一种弧形透明工件激光测高校准方法与流程

1.本发明涉及激光测高的技术领域，尤其是一种弧形透明工件激光测高校准方法。


背景技术：

2.激光测距测高仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。其中，脉冲法测距的过程是：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半就是测距仪和被测量物体之间的距离。
3.目前，见图1，现阶段所使用的激光测高是在激光测高原理的基础上对每一次的激光测高数据进行记录，并将测高时得到的测高数据与设立的初始基准高度进行比较，然后通过对激光基准位置的设置和激光读值基点的设置，可以达到在作业过程中对要求作业的点位进行激光测高补偿，以达到更加精确的点胶高度。现激光测高大多在同一水平高度进行测高，在水平高度的基础上进行高度补偿。
4.现阶段激光测高的联动首先对针头、相机中心、激光的位置进行标定，标定完成后会计算三者之间的位置关系，在需要进行激光测高的点胶任务中，在确认了工件的位置后，会先将激光移至设立的测高位置，读取激光测高数据，并将读取到的激光数据与设置的基准数据进行比较，并将激光数据的差值补偿到设置的点胶高度上。也就是说，现有的激光测高功能支持在单个任务点的位置进行激光测高，但所有的测高位置都是在同一个平面上进行测高，所选取的测高高度基准为当前激光读取数值为零时的位置。
5.然而，对于透明曲面的任务工件，由于通常的激光对透明曲面的工件进行测高时激光会穿透工件不会在工件表面进行反射，因此选择专门用来测量该类型工件的基恩士激光，但这款基恩士激光的测量范围较低，总量程为2.6毫米，相对中心位置正负1.3毫米的量程，而工件的弯曲弧度已经超出了量程范围，已经无法在平面高度对工件所有要求的任务点进行激光测高，容易导致测量结果超出激光量程范围而造成较大的误差。
6.另外，需要说明的是：激光读取数值为0时的位置不是贴紧物体的位置，而是在一个与激光有一定距离的位置，因此在这个初始测高位置的基础上，靠近激光时激光读取的数值将为负值，远离激光时激光读取的数值将为正值。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种弧形透明工件激光测高校准方法，可以有效克服激光水平面测高因量程超限而导致的误差问题，保证激光在任务点进行激光测高时能够使该任务点的激光读值保持在激光的有效范围之内，确保激光读取数值的稳定。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种弧形透明工件激光测高校准方法，在需要涂抹胶水的工件上添加多个任务点，一个任务点对应一个任务测高点，在后台控制系统上设置出初始测高位置、初始测高高度和每个任务测高点基于初始测高位置的上升后的测高高度数据或下降后的测高高度数据，设定初始测高位置的高度为初
始水平高度，设定在初始测高位置处激光读取得到的数值为初始测高高度，设定相对于初始水平高度上升的高度为上升水平高度，设定在上升测高位置处激光读取得到的数值为上升后的测高高度，设定相对于初始水平高度下降的高度为下降水平高度，设定在下降测高位置处激光读取得到的数值为下降后的测高高度，并在后台控制系统上设置出激光测高时的报警范围以及激光测高时的允许误差范围，如果测高数据超过设置的报警范围，后台控制系统会进行报警提示，点胶机对这个工件不进行点胶操作。
9.进一步具体地限定，上述技术方案中，所述激光测高时的允许误差范围小于激光的量程。
10.进一步具体地限定，上述技术方案中，当在后台控制系统上设置出某个任务测高点位置基于初始测高位置的上升后的测高高度数据；当前点胶高度需要在初始点胶高度的基础上补偿高度，初始水平高度和上升水平高度的和与上升后的测高高度和初始测高高度的差值之和即为当前点胶高度。
11.进一步具体地限定，上述技术方案中，当在后台控制系统上设置出某个任务测高点位置基于初始测高位置的下降后的测高高度数据；当前点胶高度需要在初始点胶高度的基础上补偿高度，初始水平高度和下降水平高度的和与下降后的测高高度和初始测高高度的差值之和即为当前点胶高度。
