一种盘类件激光校准方法

摘要

本发明公开了一种盘类件激光校准方法，克服了现有技术定位精度低易损伤工件影响后续加工效率的问题，基于工业六轴机器人的校准方案，通过安装在机器人上的激光位移传感器对工件表面进行扫描，得到精准的盘类工件或者料盘坐标系，使机器人实现了自动，精确的对工件进行定位，而后方便抓取。本发明通过激光技术对盘类件进行定位，可以快速捕获盘类件的精确位置以供后续对盘类件的抓取加工，这种方法定位精度很高且不受盘类件摆放位置的限制，是一种自动的校准方法，不会损伤工件。

权利要求

1.一种盘类件激光校准方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对盘类件进行四点扫描；

所述S1具体过程包括以下步骤：S11：机器人握持激光位移传感器照射盘类件表面；

S12：以机器人基座为原点建立基坐标，沿基坐标y轴方向从盘类件圆心位置沿半径扫描出盘类件圆盘边缘，记录激光扫描数据和机器人位置；

S13：机器人握持激光位移传感器沿y轴负方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

S14：机器人握持激光位移传感器沿x轴正方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

S15：机器人握持激光位移传感器沿x轴负方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

S2：计算盘类件表面朝向；

S3：根据盘类件表面朝向调整机器人姿态和位置；

S4：基于新的朝向慢速精扫；

S5：拟合盘类件圆心，并在坐标系上确定精确位置。

2.根据权利要求1所述的一种盘类件激光校准方法，其特征在于，所述S2具体过程包括以下步骤：

S21：调用大正算法得到四个盘类件边缘点，根据最小二乘法拟合盘类件圆心位置；

S22：根据盘类件边缘点和圆心位置确定盘类件表面朝向。

3.根据权利要求2所述的一种盘类件激光校准方法，其特征在于，步骤S21中所述大正算法具体过程包括以下步骤：

S211：建立时间与激光读数的关系坐标系，纵轴s为激光读数，横轴t为时间，两根竖直的线为已找到的边缘区间；

S212：从时间轴t原点t(0)开始对比s(t)和s(t+n)的差值是否高于边缘台阶最小高度，若是进入步骤S33，若否则对比下一个n；

S213：计算s(t)周围和s(t+n)周围的激光读数组成的线段，将波动和弧度符合边缘特征的数据区间提取，求出该区间内图像斜率最大的位置即为机器人扫描到边缘的位置，获取该位置的时间点，根据工具坐标读数求出边缘点基于机器人的位置；

S214：以对边边缘点作向量，其向量积即为盘类件表面法向量，即盘类件朝向；

S215：根据四个盘类件边缘上的点和最小二乘法拟合出圆心位置；

S216：定义盘类件表面朝向为坐标系朝向，盘类件中心为坐标系位置，得出此盘类件精确的坐标系点位和方向；

其中，n为机器人扫过边缘倒角长度产生的激光读数个数。

4.根据权利要求1所述的一种盘类件激光校准方法，其特征在于，所述S3具体过程包括以下步骤：

S31：根据盘类件表面朝向调整机器人姿态和位置；

S32：将位置调整至激光扫描方向和激光照射方向角度每次都相同，使激光方向与盘类件表面呈90°。

5.根据权利要求1所述的一种盘类件激光校准方法，其特征在于，所述S4具体过程包括以下步骤：

S41：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，移动至x轴方向接近边缘处，记录此点读数和点位，求出激光照射点位置，记为P1（x1，y1，z1）；

S42：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，向x轴负半轴和y轴正半轴方向各移动5mm，求出激光照射点位置，记为P2（x2，y2，z2）；

S43：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，向y轴负半轴方向移动5mm，求出激光照射点位置，记为P3（x3，y3，z3）；

