本发明公开了一种柔性点位方向标识系统和方法，涉及应变测量点位标线系统及方法技术领域。该系统包括非接触激光扫描测量系统、机器人点位方向标识系统、柔性点位方向标识控制系统以及零件夹持平台。该方法包括：步骤1、获得目标点位方向标识区域的表面点云集；步骤2、点位方向标识前的零件坐标系自主找正；步骤3、实现自适应点位方向标识。通过使用该系统及方法，实现了自动化地对复杂曲面应变测量的柔性点位方向标识，提高了工作效率、标线精度和一致性。
1.一种柔性点位方向标识方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获得目标点位方向标识区域的表面点云集：根据点位方向标识零件数据库中待点位方向标识零件的三维模型，通过激光扫描测头的平移，进而获得所述目标点位方向标识区域的所述表面点云集；
步骤2、点位方向标识前的零件坐标系自主找正：将原始点位方向标识表面点云集与目标点位方向标识表面点云集上的点位方向标识表面特征相互对齐，实现基于测量点云集的所述点位方向标识零件的坐标系自主找正；
步骤3、实现自适应点位方向标识：机器人位姿控制单元控制末端点位方向标识执行器到达点位方向标识起始位置，点位方向标识机器人控制所述末端点位方向标识执行器沿点位方向标识特征移动直至当前点位方向标识特征结束。
2.如权利要求1所述的柔性点位方向标识方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1.1、将所述待点位方向标识零件放置在零件夹持平台上，并进行非定位简单夹持；
步骤1.2、中央处理器根据数模读取命令从所述点位方向标识零件数据库中将所述待点位方向标识零件的三维模型导入所述中央处理器，所述中央处理器根据所述待点位方向标识零件的所述三维模型的点位方向标识区域的表面特征生成测量策略；
步骤1.3、所述中央处理器将所述测量策略传递给测量系统控制器，所述测量系统控制器控制位于测头驱动平台上的所述激光扫描测头平移，进而获得所述目标点位方向标识区域的表面点云集。
3.如权利要求2所述的柔性点位方向标识方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1、在所述中央处理器中将所述待点位方向标识零件的三维模型表面网格化，并提取点位方向标识区域表面的点云，生成原始点位方向标识表面点云集。
4.如权利要求3所述的柔性点位方向标识方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
步骤2.2、在所述中央处理器中将数模提取的所述原始点位方向标识表面点云集与测量获得的所述目标点位方向标识表面点云集进行匹配分析，将所述原始点位方向标识表面点云集与所述目标点位方向标识表面点云集上的点位方向标识表面特征相互对齐，从而获得数模坐标系相对当前点位方向标识零件坐标系的平移矩阵与旋转矩阵，实现基于测量点云集的所述点位方向标识零件的坐标系自主找正，实现扫描测量目标坐标与模型原始坐标一致，从而为后续自适应点位方向标识提供点位方向标识的参考基准。
5.如权利要求4所述的柔性点位方向标识方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
步骤2.3、基于数模与测量点云匹配获得的所述平移矩阵与所述旋转矩阵，将数模中标记的点位方向标识点位特征转换为实际的所述待点位方向标识零件表面的点位方向标识特征点位，进而生成目标点位方向标识特征的机器人点位方向标识策略。
6.如权利要求5所述的柔性点位方向标识方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤3.1、机器人位姿控制单元根据中央处理器发出的所述自适应点位方向标识策略生成机点位方向标识器人位姿控制信号，使所述点位方向标识机器人末端的所述末端点位方向标识执行器到达点位方向标识起始位置，中央处理器控制点位方向标识执行器开启，所述点位方向标识机器人根据生成的所述自适应点位方向标识策略控制所述点位方向标识执行器沿点位方向标识特征移动直至当前点位方向标识特征结束；
步骤3.2、点位方向标识机器人位姿控制单元控制所述末端点位方向标识执行器到达下一个点位方向标识特征，重复上述点位方向标识过程直至最后一个。
7.一种柔性点位方向标识系统，其特征在于，应用如权利要求1‑6任意一项所述的柔性点位方向标识方法，所述系统包括非接触激光扫描测量系统、机器人点位方向标识系统、柔性点位方向标识控制系统以及零件夹持平台。
8.如权利要求7所述的柔性点位方向标识系统，其特征在于，所述非接触激光扫描测量系统包括所述激光扫描测头、测量支架和测头驱动平台。
9.如权利要求7所述的柔性点位方向标识系统，其特征在于，所述机器人点位方向标识系统包括六自由度点位方向标识机器人和所述末端点位方向标识执行器。
10.如权利要求7所述的柔性点位方向标识系统，其特征在于，所述柔性点位方向标识控制系统包括中央处理器、测量系统控制器和机器人位姿控制单元。
