CN109099834B - 一种螺栓孔对准检测的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺栓孔对准检测的装置，所述装置包括：可定位到空间内任一位置的定位杆；位于所述定位杆端部的双向视野相机，所述双向视野相机包括具有相同的轴线的第一镜头和第二镜头，所述第一镜头和所述第二镜头朝向具有180度夹角的两个方向进行拍摄，以获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息；信息处理模块，基于所述至少一个第一螺栓孔的所述图像信息和所述至少一个第二螺栓孔的所述图像信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息，其中，所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合位于两个相互平行的平面内。

Description

一种螺栓孔对准检测的装置

技术领域

本发明涉及航空发动机制造领域，尤其涉及一种螺栓孔对准检测的装置。

背景技术

民用航空涡扇发动机装配的特点为零件及连接件数量多，产品结构形状复杂，装配质量要求高，而当前国内航空发动机装配工艺水平还很落后，人工劳动量大，生产周期较长，很多时候还要依靠操作人员的经验。以低压涡轮单元体安装为例，低压涡轮单元体安装技术沿袭传统装配方式和管理模式，依然使用二维工艺设计，采用人+吊车，配合使用专用工装的装配方案，生产管理过多依靠人员的经验，发生错装、漏装以及零件损伤等质量问题的概率较高，装配一致性、稳定性差，装配效率低下。

低压涡轮单元体的安装首先需要保证低压涡轮单元体前安装边与级间机匣单元体后安装边螺栓孔的对齐，传统的对齐方法是通过辅助引导销完成。此种方法一方面需要人工拆装引导销，费时费力，效率低；另一方面，为了保证引导销的易安装和易拆卸，引导销的对准精度往往不高，导致安装边螺栓孔对齐精度较低，在拧螺栓过程中容易发生磕碰和应力集中，导致零件损坏。另外，发动机环形安装边一般为过盈止口配合，在装配时需要事先对止口进行加热或冷却，传统方法并未对止口尺寸的变化进行监控，一旦装配过程较长，安装边尺寸恢复后若强行进行装配会造成部件损坏，若重新加热或冷却则影响装配效率。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明提供一种螺栓孔对准检测的装置，能够自动检测待装配的两个设备的螺栓对准的情况。

根据上述目的，本发明提供一种螺栓孔对准检测的装置，所述装置包括：可定位到空间内任一位置的定位杆；位于所述定位杆端部的双向视野相机，所述双向视野相机包括具有相同的轴线的第一镜头和第二镜头，所述第一镜头和所述第二镜头朝向具有180度夹角的两个方向进行拍摄，以获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息；信息处理模块，基于所述至少一个第一螺栓孔的所述图像信息和所述至少一个第二螺栓孔的所述图像信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息，其中，所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合位于两个相互平行的平面内。

在一实施例中，所述双向视野相机还包括：CCD图像传感器；反射组件，用于选择性地将所述第一镜头收集的光或所述第二镜头收集的光反射到所述CCD图像传感器上。

在一实施例中，所述定位杆为模块化六自由度机器人手臂。

在一实施例中，所述装置还包括：激光测距传感器，用于对准待装配设备的安装止口进行距离的测量，所述信息处理模块还用于基于所述距离的信息，判断待装配设备的安装止口的加热膨胀量，以判断待装配设备是否处于可装配状态。

在一实施例中，所述第一螺栓孔集合位于航空发动机的低压涡轮单元体的前安装边上，所述第二螺栓孔集合位于航空发动机的级间机匣单元体的后安装边上，所述激光测距传感器进一步对准所述级间机匣单元体的安装止口进行距离的测量，所述信息处理模块进一步用于基于所述级间机匣单元体的安装止口的所述距离的信息，判断所述级间机匣单元体的安装止口的加热膨胀量，以判断所述低压涡轮单元体和所述级间机匣单元体是否处于可装配状态。

在一实施例中，所述低压涡轮单元体的前安装边上设有第一防错标签，所述级间机匣单元体的后安装边设置有对应的第二防错标签，其特征在于，所述双向视野相机还用于：运用所述第一镜头或所述第二镜头对所述第一防错标签和所述第二防错标签进行拍摄以得到对应的图像信息，所述信息处理模块进一步：基于所述第一防错标签和所述第二防错标签的图像信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的初级对准信息，若所述初级对准信息为对准，则所述双向视野相机进一步获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息。

在一实施例中，所述信息处理模块进一步用于：分别计算获取图像的每一个所述第一螺栓孔在与所述轴线垂直的平面内的第一圆心坐标和与获取图像的每一个所述第一螺栓孔对应的获取图像的所述第二螺栓孔在与所述轴线垂直的平面内的第二圆心坐标，基于每一个所述第一圆心坐标和对应的每一个所述第二圆心坐标判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息。

