三坐標(biāo)自動化檢測系統(tǒng)中視覺定位補(bǔ)償方法的應(yīng)用

李建磊、唐振宇、時春峰、張寧

（?？怂箍禍y量技術(shù)（青島）有限公司，青島 266101）

隨著智能制造進(jìn)程的不斷推進(jìn)，制造業(yè)自動化/智能化生產(chǎn)的需求不斷提升。而作為制造業(yè)中重要組成部分的檢測環(huán)節(jié)的也逐漸從測量室忘車間現(xiàn)場、甚至自動化產(chǎn)線集成的模式發(fā)展。?？怂箍低瞥龅淖詣踊诰€檢測方案直接將三坐標(biāo)測量機(jī)集成到自動化生產(chǎn)線，滿足客戶提出的提高設(shè)備檢測效率、縮短工件檢測流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，及時反饋工件加工質(zhì)量、實時進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)反饋或加工補(bǔ)償?shù)刃枨蟆?/p>

在自動化在線檢測時，為了提高三坐標(biāo)測量設(shè)備的檢測效率和設(shè)備利用率，針對批量工件我們通常提前編制好工件自動測量程序（在測量程序中根據(jù)工件位置及特征提前設(shè)定工件坐標(biāo)系），當(dāng)自動上下料新工件后，只要保證工件重復(fù)裝夾定位精度，自動化系統(tǒng)就可以自動啟動原有測量程序完成工件檢測。

但在實際自動化上料過程中，受工件上料方式不同的影響，工件上料至檢測工位的重復(fù)定位精度差異較大；工件上料后原工件坐標(biāo)原點(diǎn)會偏移，坐標(biāo)系角度會發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)工件原有坐標(biāo)系偏移達(dá)到一定程度后，自動運(yùn)行原測量程序就會發(fā)生檢測設(shè)備測針/測頭碰撞的情況，從而無法完成工件自動化檢測。

圖1工件視覺識別定位前

如圖1（a）中示例工件重約400 kg，需要檢測工件外徑、內(nèi)徑，以及圓周孔（非均布）的直徑和位置，桁架機(jī)器人上料無法保證工件圓心的重復(fù)定位精度和圓周孔位角向角度；圖1中（b）工件端面有工件二維碼信息，上料姿態(tài)二維碼位置不固定，檢測端面時需要規(guī)避二維碼位置，以免影響工件檢測結(jié)果。（圖1為工件視覺識別前）。

但受工件重量較大工件調(diào)整不方便、系統(tǒng)中增加工件角向定位裝置成本過高、前端來料工件特征角向無法保證等因素的影響，經(jīng)常遇到無法從上料端解決工件重復(fù)定位的難題。市面上急需一種能夠快速能夠自動調(diào)整工件坐標(biāo)新原點(diǎn)或圓周角向角度的方法，從而兼容性解決工件上料位置偏移和圓周角向旋轉(zhuǎn)的情況。

圖2系統(tǒng)配置圖

海克斯康開創(chuàng)性將視覺識別系統(tǒng)與三坐標(biāo)在線檢測系統(tǒng)進(jìn)行集成，視覺系統(tǒng)自動識別工件上料后實際坐標(biāo)系與理論坐標(biāo)系的偏移量，以及工件坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度，并將識別參數(shù)傳遞自動檢測設(shè)備來補(bǔ)償工件坐標(biāo)系偏移，從而實現(xiàn)自動校正工件坐標(biāo)系來實現(xiàn)補(bǔ)償工件上料重復(fù)定位精度差、或?qū)崿F(xiàn)規(guī)避工件部分特征檢測的目的。（圖2為系統(tǒng)配置圖，圖3為工件坐標(biāo)系偏移參數(shù)識別，圖4為檢測流程圖）。

將工件上料位置偏移和角向旋轉(zhuǎn)的情況在理論模型上簡化為工件在同一個坐標(biāo)平面內(nèi)的轉(zhuǎn)換。對應(yīng)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作原理為：已知自動測量設(shè)備機(jī)械坐標(biāo)系XOY，檢測工件的坐標(biāo)系X’O’Y’；根據(jù)視覺識別定位可知兩個坐標(biāo)系平移量（a,b），以及坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度θ。對應(yīng)的坐標(biāo)系下工件的坐標(biāo)的換算公式可通過如下推導(dǎo)得知。

圖3工件視覺定位識別

假如已知工件坐標(biāo)系（圖5）X’O’Y’中的一點(diǎn)P’(x’,y’)，求P’在基坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值：可以先求出P’在坐標(biāo)系XO’Y中的坐標(biāo)值，X’O’Y’順時針旋轉(zhuǎn)θ（此時θ應(yīng)取負(fù)值）可以變換為坐標(biāo)系XO’Y，然后坐標(biāo)系XO’Y經(jīng)過平移(-a,-b)可以變換為坐標(biāo)系XOY，至此可以求出坐標(biāo)系X’O’Y’中的一點(diǎn)P’(x’,y’)在基坐標(biāo)系XOY中的坐標(biāo)值x，y分別為：

圖4 檢測流程圖

圖5 工件坐標(biāo)系

工件特征視覺檢測及自動檢測補(bǔ)償調(diào)整的自動檢測系統(tǒng)用于工件上料后、工件檢測前，一次性解決工件坐標(biāo)系識別檢測問題，系統(tǒng)將識別坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)傳遞檢測系統(tǒng)，自動執(zhí)行檢測程序進(jìn)行坐標(biāo)系調(diào)整完成工件檢測。系統(tǒng)方案的主要組成部分為：視覺識別檢測系統(tǒng)、三坐標(biāo)檢測設(shè)備、系統(tǒng)總控軟件。系統(tǒng)具體流程步驟如下。

自動上料工件至三坐標(biāo)自動在線檢測設(shè)備。

視覺識別檢測系統(tǒng)根據(jù)識別工件特征情況，確認(rèn)工件坐標(biāo)系相對于標(biāo)定坐標(biāo)系的坐標(biāo)原心偏心距、以及坐標(biāo)軸偏轉(zhuǎn)角度。

自動化管理系統(tǒng)自動執(zhí)行工件測量程序，根據(jù)確認(rèn)的坐標(biāo)系偏移參數(shù)帶入檢測程序進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)自動完成工件定位補(bǔ)償和檢測。

通過在三坐標(biāo)自動化檢測系統(tǒng)中視覺定位補(bǔ)償功能的應(yīng)用，可以快速實現(xiàn)工件的坐標(biāo)系偏移量，在自動化檢測系統(tǒng)中自動進(jìn)行坐標(biāo)系偏移量補(bǔ)償檢測，能夠兼容滿足系統(tǒng)上下料重復(fù)定位精度不高，以及工件圓周特征檢測規(guī)避的功能要求；該自動化檢測視覺定位補(bǔ)償方法的應(yīng)用，既提高了三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的效率，同時減少系統(tǒng)的成本投入，提高了自動化檢測系統(tǒng)的兼容性。