S44：使用拟合算法通过P1、P2和P3三点求出盘类件的圆心，记为C1；

S45：回到开始点，机器人绕基坐标z轴方向旋转120°，重复步骤S51‑S54，得到圆心C2；

S46：重复步骤S55，得到圆心C3；

S47：根据C1、C2和C3求得盘类件的精确朝向；

S48：沿着三个方向扫描到边缘，求得边缘点PA、PB和PC，根据你和算法算出圆心C。

6.根据权利要求1所述的一种盘类件激光校准方法，其特征在于，所述S5具体过程包括以下步骤：

S51：通过精扫结果得出的四点拟合出圆心C位置；

S52：圆心C为盘类件圆心坐标位置，面PAPBPC的朝向为盘类件坐标朝向。

说明书

一种盘类件激光校准方法

技术领域

[0001] 本发明涉及激光校准技术领域，尤其是涉及一种精度高效率高应用范围广泛的盘类件激光校准方法。

背景技术

[0002] 近年来，激光技术在在工业中发展迅速，随着激光技术的出现，校准方法也不断出现，在工业化的应用当中对于校准精度提出了很大的挑战，需要测量精度不断地提高；在机
床等加工设备上对零部件进行加工时，需要先将零部件夹持、定位至某个固定位置，之后，
再对零部件进行加工。然而现有的工艺中缺乏通过对零件进行定位校准，现有工艺都是通
过硬件对零件进行定位切割，传统对盘类件的抓取定位，是通过人工控制工具直接对准(抓
取)工件，然后记录该点位，对工件位置的容差极小，且新增工件或者工具换新必须重新校
准抓取点位，另一种传统方法则是通过在机头安置探针，通过物理触碰的方法，测得边缘点
位，算出坐标系，不过体积大，干涉多，无法在生产状态下安装该装置，且物理触碰在理论上
会存在额外的误差，而且可能损伤工件这种工艺过程的定位精度很低且耗费时间多，影响
加工效率。

[0003] 例如，一种在中国专利文献上公开的“一种盘类件用夹持装置”，其公告号CN209289073U，包括连接盘，所述连接盘上设有护罩，位于所述护罩内的所述连接盘上竖向
滑动安装有推板，所述推板由直线驱动装置进行驱动，所述推板上铰接有延伸至所述护罩
上方的连杆压件机构。采用该盘类件用夹持装置在定位的工作过程中会产生摩擦影响盘类
件的工艺加工，且该装置定位方法复杂且精度低远不如激光技术精度高。

发明内容

[0004] 本发明是为了克服现有技术的定位精度低易损伤工件影响后续加工效率的问题，提供一种盘类件激光校准方法，该方法通过激光技术对盘类件进行定位，可以快速捕获盘
类件的精确位置以供后续对盘类件的抓取加工，这种方法定位精度很高且不受盘类件摆放
位置的限制，是一种自动的校准方法，不会损伤工件。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种盘类件激光校准方法，包括以下步骤：

[0007] S1：对盘类件进行四点扫描；

[0008] S2：计算盘类件表面朝向；

[0009] S3：根据盘类件表面朝向调整机器人姿态和位置；

[0010] S4：基于新的朝向慢速精扫；

[0011] S5：拟合盘类件圆心，并在坐标系上确定精确位置。通过激光技术对盘类件进行定位，可以快速捕获盘类件的精确位置以供后续对盘类件的抓取加工，这种方法定位精度很
高且不受盘类件摆放位置的限制，是一种自动的校准方法，不会损伤工件。

[0012] 作为优选，所述S1具体过程包括以下步骤：

[0013] S11：机器人握持激光位移传感器照射盘类件表面；

[0014] S12：以机器人基座为原点建立基坐标，沿基坐标y轴方向从盘类件圆心位置沿半径扫描出盘类件圆盘边缘，记录激光扫描数据和机器人位置；

[0015] S13：机器人握持激光位移传感器沿y轴负方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

[0016] S14：机器人握持激光位移传感器沿x轴正方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

[0017] S15：机器人握持激光位移传感器沿x轴负方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置。

[0018] 作为优选，所述S2具体过程包括以下步骤：

[0019] S21：调用大正算法得到四个盘类件边缘点，根据最小二乘法拟合盘类件圆心位置；

[0020] S22：根据盘类件边缘点和圆心位置确定盘类件表面朝向。

[0021] 作为优选，步骤S21中所述大正算法具体过程包括以下步骤：

[0022] S211：建立时间与激光读数的关系坐标系，纵轴s为激光读数，横轴t为时间，两根竖直的线为已找到的边缘区间；

[0023] S212：从时间轴t原点t(0)开始对比s(t)和s(t+n)的差值是否高于边缘台阶最小高度，若是进入步骤S33，若否则对比下一个n；

[0024] S213：计算s(t)周围和s(t+n)周围的激光读数组成的线段，将波动和弧度符合边缘特征的数据区间提取，求出该区间内图像斜率最大的位置即为机器人扫描到边缘的位
置，获取该位置的时间点，根据工具坐标读数求出边缘点基于机器人的位置；

[0025] S214：以对边边缘点作向量，其向量积即为盘类件表面法向量，即盘类件朝向；

[0026] S215：根据四个盘类件边缘上的点和最小二乘法拟合出圆心位置；

[0027] S216：定义盘类件表面朝向为坐标系朝向，盘类件中心为坐标系位置，得出此盘类件精确的坐标系点位和方向；

[0028] 其中，n为机器人扫过边缘倒角长度产生的激光读数个数。通过激光位移传感器对工件表面的扫描，可以获得激光读数随机器人扫描位置波动的关系的数据，当激光扫描到
工件边缘时，数据则会产生波动，过滤掉干扰信息，找到异常波动点，从而找到机器人扫描
到边缘的坐标，大正算法扫描提取工件边缘点并用现有的最小二乘法拟合圆心，过程简单
省时，效率高，适用范围广，精度高，可以实现高效自动化生产。

