三坐标自动化检测系统中视觉定位补偿方法的应用

李建磊、唐振宇、时春峰、张宁

（海克斯康测量技术（青岛）有限公司，青岛 266101）

随着智能制造进程的不断推进，制造业自动化/智能化生产的需求不断提升。而作为制造业中重要组成部分的检测环节的也逐渐从测量室忘车间现场、甚至自动化产线集成的模式发展。海克斯康推出的自动化在线检测方案直接将三坐标测量机集成到自动化生产线，满足客户提出的提高设备检测效率、缩短工件检测流转环节，及时反馈工件加工质量、实时进行检测数据反馈或加工补偿等需求。

在自动化在线检测时，为了提高三坐标测量设备的检测效率和设备利用率，针对批量工件我们通常提前编制好工件自动测量程序（在测量程序中根据工件位置及特征提前设定工件坐标系），当自动上下料新工件后，只要保证工件重复装夹定位精度，自动化系统就可以自动启动原有测量程序完成工件检测。

但在实际自动化上料过程中，受工件上料方式不同的影响，工件上料至检测工位的重复定位精度差异较大；工件上料后原工件坐标原点会偏移，坐标系角度会发生偏转；当工件原有坐标系偏移达到一定程度后，自动运行原测量程序就会发生检测设备测针/测头碰撞的情况，从而无法完成工件自动化检测。

图1工件视觉识别定位前

如图1（a）中示例工件重约400 kg，需要检测工件外径、内径，以及圆周孔（非均布）的直径和位置，桁架机器人上料无法保证工件圆心的重复定位精度和圆周孔位角向角度；图1中（b）工件端面有工件二维码信息，上料姿态二维码位置不固定，检测端面时需要规避二维码位置，以免影响工件检测结果。（图1为工件视觉识别前）。

但受工件重量较大工件调整不方便、系统中增加工件角向定位装置成本过高、前端来料工件特征角向无法保证等因素的影响，经常遇到无法从上料端解决工件重复定位的难题。市面上急需一种能够快速能够自动调整工件坐标新原点或圆周角向角度的方法，从而兼容性解决工件上料位置偏移和圆周角向旋转的情况。

图2系统配置图

海克斯康开创性将视觉识别系统与三坐标在线检测系统进行集成，视觉系统自动识别工件上料后实际坐标系与理论坐标系的偏移量，以及工件坐标系的旋转角度，并将识别参数传递自动检测设备来补偿工件坐标系偏移，从而实现自动校正工件坐标系来实现补偿工件上料重复定位精度差、或实现规避工件部分特征检测的目的。（图2为系统配置图，图3为工件坐标系偏移参数识别，图4为检测流程图）。

将工件上料位置偏移和角向旋转的情况在理论模型上简化为工件在同一个坐标平面内的转换。对应的坐标系转换工作原理为：已知自动测量设备机械坐标系XOY，检测工件的坐标系X’O’Y’；根据视觉识别定位可知两个坐标系平移量（a,b），以及坐标系旋转角度θ。对应的坐标系下工件的坐标的换算公式可通过如下推导得知。

图3工件视觉定位识别

假如已知工件坐标系（图5）X’O’Y’中的一点P’(x’,y’)，求P’在基坐标系中的坐标值：可以先求出P’在坐标系XO’Y中的坐标值，X’O’Y’顺时针旋转θ（此时θ应取负值）可以变换为坐标系XO’Y，然后坐标系XO’Y经过平移(-a,-b)可以变换为坐标系XOY，至此可以求出坐标系X’O’Y’中的一点P’(x’,y’)在基坐标系XOY中的坐标值x，y分别为：

图4 检测流程图

图5 工件坐标系

工件特征视觉检测及自动检测补偿调整的自动检测系统用于工件上料后、工件检测前，一次性解决工件坐标系识别检测问题，系统将识别坐标系转换参数传递检测系统，自动执行检测程序进行坐标系调整完成工件检测。系统方案的主要组成部分为：视觉识别检测系统、三坐标检测设备、系统总控软件。系统具体流程步骤如下。

自动上料工件至三坐标自动在线检测设备。

视觉识别检测系统根据识别工件特征情况，确认工件坐标系相对于标定坐标系的坐标原心偏心距、以及坐标轴偏转角度。

自动化管理系统自动执行工件测量程序，根据确认的坐标系偏移参数带入检测程序进行坐标系转换，系统自动完成工件定位补偿和检测。

通过在三坐标自动化检测系统中视觉定位补偿功能的应用，可以快速实现工件的坐标系偏移量，在自动化检测系统中自动进行坐标系偏移量补偿检测，能够兼容满足系统上下料重复定位精度不高，以及工件圆周特征检测规避的功能要求；该自动化检测视觉定位补偿方法的应用，既提高了三坐标测量系统的效率，同时减少系统的成本投入，提高了自动化检测系统的兼容性。