[发明专利]一种管件法兰相对位姿测量系统及测量方法

说明书

一种管件法兰相对位姿测量系统及测量方法，本发明涉及管件法兰相对位姿测量系统及测量方法。本发明为了解决现有技术对接装配误差大，人工装配导致一致性较差以及制造周期长的问题。本发明系统包括：扫描装置、移动段管件和固定段管件；扫描装置包括两个线扫描激光测距传感器、传感器旋转机构和支撑杆，扫描装置设置在移动段管件和固定段管件之间，传感器旋转机构带动两个线扫描激光测距传感器进行圆周运动，两个线扫描激光测距传感器分别扫描移动段管件和固定段管件；支撑杆一端连接传感器旋转机构，另一端通过传感器固定结构固定线扫描激光测距传感器。本发明用于自动化对接领域。

技术领域

本发明涉及自动化对接装配领域，具体涉及管件法兰相对位姿测量系统及测量方法。

背景技术

现有管件相对位姿测量方法主要有单目视觉即使用工业相机拍照并运用图像处理算法解算相对位姿，缺点是拍照的视场范围广，包含很多无需处理的冗余信息，对计算机的处理能力要求高且工业相机一般价格昂贵。此外主流的方法还有使用激光跟踪仪测量管件相对位姿，缺点是需要使用与激光跟踪仪配套的专用处理器，且动态测量精度不够，测量前需要人工标定，自动化程度低。

在德国提出工业4.0以及国内提出与之对应的中国制造2025战略的时代背景下，传统制造业的数字化、自动化及智能化变革被提上日程。在一些大、长型产品制造领域里，由于产品整体外形尺寸大、质量大等特点，制造业中通常将产品设计成分级分段的形式进行制造，然后将独立完成装配的各个部段组装装配。在中国制造2025战略的要求下，以及国外产品高度自动化的大背景下，需要设计应用于大口径管件自动化对接的对接系统，要求该系统建立在数字化、智能化设备的基础上，能够利用一套工装设备自动地完成两个装配部段的位姿检测和对接装配，同时提高装配产品的质量和精度，缩短制造周期。大口径管件数字化对接技术对于在尺寸和重量上不方便人工移动和装配的产品的生产装配过程将有重要的作用。首先，提高管件装配的精度，保证重要参数一致性；其次，加快装配速度，减少装配过程所需时间，提高生产效率。大口径管件数字化对接系统对管件的对接过程包括三个部分：首先是定位装夹，利用专用或通用的工装对管件进行定位夹紧；然后是位姿检测，利用高精度光学测量设备检测出对接管件的相对位姿；最后进行对接，计算支撑移动段管件的多自由度位姿调节机构的各个自由度的调节量，调节移动段的位姿到目标位姿，并完成对接。

在大口径管件数字化对接系统中，管件相对位姿的检测是其数字化的重要基础。位姿检测系统需要利用高精度的光学测量系统测得对接管件的相关测量值，通过数据处理得到两个管件的相对位姿，以此作为位姿调节的参考信息，因此，管件相对位姿检测系统是管件数字化装配系统的核心。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术对接装配误差大，人工装配导致一致性较差以及制造周期长的缺点，而提出一种管件法兰相对位姿测量系统及测量方法。

一种管件法兰相对位姿测量系统包括：扫描装置、移动段管件和固定段管件；

扫描装置包括两个线扫描激光测距传感器、传感器旋转机构和支撑杆，扫描装置设置在移动段管件和固定段管件之间，传感器旋转机构带动两个线扫描激光测距传感器进行圆周运动，两个线扫描激光测距传感器分别扫描移动段管件和固定段管件；支撑杆一端连接传感器旋转机构，另一端通过传感器固定结构固定线扫描激光测距传感器。

一种管件法兰相对位姿测量方法包括以下步骤：

步骤一：建立世界坐标系；

步骤二：建立移动段管件坐标系：

步骤三：建立固定段管件坐标系；

步骤四：根据步骤一至步骤三建立的坐标系测量移动段管件和固定段管件的相对位姿；

步骤四一：根据步骤一至步骤三建立的坐标系，求得移动段管件相对于世界坐标系的位姿，用位姿变换矩阵^sT_m表示；