三维坐标测量技术在汽车车身检测中的应用.pdf

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1、70工具技术三维坐标测量技术在汽车车身检测中的应用郑俊邾继贵叶声华天津大学摘要：以汽车车身在线检测技术的三种检测手段为例，讨论了三坐标测量机、视觉检测系统和测量机器人的三维坐标测量原理以及应用。关键词：三维坐标测量，视觉检测，机器人，车身Applicationof3DCoordinateMeasuringTechnologyinAutomobileOnlineMeasuringZhengJunZhuJiguiYeShenghuaAbstract：The3Dcoordinatemeasuringprincipleandapplicati

2、onof3Dcoordinate，visionexaminingsystemandmeasuringrobotarediscussedbytakingthreeexaminemeansofautomobileonlinemeasuringtechnologyasexamples.Keywords：3Dcoordinatemeasuring，visionexamining，robot，bodywork1引言面对竞争日益激烈的汽车市场，汽车车身的生存周期正在迅速缩短，汽车车身关键质量控制点的在线检测技术越来越受到国内外汽车生产厂家的重视。

3、相对而言，车身是一种比较特殊的汽车部件，作为一种大型的柔性三维薄壁冲压焊装总成，其形状复杂，制造时不仅需要保证关键质量控制点的三维位置尺寸，还要求其功能尺寸的精确性。因此，采用传统的定性检测手段，如检测样架，已经无法满足产品更新速度和产品质量的要求，现已有逐渐被淘汰的趋势。近年来国内外汽车行业出现并采用的检测图1车身坐标系示意图手段主要有：三坐标测量机、经纬仪、激光跟踪仪、以及测量机器人、三维激光视觉检测系统等，其中三坐对于各种测量工具，无论是三坐标测量机、视觉标测量机、测量机器人和三维激光视觉检测系统应检测系统还是测量机器人，也都存

4、在其自身的坐标用最为广泛，在国外已经成功应用于车身生产线上，系，称为机器坐标系。在该坐标系下，把车身定位于下面就各自的测量原理以及在车身生产线中的应用机器工作空间内，对车身进行测量，则所有的数据都情况分别加以探讨。是建立在该机器坐标系下的，如何解决将机器坐标系下的数据转换为工件坐标系下的数据，就成为建2三维坐标测量原理立测量模式和数学模型的关键问题，即三维坐标数汽车车身生产的工艺流程中，每一个车身覆盖据转换的问题。下面将就该问题对三坐标测量机、件、分总成和车身总成，都有其自身的坐标系，即工视觉检测系统和测量机器人分别加以论述。件坐标系

5、，所有的测量数据都是建立在该工件坐标2.1三坐标测量机系下。由于车身体积庞大且形状复杂，因而无法将三坐标测量机进行三维空间点的测量，其测量针对刚性零件的测量方法复制到车身检测中，而三原理是将被测零件放入其允许的测量空间以获得被维坐标测量技术具有测量直观、灵活、通用性强的特测几何型面上各个测点的三维坐标，根据这些点的点，被广泛应用在包括车身在内的各种大型、异型零空间坐标值进行计算，可以求出被测零件的几何位部件的检测工序中。图1为某车型车身坐标系示意置尺寸及相关功能尺寸。数学公式可以用齐次坐标图，原点建立在前轴中点。变换描述如下2004年

6、第38卷21271æxöæxpö为三坐标测量机机器坐标系和工件坐标系之间的旋çy÷RTçyp÷转矩阵和平移矩阵。çz÷=()ç÷ç÷0001ççzp÷÷利用三坐标测量机可以直接确定车身定位点在è1øè1ø测量机坐标系下的坐标值，从而建立测量机坐标系æxöæxpö与工件坐标系之间的空间坐标转换关系。根据每一çy÷çyp÷测点的测量值和上面的坐标变换公式即可以计算出其中ç÷，ç÷分别为被测点在测量机和车身坐标ççz÷÷çzp÷被测点相应的工件坐标。ç÷è1øè1ø2.2激光视觉检测系统系下的坐标值，R（3×3矩阵）和T（3×1矩阵）分别视

7、觉检测系统是一大型检测系统，通常由几十图2视觉检测系统坐标转换示意图个视觉传感器组成，相当于一台大型的光学三坐标æxöæxiö测量机。每一个传感器通过内部标定和外部标çy÷çyi÷［4］其中ç÷，ç÷分别为工件坐标系下的齐次坐标及定，可以确定摄像机内部和外部参数，从而确定视ççz÷÷çzi÷ç÷场范围内的被测点在摄像机坐标系下的坐标值。è1øè1ø但是，要完成检测任务，获得被测点在工件坐标第i个摄像机坐标系下所采集到的被测点的齐次坐系的坐标值，必须确定各个摄像机坐标系与工件坐标，HP为两坐标系之间的齐次坐标变换矩阵，数学i标系之间的变

8、换关系，称为视觉检测系统的全局标模型如下定技术。它的实现可以采用经纬仪或激光跟踪仪作RTHP=HM·HP=iiM()为中介工具，建立一个中间工具坐标系，将每一个摄0001像机坐标系以及工件坐标系统一至该中间坐标系其中R（