在一实施例中，若每一个所述第一圆心坐标和对应的每一个所述第二圆心坐标的差别在0.1mm内，则所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合对准。

在一实施例中，所述双向视野相机进一步用于获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的三个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的三个第二螺栓孔的图像信息。

在一实施例中，在所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的距离在11～13cm时，所述双向视野相机执行所述拍摄的操作。

在一实施例中，当所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的距离在2mm～5mm时，所述双向视野相机还用于：运用所述第一镜头或所述第二镜头在与所述第一螺栓孔集合或所述第二螺栓孔集合所在平面垂直的方向上，从所述第一螺栓孔集合外侧或所述第二螺栓孔集合外侧朝向所述第一螺栓孔集合或所述第二螺栓孔集合拍摄第三图像，所述信息处理模块还用于：基于所述第三图像的信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息。

在一实施例中，所述双向视野相机还包括光照组件，用于在执行所述拍摄的操作时增强光照。

综上所述，本发明通过具有两个同轴镜头的双向视野相机拍摄待对准的第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的图像，即可基于拍摄到的图像信息检测第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的对准情况。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明一种螺栓孔对准检测的装置一个方面的结构示意图；

图2示出了双向视野相机的结构示意图；

图3示出了低压涡轮单元体和级间机匣单元体装配的示意图；

图4示出了单侧拍照对准的示意图；

图5a和图5b示出了单侧拍照对准时可能得到的图像的情况；

图6a和图6b示出了单侧拍照对准时螺栓圆心距离计算的原理图。

附图标记说明：

101：定位杆；

102、20：双向视野相机；

201：第一镜头；

202：第二镜头；

203：激光测距传感器；

204：光照组件；

301：低压涡轮单元体；

302：低压涡轮单元体的前安装边；

303：级间机匣单元体；

304：级间机匣单元体的后安装边；

305：第一防错标签；

306：第二防错标签。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

本发明提供一种螺栓孔对准检测的装置，能够自动判断待装配的两个设备的螺栓孔的对准情况，为准确装配提供基础。

请参看图1，图1示出了本发明一种螺栓孔对准检测的装置一个方面的结构示意图。

所述装置包括可定位到空间内任一位置的定位杆101，在定位杆101的端部的双向视野相机102。也就是说，定位杆101能将双向视野相机102定位到空间中的任意位置。

请参看图2，图2示出了双向视野相机的结构示意图。

双向视野相机20包括具有相同的轴线的第一镜头201和第二镜头202，第一镜头201和第二镜头202朝向具有180度夹角的两个方向进行拍摄，以获取位于第一镜头201侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于第二镜头202侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息，其中第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合位于两个相互平行的平面内。

也就是说，第一镜头201和第二镜头202背对背，朝向相反的方向设置，第一镜头201和第二镜头202是同轴设置的。

在一实施例中，双向视野相机20包括：CCD图像传感器和反射组件，反射组件用于选择性地将第一镜头201收集的光或第二镜头202收集的光反射到CCD图像传感器上。

也就是说，双向视野相机20可以只有一个CCD图像传感器，通过反射组件来选择通过第一镜头201或是第二镜头202来进行拍摄。

获取位于第一镜头201侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于第二镜头202侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息可以是分次获取的，可以先获取第一镜头201侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息，再获取位于第二镜头202侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息，当然，先后顺序也可以颠倒过来。

第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合位于待装配的两个设备的安装边上，本发明一个方面的目的即是判断一个待装配设备上的第一螺栓孔集合和另一个待装配设备上的第二螺栓孔集合是否对齐。

为了达到上述目的，通常可以在待装配的两个设备相互逼近到一定距离时，例如相互距离在11～13cm时，将双向视野相机20置于待装配的两个设备之间，并分别通过第一镜头201和第二镜头202收集待装配的两个设备的螺栓孔集合的图像信息。

所述装置还包括信息处理模块，基于通过第一镜头201收集到的至少一个第一螺栓孔的图像信息和通过镜头202收集到的至少一个第二螺栓孔的图像信息，判断第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的对准信息。

由于第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合所在的平面相互平行，且第一镜头201和第二镜头202是同轴相机，利用现有技术中的图像处理技术对收集到的至少一个第一螺栓孔的图像信息和至少一个第二螺栓孔的图像信息进行图像处理，即可得到第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的对准信息。