一种柔性点位方向标识系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及应变测量点位标线系统及方法技术领域，尤其涉及一种柔性点位方向标识系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 应力应变测试是承载零件检测的关键环节，广泛应用于复杂曲型叶片等零件的复杂承载曲面测试中，其中对叶片复杂曲面上的测量点位的点位方向标识是测量的关键环节。其基本原理是通过数模中的测量点位信息，通过人工操作在零件表面轮廓上标识出应变片安装点位置与角度，为不同点位处的应力应变测量提供点位信息，以便获得整个承载曲面的应力应变场。
[0003] 当前复杂曲型叶片等复杂曲面的应变测量点位标线主要采用人工操作的模式，劳动强度大、工作效率低，同时，标线精度和一致性差，质量稳定性难以控制。而随着产品研发的型号快速迭代，人工标线操作难以满足复杂曲面快速改型的个性化测试需求，无法适应多品种小批量柔性测试的应用前景。
[0004] 因此，本领域的技术人员致力于开发一种柔性点位方向标识系统及方法，以提高标线精度和工作效率。
发明内容
[0005] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现自动化地对复杂曲型叶片等复杂曲面的应变测量点位标线。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种柔性点位方向标识系统，包括非接触激光扫描测量系统、机器人点位方向标识系统、柔性点位方向标识控制系统以及零件夹持平台。
[0007] 进一步地，所述非接触激光扫描测量系统包括激光扫描测头、测量支架和测头驱动平台。
[0008] 进一步地，所述机器人点位方向标识系统包括六自由度点位方向标识机器人和末端点位方向标识执行器。
[0009] 进一步地，所述柔性点位方向标识控制系统包括中央处理器、测量系统控制器和机器人位姿控制单元。
[0010] 本发明还提供了一种柔性点位方向标识方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤1、获得目标点位方向标识区域的表面点云集；
[0012] 步骤2、点位方向标识前的零件坐标系自主找正；
[0013] 步骤3、实现自适应点位方向标识。
[0014] 进一步地，所述步骤1包括：
[0015] 步骤1.1、将待点位方向标识零件放置在零件夹持平台上，并进行非定位简单夹持；
[0016] 步骤1.2、中央处理器根据数模读取命令从点位方向标识零件数据库中将所述待点位方向标识零件的三维模型导入所述中央处理器，所述中央处理器根据所述待点位方向标识零件的所述三维模型的点位方向标识区域的表面特征生成测量策略；
[0017] 步骤1.3、所述中央处理器将所述测量策略传递给测量系统控制器，所述测量系统控制器控制位于测头驱动平台上的激光扫描头平移，进而获得所述目标点位方向标识区域的表面点云集。
[0018] 进一步地，所述步骤2包括：
[0019] 步骤2.1、在所述中央处理器中将所述待点位方向标识零件的三维模型表面网格化，并提取点位方向标识区域表面的点云，生成原始点位方向标识表面点云集。
[0020] 进一步地，所述步骤2还包括：
[0021] 步骤2.2、在所述中央处理器中将数模提取的所述原始点位方向标识表面点云集与测量获得的所述目标点位方向标识表面点云集进行匹配分析，将所述原始点位方向标识表面点云集与所述目标点位方向标识表面点云集上的点位方向标识表面特征相互对齐，从而获得数模坐标系相对当前点位方向标识零件坐标系的平移矩阵与旋转矩阵，实现基于测量点云集的所述点位方向标识零件的坐标系自主找正，实现扫描测量目标坐标与模型原始坐标一致，从而为后续自适应点位方向标识提供点位方向标识的参考基准。
[0022] 进一步地，所述步骤2还包括：
[0023] 步骤2.3、基于数模与测量点云匹配获得的所述平移矩阵与所述旋转矩阵，将数模中标记的点位方向标识点位特征转换为实际的所述待点位方向标识零件表面的点位方向标识特征点位，进而生成目标点位方向标识特征的机器人点位方向标识策略。
[0024] 进一步地，所述步骤3包括：
[0025] 步骤3.1、机器人位姿控制单元根据中央处理器发出的所述自适应点位方向标识策略生成机点位方向标识器人位姿控制信号，使所述点位方向标识机器人末端的末端点位方向标识执行器到达点位方向标识起始位置，中央处理器控制点位方向标识执行器开启，所述点位方向标识机器人根据生成的所述自适应点位方向标识策略控制所述点位方向标识执行器沿点位方向标识特征移动直至当前点位方向标识特征结束；
[0026] 步骤3.2、点位方向标识机器人位姿控制单元控制末端点位方向标识执行器到达下一个点位方向标识特征，重复上述点位方向标识过程直至最后一个。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
[0028] 1、本发明在机器人点位方向标识执行基础上集成柔性激光扫描测量功能，通过对零件表面的全尺寸测量，获得反映工件表面形状与位置的点云信息，结合点云与数模的匹配计算可以自适应的获得被测零件的位姿信息，实现非精准定位状态的自由曲面位姿获取与零件自动定位；同时，由于不依赖零点定位系统，该系统可以适用多品种零件的柔性测量与定位标定。
