[发明专利]用于车身精度检测的三坐标测量路径自动规划与优化方法

说明书

本发明公开了一种用于车身精度检测的三坐标测量路径自动规划与优化方法，本方法结合被测量车身的结构模型和测点信息，通过碰撞检测算法对测量路径可行性进行判定，利用空间移动点设置规则进行自动避障，对全路径进行优化，实现车身测量路径的高效规划；通过网格划分将被测车身点云化处理并提取节点坐标，提取车身测点信息的位置坐标与矢量方向；对任意两测点间进行碰撞检测，确定两测点间无碰撞最优路径；提取两测点间测量时间的影响因素，获得全测点间可行路径的检测时间矩阵，以检测路径总时间最少为目标进行路径优化，最终获得车身测点的高效检测路径。提高了三坐标测量仪测量路径生成及整车测量效率。

技术领域

本发明涉及三坐标测量仪测量的路径规划技术，尤其涉及一种用于车身精度检测的三坐标测量路径自动规划与优化方法。

背景技术

对车身进行尺寸检测，以确保其符合设计规范是制造过程中的重要检测项目，常用的测量方式主要分为接触式和非接触式。三坐标测量仪是典型的接触式测量设备，因其测量准确性在车身检测中被广泛使用。三坐标测量仪在使用前需要规划测量路径，但车身结构复杂，且测点数目众多、矢量多样，测量前期的人力和时间成本花费较大，且最终的测量路径难以保证最优。

目前现有的测量路径规划主要有以下两种方法：

方法一，利用算法对所有测点先规划出总距离最短路径，基于车身CAD模型和初始路径通过仿真进行碰撞检查，利用启发式规则进行碰撞规避，最终得到总体测量路径。例如：Spyridi A.J.等人提出状态空间搜索的方法，首先生成一组检查计划，通过对操作符施加几何和优化约束，得到一个有效的测量计划；Cho M.W.等人首先进行局部优化，通过启发式规则进行避撞，最后得到全局的测量路径；刘达新等利用遗传算法先得到初始路径，然后使用轴向包围盒法进行碰撞检测并基于启发式规则进行移动点设置，最终得到优化路径。虽然这类方法对初始路径进行了优化，但仅以测点间的距离作为优化目标，之后对碰撞的规避会导致整体路径变长，形成的总测量路径和时间不能保证最短。

方法二，判断两测点间的可达性，利用算法生成两点间最短路径，最后进行全局的优化。例如：Limaiem A.等人利用轴向包围盒法对测头及零件进行近似从而判断可达性，用Dijkistra算法生成两点间最短路径，用A*算法进行全局优化，从而得到最终测量路径；Albuquerque V.A.等人用简单实体对测头建模，利用轴向包围盒法进行碰撞检测，迭代的利用点替换的方法得到最终的无碰撞路径。这类方法主要使用包围盒法进行碰撞检测，基本原理是通过投影判定两个包围盒是否有交点，当没有交点时可以认为一定不发生碰撞，但存在交点时无法判定是否存在碰撞，碰撞检测判断错误会严重影响之后空间移动点添加的判断，导致总体测量时间增加，同时由于多次使用路径规划算法，计算时间较长，实际应用基本不可行。

在上述方法一和方法二中，主要使用简单规整的几何实体进行路径规划，测点数较少且有序，只以路径最短为优化目标，不考虑测头转换等其他因素的影响，自动化路径生成效果较差。对于车身复杂的钣金装配结构，测点多达1500 个以上，需要在较短的时间内自动生成无碰撞测量路径，且测量时间尽可能的短，现有的方法具有较多的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于车身精度检测的三坐标测量路径自动规划与优化方法，本方法解决了车身多测点自动规划无碰撞最优路径的难题，实现车身测量路径的自动规划，减少人力、物力投入，有效提高车身测量的效率。

为解决上述技术问题，本发明用于车身精度检测的三坐标测量路径自动规划与优化方法包括如下步骤：

步骤一、通过网格划分将所测量车身的结构模型进行点云化处理，提取所有网格节点坐标作为所测量车身的点云信息，根据所测量车身的设计图纸提取车身尺寸及测点坐标和矢量方向信息，将点云信息和测点信息分别整理成矩阵形式；