12.进一步具体地限定，上述技术方案中，点胶机针头上升过程中其z轴坐标的数值是不断减小的，由人工在后台控制系统上直接将上升水平高度设置成负值或零。
13.进一步具体地限定，上述技术方案中，点胶机针头下降过程中其z轴坐标的数值是不断增加的，由人工在后台控制系统上直接将下降水平高度设置成正值或零。
14.本发明的有益效果是：本发明的一种弧形透明工件激光测高校准方法，先对曲面工件的测高采用阶梯式下降或阶梯式上升的测高方法，在需要机械自动涂抹胶水的工件上添加短距离间隔相等的任务点，在设置任务点的同时添加可手动设置的测高上升或下降的高度，保证激光在任务点进行激光测高时能够使该任务点的激光读值保持在激光的有效范围之内，确保激光读取数值的稳定。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是传统激光测高的示意图；图2是本发明实施例一的示意图；图3是本发明实施例二的示意图；图4是本发明实施例三的示意图；
图5是本发明实施例四的示意图；图6是点胶机关闭时的结构示意图；图7是点胶模块的结构示意图。
17.图8是点胶机工作时的结构示意图一；图9是点胶机工作时的结构示意图二；图10是激光测高原理图。
具体实施方式
18.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.见图2、图3、图4和图5，本发明的一种弧形透明工件激光测高校准方法，在需要涂抹胶水的工件上添加多个任务点，一个任务点对应一个任务测高点，在后台控制系统上设置出初始测高位置、初始测高高度和每个任务测高点基于初始测高位置的上升后的测高高度数据或下降后的测高高度数据，设定初始测高位置的高度为初始水平高度，设定在初始测高位置处激光读取得到的数值为初始测高高度，设定相对于初始水平高度上升的高度为上升水平高度，设定在上升测高位置处激光读取得到的数值为上升后的测高高度，设定相对于初始水平高度下降的高度为下降水平高度，设定在下降测高位置处激光读取得到的数值为下降后的测高高度，并在后台控制系统上设置出激光测高时的报警范围以及激光测高时的允许误差范围，如果测高数据超过设置的报警范围，后台控制系统会进行报警提示，即会触发程序报警弹窗，点胶机对这个工件不进行点胶操作，当遇到该情况后，由操作人员确认导致工件测高报警的原因，调整工件摆放或者重新设置点位的高度。
20.需要说明的是：初始测高位置就是选择一个激光测高的水平高度，这个高度推荐是在当前工件最高点处激光测高数值为0时的高度。
21.激光测高时的报警范围用来确保测高的数据不会超出激光量程范围，激光测高时的允许误差范围用来确保激光测高时的稳定。
22.激光测高时的允许误差范围小于激光的量程。
23.见图6点胶机的工作台d上设置有支撑架e，支撑架e上设置有点胶模块f，工作台d上设置有用来放置工件的平面板g，平面板g沿着如图所示的运动轨迹h运动。
24.见图7，点胶模块f由针头、相机和激光三者绑定组合而成，针头、相机和激光是一起运动的。当点胶机关闭时，此时针头、相机和激光所在位置的坐标均是x=0，z=0。
25.见图8，工件放置在平面板g上，支撑架e上设置有点胶模块f，点胶模块f中针头、相机和激光所在位置的坐标是z=0。当点胶机工作时，在任务开始之初，可在工件上选择一个位置点，先将点胶模块f中的相机的中心移动到该位置处，让相机能够清楚显示图像，记录此时的相机位置，为相机基点。
26.见图9，工件放置在平面板g上，将点胶模块f中的针头移动到该位置处，调节z轴高
度大约距离位置点1
‑
2mm处，记录此时针头坐标，为针头基点，也为初始水平高度。再将点胶模块f中的激光移至该位置处，调节z轴高度，使激光的读取数值显示为0或接近0时，记录此时激光坐标，为激光基点，此时的激光读值为初始测高高度。
27.见图10，表示的是激光发射装置i的激光测高原理图，直线j处是激光最小值位，直线k处是激光最大值位，虚线n处是激光读值为零的位置。当工件上的任务点正好处在激光读值为零的位置时，则认为该任务点的激光数值为0 。
28.当在后台控制系统上设置出某个任务测高点位置基于初始测高位置的上升后的测高高度数据；当前点胶高度需要在初始点胶高度的基础上补偿高度，初始水平高度和上升水平高度的和与上升后的测高高度和初始测高高度的差值之和即为当前点胶高度。由于当点胶机不运动的时候，点胶机针头会在最高处，此时点胶机针头的z轴坐标为0，点胶机针头上升过程中其z轴坐标的数值是不断减小的，由人工在后台控制系统上直接将上升水平高度设置成负值或零。
