[发明专利]大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统

说明书

本发明适用于复杂曲面测量技术领域，提供了一种大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统，所述系统包括：光感扫描跟踪装置，用于采集具有复杂曲面物体的被测区域表面的局部三维点云数据，该光感扫描跟踪装置固定于所述机器人的末端；若干点云空间位姿跟踪单元，其包括驱动机构、传动机构、基座及激光跟踪靶标，用于获取点云位姿，并转换到光感扫描跟踪装置坐标系统下处理分析；所述空间位姿跟踪单元设于所述机器人末端；机器人，用于搭载所述光感扫描跟踪装置及空间位姿跟踪单元，用于对复杂曲面进行摄像及数据测量获取；移动平台，用于搭载所述机器人，根据控制指令移动所述机器人。借此，本发明灵活性高，能实现复杂曲面的在线高效测量。

技术领域

本发明涉及大型复杂曲面测量技术领域，尤其涉及一种大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统。

背景技术

大型复杂曲面构件，如航空结构件、大型风电叶片、高铁车体结构件等，在航空航天、能源和交通等领域有着广泛应用，其形状复杂，成形精度控制难度高，对其整体型面进行完整的三维测量和精度分析，可为其成形工艺优化提供基础的测量数据，对提高复杂零件的成形精度具有至关重要的作用。这些曲面一般具有尺寸巨大、形状复杂的特点，针对这些特性，提供一种大型复杂曲面三维形貌快速高精度的自动化测量方法就显得尤为重要。

传统的大型曲面复杂构件测量方法主要有：专用夹具检测、三坐标测量机、激光跟踪仪以及摄影测量等。这些方法都存在各自的局限性，如专用夹具检测只能对零件的关键位置尺寸进行检测且不具有通用性；三坐标测量机测量精度高但是属于接触式测量方法，测量效率低且测量范围不大；激光跟踪仪测量的测量范围大但只能逐点测量，测量效率不高；摄影测量需要在被测对象表面粘贴大量标记点且只能得到稀疏数据，无法完成零件整体型面的三维测量和精度分析，因此难以为成形工艺优化提供完整全面的数据支持。

为了获取零件表面完整的三维型面数据，近年来以面结构光三维测量技术和手持激光三维测量技术为代表的光学三维测量技术发展迅速，并在锻造、铸造、钣金等多个材料加工领域得到广泛应用，取得了良好的应用效果。光学三维扫描虽然是一种精确且高效的表面三维数据获取方式，然而由于受到测量范围的限制，此类光学三维测量技术单次测量只能得到零件表面的局部三维点云数据。为了获取零件表面完整的三维数据，需要在测量过程中不断变换测量设备的空间位姿，将不同视点下测量得到的局部三维数据拼接融合到统一的坐标系中。因而，全局定位与局部测量的组合方式成为新的趋势。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统，其灵活性高，能实现在线高效测量。

为了实现上述目的，本发明提供一种大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统，所述系统包括：

光感扫描跟踪装置，用于采集具有复杂曲面物体的被测区域表面的局部三维点云数据，该光感扫描跟踪装置固定于所述机器人的末端；

若干点云空间位姿跟踪单元，其包括驱动机构、传动机构、基座及激光跟踪靶标，用于获取点云位姿，并转换到光感扫描跟踪装置坐标系统下处理分析；所述空间位姿跟踪单元设于所述机器人末端；

机器人，用于搭载所述光感扫描跟踪装置及空间位姿跟踪单元，用于对复杂曲面进行摄像及数据测量获取；

移动平台，用于搭载所述机器人，根据控制指令移动所述机器人。

根据本发明的大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统，所述光感扫描跟踪装置包括：

设置模块，用于在复杂曲面上设置测量点和编码点；所述测量点和编码点的反光率高于所述曲面的反光率，设置基准尺，所述基准尺的两端设置有测量点；

影象获取模块，用于对包括曲面上的测量点、编码点和基准尺上的测量点进行拍摄，获取曲面表面及基准尺的数字影像信息；