[0029] 2、本发明提出的基于工件表面在线测量与找正的柔性点位方向标识系统，不依赖复杂的专用定位工装，可节约成本、提高系统适用性；该系统可依据零件的形状及放置位置，结合测量点云在线智能地找正当前零件位姿，并通过理论机器人点位方向标识点位的映射，自动生成当前零件的点位方向标识轨迹，实现产品与点位方向标识装置的交互，实现点位方向标识系统随工件变化的自适应响应，适用于多品种小批量的个性化检测点位标识。
[0030] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0031] 图1是本发明的一个较佳实施例的系统结构图；
[0032] 图2是本发明的一个较佳实施例的方法流程图；
[0033] 其中，1—非接触激光扫描测量系统，2—机器人点位方向标识系统，3—柔性点位方向标识控制系统，4—零件夹持平台，5—激光扫描测头，6—测量支架，7—测头驱动平台，8—点位方向标识机器人，9—末端点位方向标识执行器，10—中央处理器，11—测量系统控制器，12—机器人位姿控制单元，13—点位方向标识零件数据库，14—待点位方向标识零件，15—测量策略，16—点位方向标识策略，17—机器人位姿控制信号，18—待点位方向标识零件的三维模型，19—目标点位方向标识区域的表面点云集，20—原始点位方向标识表面点云集，21—数模读取命令，22—位姿控制信号。
具体实施方式
[0034] 以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0035] 在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0036] 如图1所示，一种适用复杂曲面应变测量的柔性点位点位方向标识系统，包括非接触激光扫描测量系统1，机器人点位方向标识系统2，柔性点位方向标识控制系统3以及零件夹持平台4。其中，非接触激光扫描测量系统1包括激光扫描测头5，测量支架6和测头驱动平台7。机器人点位方向标识系统2包括六自由度点位方向标识机器人8和末端点位方向标识执行器9。柔性点位方向标识控制系统3包括中央处理器10，测量系统控制器11和机器人位姿控制单元12。零件夹持平台4被配置为对待点位方向标识零件14的夹紧。
[0037] 激光扫描头5位于所述测头驱动平台7上可移动的驱动滑块上，驱动滑块由位于测头驱动平台7内部的驱动电机通过丝杠传动驱动，测头驱动平台7由位于下方的测量支架6支撑固定。末端点位方向标识执行器9位于六自由度点位方向标识机器人8的可旋转的末端，可实现复杂工件表面点位方向标识。
[0038] 如图2所示，一种适用复杂曲面应变测量的柔性点位点位方向标识系统自适应点位方向标识控制方法包括以下步骤：
[0039] 步骤1、获得目标点位方向标识区域的表面点云集；
[0040] 步骤2、点位方向标识前的零件坐标系自主找正；
[0041] 步骤3、实现自适应点位方向标识。
[0042] 步骤1具体包括：首先将待点位方向标识零件14放置在零件夹持平台上4，并进行非定位简单夹持；然后中央处理器10根据数模读取命令21从点位方向标识零件数据库13中将待点位方向标识零件14的三维模型导入中央处理器10，中央处理器10根据待点位方向标识零件14的三维模型的点位方向标识区域的表面特征生成测量的策略15，中央处理器10将测量策略15传递给测量系统控制器11，测量系统控制器11控制位于测头驱动平台7上激光扫描头5平移，进而获得目标点位方向标识区域的表面点云集19。
[0043] 步骤2具体包括：首先在中央处理器10中将待点位方向标识零件14的三维模型18表面网格化，并提取点位方向标识区域表面的点云，生成原始点位方向标识表面点云集20；然后在中央处理器10中将数模提取的原始点位方向标识表面点云集20与测量获得的目标点位方向标识表面点云集19进行匹配分析，将原始点位方向标识表面点云集20与目标点位方向标识表面点云集19上的点位方向标识表面特征相互对齐，从而获得数模坐标系相对当前点位方向标识零件坐标系的平移与旋转矩阵，实现基于测量点云集的点位方向标识零件
14坐标系自主找正，实现扫描测量目标坐标与模型原始坐标一致，从而为后续自适应点位方向标识提供点位方向标识的参考基准；基于数模与测量点云匹配获得的平移与旋转矩阵，将数模中标记的点位方向标识点位特征转换为实际待点位方向标识零件14表面的点位方向标识特征点位，进而生成目标点位方向标识特征的机器人点位方向标识策略16；
[0044] 步骤3具体包括：机器人位姿控制单元12根据中央处理器10发出的自适应点位方向标识策略16生成机点位方向标识器人8位姿控制信号22，使点位方向标识机器人8末端的末端点位方向标识执行器9到达点位方向标识起始位置，中央处理器10控制点位方向标识执行器9开启，点位方向标识机器人8根据生成的点位方向标识策略16控制点位方向标识执行器9沿点位方向标识特征移动直至当前点位方向标识特征结束；然后，点位方向标识机器人位姿控制单元12控制末端点位方向标识执行器9到达下一个点位方向标识特征，重复上述点位方向标识过程直至最后一个。
[0045] 柔性点位点位方向标识控制系统结合目标点位方向标识区域表面测量、基于测量的零件自主找正以及自适应点位方向标识策略，可以实时的调整点位方向标识机器人8点位方向标识动作，实现点位方向标识机器人8与产品的交互，自适应地完成多样不确定性的点位方向标识任务。
[0046] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