29.当在后台控制系统上设置出某个任务测高点位置基于初始测高位置的下降后的测高高度数据；当前点胶高度需要在初始点胶高度的基础上补偿高度，初始水平高度和下降水平高度的和与下降后的测高高度和初始测高高度的差值之和即为当前点胶高度。由于当点胶机不运动的时候，点胶机针头会在最高处，此时点胶机针头的z轴坐标为0，点胶机针头下降过程中其z轴坐标的数值是不断增加的，由人工在后台控制系统上直接将下降水平高度设置成正值或零。
30.该弧形透明工件激光测高校准方法，具体步骤如下：第1步骤、由人工在后台控制系统上设置出初始测高位置、激光测高时的报警范围以及激光测高时的允许误差范围，激光测高时的报警范围用来确保测高的数据不会超出激光量程范围，激光测高时的允许误差范围用来确保激光测高时的稳定，激光测高时的允许误差范围小于激光的量程；设定初始测高位置的高度为初始水平高度，当激光运行到初始测高位置进行测高时，激光读取得到的数值为初始测高高度。
31.第2步骤、任务点测高时，由人工在后台控制系统上设置出每一个任务测高点基于初始测高位置的上升后的测高高度数据；当激光运行到某一任务点进行测高时，会在初始测高位置的基础上上升所设置的上升后的测高高度数据，然后进行当前任务点的测高，设定相对于初始水平高度上升的高度为上升水平高度，其中的n表示任务点的序号，且n是大于等于1的正整数，设定在上升测高位置处激光读取得到的数值为上升后的测高高度，其中的n表示任务点的序号，且n是大于等于1的正整数。当前点胶高度需要在初始点胶高度的基础上补偿高度，初始水平高度和上升水平高度的和与上升后的测高高度和初始测高高度的差值之和即为当前点胶高度，实现较为精准的点胶动作。具体公式如下：
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（1）
其中的，、、以及均为自然数。
32.同理，任务点测高时，由人工在后台控制系统上设置出每一个任务测高点基于初始测高位置的下降后的测高高度数据；当激光运行到某一任务点进行测高时，会在初始测高位置的基础上下降设置的下降后的测高高度数据，然后进行当前任务点的测高，设定相对于初始水平高度下降的高度为下降水平高度，其中的n表示任务点的序号，且n是大于等于1的正整数，设定在下降测高位置处激光读取得到的数值为下降后的测高高度，其中的n表示任务点的序号，且n是大于等于1的正整数。当前点胶高度需要在初始点胶高度的基础上补偿高度，初始水平高度和下降水平高度的和与下降后的测高高度和初始测高高度的差值之和即为当前点胶高度，实现较为精准的点胶动作。具体公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）其中的，、、以及均为自然数。
33.本发明的弧形透明工件激光测高校准方法，在现有技术的基础上增加任务点测高时的基于初始测高位置的上升功能和下降功能，此初始测高位置可由操作人员手动设置，设置完毕后可通过点胶机针头移至功能对该任务点进行测高测试，确保设立的上升或下降高度后的测高位置没有超出激光的量程范围。增加激光测高报警范围，确保测高的数据不会超出量程范围，保证任务的安全。需要说明的是：当用户按下“针头移至”按钮后，点胶机会先将激光移至到所选取的任务点处，并进行测高，根据激光测高的数据判断此时是否超出报警量程。
34.该弧形透明工件激光测高校准方法可以实现对曲面工件的任务点在测高过程中有一个不断下降和逐渐上升的动作，而任务点的设立与对任务要求的要求有关，如果需要整体更加顺畅的点胶流程，则需要设立较为密集的任务点进行测高；如果对于点胶的标准不是特别严格，可适当减少任务点的数量。同时需要确保每一个任务点的测高都保持在有效范围之内，保证点胶任务的安全，不会发生针头撞击工件的情况。测高结束后的点胶动作也会呈现出一种弧度式的点胶动作。