更优地，可以使得第一镜头201或是第二镜头202的轴线与待装配的两个设备的螺栓孔集合所在的平面垂直，这样就能够使得图像处理更加简单，节省计算资源。

信息处理模块可以直接置于双向视野相机20内，当然也可以将信息处理模块置于服务器内，通过无线通信与定位杆101和双向视野相机20通信。

在一实施例中，定位杆101为模块化六自由度机器人手臂。现有技术中已有很多具有六个自由度的机器人，能够以任意姿态到达空间中的任意一个点。

当装配过程不仅包含螺栓连接，还包括止口固定时，需要先将待装配的一个设备的止口加热膨胀，膨胀后才能将另一个待装配的设备***，然后冷却止口，止口缩小实现固定。

请继续参看图2，在一实施例中，装置还包括：激光测距传感器203，用于在与第一镜头201和第二镜头202轴线垂直的方向上进行距离的测量，信息处理模块还用于基于测量得到的距离的信息，判断待装配设备的安装止口的加热膨胀量，以判断待装配设备是否处于可装配状态。

当激光测距传感器203对准待装配设备的安装止口时，对安装止口进行加热，加热止口即发生加热膨胀，安装止口的直径会不断增大，激光测距传感器203既能够感测安装止口直径的变化量，当电话量达到预设值时，表明安装止口已经加热膨胀到可装配状态。

在一实施例中，双向视野相机20还包括光照组件204，用于在执行拍摄的操作时增强光照，进一步增强拍摄得到的图像的质量。

光照组件204可以为环形光源，并可以在第一镜头201和第二镜头202的位置附近，分别设置一个环形光源，当使用第一镜头201拍摄时，触发第一镜头201对应的环形光源发光，当用第二镜头202拍摄时，触发第二镜头202对应的环形光源发光。

请参看图3，图3示出了低压涡轮单元体和级间机匣单元体装配的示意图。在一实施例中，前述的第一螺栓孔集合位于航空发动机的低压涡轮单元体301的前安装边302上，第二螺栓孔集合位于航空发动机的级间机匣单元体303的后安装边304上，激光测距传感器进一步对准级间机匣单元体303的安装止口进行距离的测量，信息处理模块进一步用于基于级间机匣单元体的安装止口的距离的信息，判断级间机匣单元体303的安装止口的加热膨胀量，以判断低压涡轮单元体301和级间机匣单元体303是否处于可装配状态。

请继续参看图3，在一实施例中，低压涡轮单元体301的前安装边302上设有第一防错标签305，级间机匣单元体303的后安装边304设置有对应的第二防错标签306，双向视野相机还用于：运用第一镜头或第二镜头对第一防错标签和第二防错标签进行拍摄以得到对应的图像信息，信息处理模块进一步：基于第一防错标签和第二防错标签的图像信息，判断第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的初级对准信息，若初级对准信息为对准，则双向视野相机进一步获取位于第一镜头侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息。

也就是说，在将双向视野相机置于低压涡轮单元体301和级间机匣单元体303之间之前，先将双向视野相机置于低压涡轮单元体301和级间机匣单元体303的外侧，对准第一防错标签305和第二防错标签306拍摄，获取对应的图像。

也就是首先判断一下粗对准的情况，若第一防错标签305和第二防错标签306明显错位，则表明低压涡轮单元体301和级间机匣单元体303存在较大的交错位移，则需要利用控制***调整低压涡轮单元体301和级间机匣单元体303之间的相对位置。待到第一防错标签305和第二防错标签306对齐，则再将双向视野相机置于低压涡轮单元体301和级间机匣单元体303之间，来获取第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息，来进一步判断螺栓孔的对准信息。

在一实施例中，通过图像处理算法分别计算获取图像的每一个第一螺栓孔在与轴线垂直的平面内的第一圆心坐标和与获取图像的每一个第一螺栓孔对应的获取图像的第二螺栓孔在与轴线垂直的平面内的第二圆心坐标，基于每一个第一圆心坐标和对应的每一个第二圆心坐标判断第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的对准信息。

更进一步，若每一个第一圆心坐标和对应的每一个第二圆心坐标的差别在0.1mm内，则第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合对准。

在一实施例中，双向视野相机进一步用于获取位于第一镜头侧的第一螺栓孔集合的三个第一螺栓孔的图像信息和位于第二镜头侧的第二螺栓孔集合的三个第二螺栓孔的图像信息。

也就是说，获取三个第一螺栓孔和对应的三个第二螺栓孔的图像信息，并分别判断每一对螺栓孔是否对齐。由于三点即可确定一个平面，若三对螺栓孔都对齐，则从另一方面说明第一螺栓孔集合所在的平面和第二螺栓孔集合所在的平面平行。

在一实施例中，在第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的距离在11～13cm时，双向视野相机进入第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合之间执行拍摄的操作。

