[发明专利]筒形件装配转角的分布式单目相机激光测量装置及方法

说明书

本发明提出了一种筒形件装配转角的分布式单目相机激光测量装置及方法，属于精密装配技术领域，涉及一种筒形件装配转角的测量装置及方法。本发明的测量方法包括以下步骤：建立测量坐标系；两部单目工业相机采集标定图像；计算机对两部单目工业相机进行标定；设置测量参数；计算机提取待装配筒形件A和B装配面的特征点；计算机提取待装配筒形件A和B装配面的全部特征点；计算机获取最优位姿转换矩阵计算机获取待装配筒形件A装配面上的销和B装配面上的孔的图像坐标；计算机计算两待装配筒形件A和B之间的装配转角α。本发明有效提高了筒形件装配转角α的测量精度，并减少了对零件的损伤，可用于如航天器、水下航行器等筒形件装配转角α的测量。

技术领域

本发明属于精密装配技术领域，涉及一种筒形件装配转角的测量装置及方法，进一步涉及一种筒形件装配转角的分布式单目相机激光测量装置及方法，可用于如航天器、水下航行器等筒形零件装配转角α的测量。

背景技术

航天器、水下航行器等的筒形件装配是其制造中的关键环节，它们装配的质量和精度很大程度上决定了其总体性能的好坏。在筒形件装配技术中，对于待装配的两个筒形件，其待测三维空间位姿包括其在三维位移偏差、绕水平方向轴的偏转角β、绕竖直方向轴的俯仰角γ、绕两筒形件轴线的装配转角α共六个自由度。只有对待装配的两个筒形件之间的六个自由度进行高精度的测量，得到待测筒形件的三维空间位姿，才能顺利进行后续的零件位姿调整。在诸如航天器或水下航行器之类的筒形件的自动化装配中，必须使两个待装配筒形件的轴线共线，该步骤是通过执行机构对零件进行位置和姿态调整完成的。在两个待装配筒形件的轴线共线之后两个筒形件之间的三个位移偏差和偏转角β、俯仰角γ均已调整完成。在两个待装配筒形件上述的五个自由度调整完之后，需要对两筒形件之间的装配转角α进行测量，再通过执行机构转动筒形件使两个零件在转角α上完全对齐，从而完成位姿调整，以进行精确地装配。综上所述，精确测量筒形件装配转角α是筒形件装配中至关重要的一环。

目前，针对航天器、水下航行器等筒形件装配，若想实现高精度、快速且对零件损伤小的实时装配，需要对两待装配筒形件的位姿进行精确、快速地测量以得到其三维空间位姿，并对其进行位姿调整，所以对于待装配两筒形件的六自由度空间位姿进行精确地测量是位姿调整的基础。针对筒形件的装配转角α，目前主要使用激光雷达、激光跟踪仪、计算机辅助电子经纬仪、室内GPS等多样化的测量手段。激光雷达的方法要用两个或更多的激光雷达，通过编程测量校准工具球，使激光雷达自动从一个工具球移动到另一个工具球，连续报告和监视所有的相关位置，从而完成测量。针对筒形件装配转角α的典型的测量方法是利用激光跟踪仪，其实现过程是通过激光跟踪仪测量附着于被测零件表面的靶球位置，建立激光跟踪仪的坐标系，从而解算零件的六自由度空间位姿。计算机辅助电子经纬仪、激光跟踪仪等通过对待装配零件逐点测量进而解算位姿，所以无法实现位姿测量的实时检测，同时因为其需要人工安装相应的测量靶球，增加了装配过程的人力劳动，降低了装配过程的工作效率，也由于人工操作增加了人为的测量误差。至于室内GPS，则只能在固定的空间内使用，且容易受外界信号干扰，其所受局限较多。

随着机器视觉技术在精密装配领域的发展，其越来越多地应用于工业现场的零件装配过程中的位姿测量，筒形件的装配转角α属于待测零件的六自由度空间位姿之一，而双目视觉系统、近景测量系统等可以对待装配零件的六自由度空间位姿进行快速、实时测量。若利用现有技术中的双目立体视觉方法对筒形件装配转角α进行测量，需要对待装配的销和孔各设置两部工业相机构成两套双目视觉系统，装置结构复杂，方法流程繁复。如仅使用双目立体视觉进行测量，而不加以辅助测量装置或方法，则易受光源等外界环境因素变化的影响，工业现场的鲁棒性低。