35.实施例一：见图2，工件为具有单个弧度的结构，在该工件上一共设置有20个任务点（由人工在后台控制系统上设置），这20个任务点也就对应着20个测高点。初始测高位置由人工在后台控制系统上设置，初始测高位置也称为水平测高高度，以该水平测高高度为基准高度，则对于这一基准高度而言20个任务点都是在这一基准高度的基础上下降一定的高度。20个任务点中每个任务点的点胶高度计算公式为：，其中。
36.实施例二：见图3，工件为具有单个弧度的结构，在该工件上一共设置有20个任务点（由人工在后台控制系统上设置），这20个任务点也就对应着20个测高点。初始测高位置由人工在后台控制系统上设置，初始测高位置也称为水平测高高度，以该水平测高高度为基准高度，则对于这一基准高度而言20个任务点都是在这一基准高度的基础上上升一定
的高度。20个任务点中每个任务点的点胶高度计算公式为：，其中。
37.实施例三：见图4，工件为具有多个弧度的正弦波状结构，在该工件上一共设置有23个任务点（由人工在后台控制系统上设置），这23个任务点也就对应着23个测高点。第一初始测高位置和第二初始测高位置均由人工在后台控制系统上设置，第一初始测高位置也称为第一水平测高高度，第二初始测高位置也称为第二水平测高高度。如果以第一水平测高高度为基准高度，则对于该基准高度而言23个任务点都是在这一基准高度的基础上下降一定的高度。此时，23个任务点中每个任务点的点胶高度计算公式为：，其中。如果以第二水平测高高度为基准高度，则对于该基准高度而言，任务点1、2、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21是在此基准高度上上升一定的距离，这13个任务点中每个任务点的点胶高度计算公式为：。 任务点3、4、5、6、7、8、9、10、22、23是在此基准高度上下降一定的距离，这10个任务点中每个任务点的点胶高度计算公式为：。由于需要起到保证量程范围的目的，所有任务点上升或下降的距离可能不同，进而呈现出一种不断下降或上升的运动趋势。
38.实施例四：见图5，虚线a处为任务点1进行激光测高时点胶模块所在高度，虚线b处为任务点2进行激光测高时点胶模块所在高度，虚线c处为任务点13进行激光测高时点胶模块所在高度。工件为具有多个弧度的正弦波状结构，在该工件上一共设置有23个任务点（由人工在后台控制系统上设置），以任务点1的所在位置作为初始测高位置（由人工在后台控制系统上设置），在初始测高位置处激光读取的数值为初始测高高度为，将初始测高位置的高度记录为初始水平高度，此时任务点1处读取的激光测高高度为，且，此时任务点1处的点胶高度为，由于，因此任务点1相对于初始水平高度的上升/下降高度为0，即任务点1是基准位置不存在上升高度或下降高度。对于任务点2，相对于初始水平高度下降的高度为下降水平高度，设定在下降测高位置处激光读取得到的数值为下降后的测高高度，那么任务点2的点胶高度。同理，此时任务点3、任务点4、任务点5、任务点6、任务点7、任务点8、任务点9、任务点10、任务点11、任务点12、任务点21、任务点22以及任务点23的点胶高度计算公式均是，由于当点胶机不运动的时候，点胶机针头会在最高处，此时点胶机针头的z轴坐标为0，因此在点胶机针头下降过程中z轴坐标的数值是不断增加的，因此，对于任务点2～12和任务点21～23，由人工在后台控制系统上直接将下降水平高度设置成正值。对于任务点13，相对于初始水平高度上升的高度为上升水平高度，设定在上升测高位置处激光读取得到的数值为上升后的测高高度，那么任务点13的点胶高度
。同理，此时任务点14、任务点15、任务点16、任务点17、任务点18、任务点19以及任务点20的点胶高度计算公式均是，由于当点胶机不运动的时候，点胶机针头会在最高处，此时点胶机针头的z轴坐标为0，因此在点胶机针头上升过程中z轴坐标的数值是不断减小的，因此，对于任务点13～20，由人工在后台控制系统上直接将上升水平高度设置成负值。
39.假设选择任务点1为初始点，任务点2在测高时要相较任务点1将激光下降一定高度，此时下降的高度就是，下降后读取到的激光数值为，则任务点2的点胶高度。
40.假设选择任务点1为初始点，任务点13在测高时要相较任务点1将激光上升一定高度，此时上升的高度就是，上升后读取到的激光数值为，则任务点13的点胶高度 。
41.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。