)的执行末端，用于对所述被测工件(5)进行扫描；固定式光学跟踪器(2)相对于被测工件(5)的空间位置固定，对所述高精度光学扫描测头(4)工作时的空间位姿进行实时跟踪；数据处理单元(7)集成于加工中心的计算机内，用于接收所述高精度光学扫描测头(4)及所述固定式光学跟踪器(2)的数据，评价加工误差，实现在线测量；所述AGV小车(1)、所述固定式光学跟踪器(2)、所述协作机器人(3)、所述高精度光学扫描测头(4)以及所述加工中心的计算机内均设有数据5G传输模块，基于5G通信实现数据的无线传输。2.如权利要求1所述的实时在线的三维自动化扫描测量系统，其特征在于：所述固定式光学跟踪器(2)通过安装在高精度光学扫描测头(4)上的固定靶标，实时跟踪高精度光学扫描测头(4)的位姿；然后将高精度光学扫描测头(4)每一测量站位的局部坐标系扫描数据，统一到同一坐标系下，完成数据拼接，获得完整的被测工件(5)轮廓实测点云数据。3.如权利要求2所述的实时在线的三维自动化扫描测量系统，其特征在于：所述数据处理单元(7)将完整的被测工件(5)轮廓实测点云数据与被测工件理论模型进行比对分析，评价加工误差。4.如权利要求1或2或3所述的实时在线的三维自动化扫描测量系统，其特征在于：所述AGV小车(1)的导航方式为自动导航或通过运动控制器导航；在自动导航模式下，所述AGV小车...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴桐，郭力振，高越，张海存，刘柯，孙增玉，张容卓，
申请(专利权)人：北京航天计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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