[0029] 作为优选，所述S3具体过程包括以下步骤：

[0030] S31：根据盘类件表面朝向调整机器人姿态和位置；

[0031] S32：将位置调整至激光扫描方向和激光照射方向角度每次都相同，使激光方向与盘类件表面呈90°。

[0032] 作为优选，所述S4具体过程包括以下步骤：

[0033] S41：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，移动至x轴方向接近边缘处，记录此点读数和点位，求出激光照射点位置，记为P1（x1，y1，z1）；

[0034] S42：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，向x轴负半轴和y轴正半轴方向各移动5mm，求出激光照射点位置，记为P2（x2，y2，z2）；

[0035] S43：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，向y轴负半轴方向移动5mm，求出激光照射点位置，记为P3（x3，y3，z3）；

[0036] S44：使用拟合算法通过P1、P2和P3三点求出盘类件的圆心，记为C1；

[0037] S45：回到开始点，机器人绕基坐标z轴方向旋转120°，重复步骤S51‑S54，得到圆心C2；

[0038] S46：重复步骤S55，得到圆心C3；

[0039] S47：根据C1、C2和C3求得盘类件的精确朝向；

[0040] S48：沿着三个方向扫描到边缘，求得边缘点PA、PB和PC，根据你和算法算出圆心C。在定位盘类件时，大正机器人程序会根据情况重复以不同方向扫描三个或以上点位，可以
获得盘类件表面圆上的点位，从而根据拟合算法和最小二乘法得出工件表面的法向量和表
面圆的圆心，以此可以建立盘类件的坐标系，盘类件只需确定一个方向。

[0041] 作为优选，所述S5具体过程包括以下步骤：

[0042] S51：通过精扫结果得出的四点拟合出圆心C位置；

[0043] S52：圆心C为盘类件圆心坐标位置，面PAPBPC的朝向为盘类件坐标朝向。

[0044] 因此，本发明具有如下有益效果：

[0045] 1. 通过激光技术对盘类件进行定位，可以快速捕获盘类件的精确位置以供后续对盘类件的抓取加工，这种方法定位精度很高且不受盘类件摆放位置的限制，是一种自动
的校准方法，不会损伤工件；

[0046] 2.通过大正算法扫描提取工件边缘点并用现有的最小二乘法拟合圆心，过程简单省时，效率高，适用范围广，精度高，可以实现高效自动化生产；

[0047] 3. 通过激光位移传感器对工件表面的扫描，可以获得激光读数随机器人扫描位置波动的关系的数据，当激光扫描到工件边缘时，数据则会产生波动，过滤掉干扰信息，找
到异常波动点，从而找到机器人扫描到边缘的坐标；在定位盘类件时，大正机器人程序会根
据情况重复以不同方向扫描三个或以上点位，可以获得盘类件表面圆上的点位，从而根据
拟合算法和最小二乘法得出工件表面的法向量和表面圆的圆心，以此可以建立盘类件的坐
标系，盘类件只需确定一个方向，因为圆是对称的，以供机器人抓取或者抓取其上的其他工
件。

附图说明

[0048] 图1是本发明的工作流程示意图。

[0049] 图2是本发明的机器人的结构示意图。

[0050] 图3是本发明的机器人的局部示意图。

[0051] 图4是本实施例时间与激光读数的关系坐标系示意图。

[0052] 图中：1、机器人本体 2、激光位移传感器 3、盘类件。

具体实施方式

[0053] 下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

[0054] 实施例：

[0055] 本实施例一种盘类件激光校准方法，如图1、图4所示，包括以下步骤：

[0056] 步骤S1：对盘类件进行四点扫描；

[0057] 其中，步骤S1具体过程包括以下步骤：

[0058] S11：机器人握持激光位移传感器照射盘类件表面；

[0059] S12：以机器人基座为原点建立基坐标，沿基坐标y轴方向从盘类件圆心位置沿半径扫描出盘类件圆盘边缘，记录激光扫描数据和机器人位置；

[0060] S13：机器人握持激光位移传感器沿y轴负方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

[0061] S14：机器人握持激光位移传感器沿x轴正方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置；