请参看图4，图4示出了单侧拍照对准的示意图。

在一实施例中，当第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的距离在2mm～5mm时，双向视野相机401还用于：运用第一镜头或第二镜头402在与第一螺栓孔集合或第二螺栓孔集合所在平面垂直的方向上，从第一螺栓孔集合外侧或第二螺栓孔集合外侧朝向第一螺栓孔集合或第二螺栓孔集合拍摄第三图像，信息处理模块还用于：基于第三图像的信息，判断第一螺栓孔集合和第二螺栓孔集合的对准信息。

也就是说，当待装配的两个设备贴近到一定程度时，在任一个待装配设备的外侧拍摄螺栓孔的图像，拍摄的图像可能会出现如图5a、图5b情况。

若得到如图5a所示的图像，则说明螺栓孔对准。若得到如图5b的图像，则说明螺栓孔未对准。

实际上，根据如图5b的图像可以计算出螺栓孔的圆心的距离，计算的原理如图6a和图6b所示。

在图6a中，根据图像处理技术可以得到两个螺栓孔的轮廓601和轮廓602，将轮廓601和轮廓602投影到螺栓孔所在平面内，即可得到如图6b所示的两个螺栓孔在坐标系中的位置情况，进而即可得到两个圆心的距离d的数值。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (11)

1.一种螺栓孔对准检测的装置，其特征在于，所述装置包括：

可定位到空间内任一位置的定位杆；

位于所述定位杆端部的双向视野相机，所述双向视野相机包括具有相同的轴线的第一镜头和第二镜头，所述第一镜头和所述第二镜头朝向具有180度夹角的两个方向进行拍摄，以获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息；

激光测距传感器，用于对准待装配设备的安装止口进行距离的测量；

信息处理模块，基于所述至少一个第一螺栓孔的所述图像信息和所述至少一个第二螺栓孔的所述图像信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息，其中，所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合位于两个相互平行的平面内，所述信息处理模块还用于基于所述距离的信息，判断待装配设备的安装止口的加热膨胀量，以判断待装配设备是否处于可装配状态。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向视野相机还包括：

CCD图像传感器；

反射组件，用于选择性地将所述第一镜头收集的光或所述第二镜头收集的光反射到所述CCD图像传感器上。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位杆为模块化六自由度机器人手臂。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一螺栓孔集合位于航空发动机的低压涡轮单元体的前安装边上，所述第二螺栓孔集合位于航空发动机的级间机匣单元体的后安装边上，

所述激光测距传感器进一步对准所述级间机匣单元体的安装止口进行距离的测量，

所述信息处理模块进一步用于基于所述级间机匣单元体的安装止口的所述距离的信息，判断所述级间机匣单元体的安装止口的加热膨胀量，以判断所述低压涡轮单元体和所述级间机匣单元体是否处于可装配状态。

5.如权利要求4所述的装置，所述低压涡轮单元体的前安装边上设有第一防错标签，所述级间机匣单元体的后安装边设置有对应的第二防错标签，其特征在于，所述双向视野相机还用于：

运用所述第一镜头或所述第二镜头对所述第一防错标签和所述第二防错标签进行拍摄以得到对应的图像信息，

所述信息处理模块进一步：

基于所述第一防错标签和所述第二防错标签的图像信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的初级对准信息，

若所述初级对准信息为对准，则所述双向视野相机进一步获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的至少一个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的至少一个第二螺栓孔的图像信息。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信息处理模块进一步用于：分别计算获取图像的每一个所述第一螺栓孔在与所述轴线垂直的平面内的第一圆心坐标和与获取图像的每一个所述第一螺栓孔对应的获取图像的所述第二螺栓孔在与所述轴线垂直的平面内的第二圆心坐标，基于每一个所述第一圆心坐标和对应的每一个所述第二圆心坐标判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，若每一个所述第一圆心坐标和对应的每一个所述第二圆心坐标的差别在0.1mm内，则所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合对准。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向视野相机进一步用于获取位于所述第一镜头侧的第一螺栓孔集合的三个第一螺栓孔的图像信息和位于所述第二镜头侧的第二螺栓孔集合的三个第二螺栓孔的图像信息。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的距离在11～13cm时，所述双向视野相机执行所述拍摄的操作。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的距离在2mm～5mm时，所述双向视野相机还用于：

运用所述第一镜头或所述第二镜头在与所述第一螺栓孔集合或所述第二螺栓孔集合所在平面垂直的方向上，从所述第一螺栓孔集合外侧或所述第二螺栓孔集合外侧朝向所述第一螺栓孔集合或所述第二螺栓孔集合拍摄第三图像，

所述信息处理模块还用于：

基于所述第三图像的信息，判断所述第一螺栓孔集合和所述第二螺栓孔集合的对准信息。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向视野相机还包括光照组件，用于在执行所述拍摄的操作时增强光照。

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