自动化三维扫描检测系统在工业零部件测量与精度检测中的应用

一、背景介绍

本案例中的客户工件形貌设计复杂，由于在终端产品上的大量应用，其制造精度将直接影响终端产品的性能，因此客户对检测的要求非常高。

客户最早是通过二维检测方法对工件进行形位尺寸检测，过程复杂、效率较低，且对于复杂曲面尺寸难完成高精度检测。

为了解决这一难题，客户在第一阶段使用了高精度手持激光三维扫描仪方案，在保留传统方法的同时，对部分曲面复杂的工件手动采集单件工件的测量模型，再与原始设计模型进行对比分析，测量精度和测量速度较之以往有了很大的提升，并还可根据生成的检测 告，对工件的制造尺寸进行趋势分析，为工件和模具的改良设计提供参考依据。

目前，项目进入第二阶段，客户希望在解决曲面高精度检测的问题之后，还能够快速、自动化的对不同工件进行全检（以往为抽检方式）。

因此有了我们本次的案例。

我们使用工业机器人自动化装备搭载三维激光扫描测量设备Trackscan，对待检测工件进行三维测量，获取工件表面的三维数据，经过数据处理环节得到与设计模型对齐的测量模型，提取实际测量的特征关键数据并与理论数模进行对比，分析出检测工件特定尺寸或缺陷，从而完成生产工件的批量化、自动化检测，从而提高检测的效率。

二、硬件介绍

1、不贴点激光三维扫描仪Trackscan简介

1.1 在以往的方案中，我们会采用普通手持激光三维扫描仪，此方案需要在被测物体表面贴满无规律的标志点，利用标记点之间的拓扑关系完成不同角度测量数据的拼接，这样话，制约了测量的效率。本案例中，我们使用了Trackscan-P42.

其优势在于：

无需贴点 智能追踪

智能光学跟踪测量技术，无需贴点即刻扫描 高效 细节好

1,900,000次/秒扫描速率，动态追踪

超强适应力 环境感知度

轻松扫描光亮、黑色物体，不易受震动、温度等外界因素影响

2、工装简介

本项目的工件具有种类多、形状不规则等特点，因此本次我们使用了多种类型的工装来对工件进行固定：例如通过不同功能部件组成固定工件的测量支架保证工件在测量时的稳定，又或者是通过仿形凹槽放入工件可完成初步定位固定等……

（因项目原因不便放图参考，每个项目都有其独特性，欢迎您和我们联系获得定制方案021-50181202）

3、机器人及机器人变位机构简介

本案例使用六轴机器人，机器人变位机构同机器人同步运动。

机器人和变位机构具有极高的重复定位精度，保证每一个扫描位置都可以唯一确定且具有高精度的重复性。据此，每一个扫描位置都可以唯一确定一个世界坐标系下的坐标，从而可以将不同方位的测量数据统一到同一个坐标系下，实现无标拼合。

三、流程简介

1、三维数据扫描

安装在六维机器手臂上的三维激光测量头Trackscan实现对零部件的自动化扫描，采集到被测件1:1的三维模型。

（因项目原因不便展示数据，以此前可公开的资料进行示意）

小贴士：

如果测量模型与实际工件偏差较大，则无法达到三维检测的目的，因此在尽量短的时间内满足工件检测的效率要求的同时，我们需要保证高精度检测，测试下来Trackscan是很优秀的方案。

这一个过程往往会多次重复进行仿真，保证轨迹的最优。

2、测量数据划分

手段：

依据工件的CAD数模，软件自动选取数模附近的测量数据 分割并保存到指定目录下。

方案：

在工装的CAD模型中分出不同的区域 （ABCD…）；

通过工装CAD，软件抓取出该区域扫描的工件数据并分别保存到对应的文件中；

检测时，以工件数模为依据删除多余的数据；

小贴士：

算法在保证工件被测量部位点云完整的情况下，有效地剔除了测量数据杂点和噪点等无关数据，降低了无关点的影响， 从而保证了结果的正确性。

3、自动检测

3.1 手动检测

①工程师依据检测要求表在工件CAD模型上完成各检测特征的创建，（例如尺寸特征、位置特征和精度特征）。

尺寸特征一般包括形状特征的长、宽、高等基本信息。位置特征一般包括形状特征的角度和位置等相对信息例如孔心位置、弯曲角度等。精度特征用来描述零件的加工精度，主要包括尺寸特征的尺寸公差和位置特征的位置公差。

②导入之前的三维扫描数据，并完成同CAD模型的对齐。

③软件依据检测特征，抽取测量值，更新数据。

④保存测量结果

到此为止，工程师就建立好了对应工件的“检测模板” ，软件完整记录下了工程师的操作步骤并保存在“检测项目序列”。

3.2 自动检测

在有了模板之后，后续在进行自动检测工作时，触发软件根据模板程序，播放“检测项目序列”，系统就开始排列顺序完成各指定任务条从而达到测量自动化。

3.3 数据分析

我们将测量工件单品以一个单独的检测项目保存在软件工作区中，测量项目可以随时调取。

如检测模板有修改可以将改动更新到每个关联的检测项目中。

4、检测结果指引

本自动化系统自动出具检测 告，检测结果支持.pdf .excel .txt等 多种形式输出。

也可以约定形式 直接上传到MAS系统。

直观的表达测量数据以及测量位置。

四、总结

本项目工件对质检的要求非常高，且数量巨大，

客户一开始的检测方式大部分依靠基于模拟量传递的检测方式，不便之处在于：

（1）检测过程主观能动性很大，检测结果主要取决于检测人员的主观评价，这将导致不同的检测人员有可能得到不同的检测结果，易造成检测误判，且检测效率较低；

（2）部分复杂曲面检测精度无法评判，无具体量化的检测数据作为检测精度评判的依据。

（3）有时候需要生产加工相应的检验工装，延长了制造周期，且柔性较差，增加了生产成本。

之后在项目第一阶段，客户使用了手持三维扫描的方式对单件产品进行检测，测量精度高、数据采集量大，很好的解决了对单件产品的检测需求。

现阶段要从以往的抽检变成全检，其检测量有了几何式的增长，因此需要更快速、高效、稳定、自动化程度高的检测方法来实现不同类型工件的自动化和数字化测量，本方案较好的解放了客户方的工作压力。

相信随着三维测量设备软件技术的不断提升，自动化三维检测将成为工业检测行业的趋势。