[0062] S15：机器人握持激光位移传感器沿x轴负方向重复扫描并记录激光扫描数据和位置。

[0063] 步骤S2：计算盘类件表面朝向；

[0064] 其中，步骤S2具体过程包括以下步骤：

[0065] S21：调用大正算法得到四个盘类件边缘点，根据最小二乘法拟合盘类件圆心位置；

[0066] S22：根据盘类件边缘点和圆心位置确定盘类件表面朝向。

[0067] 步骤S21中所述大正算法具体过程包括以下步骤：

[0068] S211：建立时间与激光读数的关系坐标系，纵轴s为激光读数，横轴t为时间，两根竖直的线为已找到的边缘区间；

[0069] S212：从时间轴t原点t(0)开始对比s(t)和s(t+n)的差值是否高于边缘台阶最小高度，若是进入步骤S33，若否则对比下一个n；

[0070] S213：计算s(t)周围和s(t+n)周围的激光读数组成的线段，将波动和弧度符合边缘特征的数据区间提取，求出该区间内图像斜率最大的位置即为机器人扫描到边缘的位
置，获取该位置的时间点，根据工具坐标读数求出边缘点基于机器人的位置；

[0071] S214：以对边边缘点作向量，其向量积即为盘类件表面法向量，即盘类件朝向；

[0072] S215：根据四个盘类件边缘上的点和最小二乘法拟合出圆心位置；

[0073] S216：定义盘类件表面朝向为坐标系朝向，盘类件中心为坐标系位置，得出此盘类件精确的坐标系点位和方向；

[0074] 其中，n为机器人扫过边缘倒角长度产生的激光读数个数。

[0075] 步骤S3：根据盘类件表面朝向调整机器人姿态和位置；

[0076] 其中步骤S3具体过程包括以下步骤：

[0077] S31：根据盘类件表面朝向调整机器人姿态和位置；

[0078] S32：将位置调整至激光扫描方向和激光照射方向角度每次都相同，使激光方向与盘类件表面呈90°。

[0079] 步骤S4：基于新的朝向慢速精扫；

[0080] 其中，步骤S4具体过程包括以下步骤：

[0081] S41：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，移动至x轴方向接近边缘处，记录此点读数和点位，求出激光照射点位置，记为P1（x1，y1，z1）；

[0082] S42：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，向x轴负半轴和y轴正半轴方向各移动5mm，求出激光照射点位置，记为P2（x2，y2，z2）；

[0083] S43：机器人握持激光位移传感器垂直照射盘类件表面，向y轴负半轴方向移动5mm，求出激光照射点位置，记为P3（x3，y3，z3）；

[0084] S44：使用拟合算法通过P1、P2和P3三点求出盘类件的圆心，记为C1；

[0085] S45：回到开始点，机器人绕基坐标z轴方向旋转120°，重复步骤S51‑S54，得到圆心C2；

[0086] S46：重复步骤S55，得到圆心C3；

[0087] S47：根据C1、C2和C3求得盘类件的精确朝向；

[0088] S48：沿着三个方向扫描到边缘，求得边缘点PA、PB和PC，根据你和算法算出圆心C。

[0089] 步骤S5：拟合盘类件圆心，并在坐标系上确定精确位置；

[0090] 其中，步骤S5具体过程包括以下步骤：

[0091] S51：通过精扫结果得出的四点拟合出圆心C位置；

[0092] S52：圆心C为盘类件圆心坐标位置，面PAPBPC的朝向为盘类件坐标朝向。

[0093] 机器人，如图2、图3所示，包括机器人本体1、激光位移传感器2和感应器3，机器人本体1为工业六轴机器人，机器人本体1上可拆卸的固定有激光位移传感器2，盘类件3设置
在激光位移传感器2下方，激光位移传感器2激光方向向下照射激光在感应器3上，激光方向
与盘类件2盘面呈90°。

[0094] 本发明工作原理如下：通过激光位移传感器2对盘类件3表面的扫描，可以获得激光读数随机器人扫描位置波动的关系的数据，当激光扫描到盘类件3边缘时，数据则会产生
波动，过滤掉干扰信息，找到异常波动点，从而找到机器人扫描到边缘的坐标. 在定位盘类
件时，大正机器人程序会根据情况重复以不同方向扫描三个或以上点位，可以获得盘类件
表面圆上的点位，从而根据拟合算法和最小二乘法得出盘类件3表面的法向量和表面圆的
圆心，以此可以建立盘类件的坐标系，盘类件只需确定一个方向，因为圆是对称的，通过大
正算法扫描提取盘类件3边缘点并用现有的最小二乘法拟合圆心，过程简单省时，效率高，
适用范围广，精度高，可以实现高效自动化生产，以供机器人抓取或者抓取其上的其他盘类
件3；通过激光技术对盘类件进行定位，可以快速捕获盘类件的精确位置以供后续对盘类件
的抓取加工，这种方法定位精度很高且不受盘类件摆放位置的限制，是一种自动的校准方
法，不会损伤盘类件3。

[0095] 上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非
本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。