CN112122917B - 发动机装配体精准配合方法 - Google Patents

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    • B23P19/12—Alignment of parts for insertion into bores

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种发动机装配体精准配合方法，首先分别对两对双目相机进行相机内参数和外参数标定，对相机坐标系和六自由度并联平台坐标系进行标定，借助于激光跟踪仪将两个柔性并联平台坐标系转换到基坐标系下，将发动机两个待装配体分别放在两个柔性并联平台上，分别旋转两个柔性并联平台，使得发动机两个待装配体的销钉和销孔在双目视觉***中完全成像，图像采集，图像处理，三维重建，得到销孔和销钉分别在柔性并联平台的刚性转换关系，将两个柔性并联平台反转回原来的位姿，通过解算得到发动机待装配体的目标位置，进行一次性装配。通过上述方式，本发明能够克服现有方法需要调节共轴难度高的缺点，精度高，稳定性好，一次装调即可，效率高。

Description

发动机装配体精准配合方法
技术领域
本发明涉及自动化控制领域和机器视觉技术领域，特别是涉及一种发动机装配体精准配合方法。
背景技术
定位销和定位孔精确配合是工业各个领域装配的重要工序，传统的对接方式采用V型工装支撑进行手动对接装配，然而这种对接方式对中难度较大，对销孔难度更大，而且需要很多人参与，对接的效率以及精度完全依靠操作人员的经验和水平。尤其是当对接工件较大的时候，实现难度急剧上升，影响自动化生产的效率。
有些研究学者利用光栅扫描装置扫描进行对接，然而这种方式需要进行粘贴标志点，过程较为繁琐。还有一些学者采用外接靶标的方式进行间接测量，由于这种方式需要进行装夹，实用性得到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机装配体精准配合方法，能够实现相邻两个大型装置中销和孔之间的无碰撞对接，对接精度高，自动化程度高，效率高，可应用于大型产品例如发动机或是航天航空产品的自动化装配中。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种发动机装配体精准配合方法，包括发动机的两个待装配体、两个六自由度的柔性并联平台、两套双目视觉***和一个激光跟踪仪，其精准配合方法包括以下步骤：
步骤1：在没有放置待装配体之前，将标定板放置于六自由度的柔性并联平台上，将六自由度的柔性并联平台调到零位，以激光跟踪仪坐标系作为基坐标系，利用激光跟踪仪确定六自由度的柔性并联平台的坐标系和激光跟踪仪坐标系之间的位置关系；
步骤2：将发动机的两节待装配体放置于两个相应的六自由度的柔性并联平台上，转动两个六自由度的柔性并联平台接近45°，使得两节待装配体的安装端分别在两套双目视觉***的视野中；
步骤3：利用两套双目视觉***对各自待装配体图像进行采集，图像处理，图像分析，得到视觉***下的三维空间坐标；
步骤4：将两个六自由度的柔性并联平台转动-45°方向调整回零位；
步骤5：两个六自由度的柔性并联平台解算目标位姿。
进一步的是，所述步骤1包括步骤11)对两套双目视觉***进行双目视觉标定，确定双目视觉***相机的内参矩阵以及双目视觉***相机之间的外参转换矩阵。
进一步的是，所述步骤1包括步骤12)利用“手眼”标定方法，对双目视觉***和六自由度的柔性并联平台标定。
进一步的是，所述步骤1包括步骤13)对整个操作***进行全局标定，以激光跟踪仪坐标系作为基坐标系，利用步骤12)、步骤13)将双目视觉***的相机坐标系和六自由度柔性并联平台坐标系都转换到基坐标系。
进一步的是，所述步骤3包括步骤31)利用两套双目视觉***对各自待装配体图像进行采集，对采集到的定位销和定位孔进行图像处理，图像分析，得到定位销和定位孔的图像坐标。
进一步的是，所述步骤3包括步骤32)借助于双目视觉***双目三角测量原理可以得到定位销和定位孔在相应的双目视觉***下的三维空间坐标。
进一步的是，所述步骤3包括步骤33)利用步骤31)、步骤32)得到六自由度的并联平台坐标系和定位销之间的相对位置关系以及六自由度的并联平台坐标系和定位孔之间的相对位置关系。
进一步的是，所述步骤1在没有放置发动机的待装配体之前，将标定板放置于六自由度的柔性并联平台上，进行“手眼”标定，即眼不动手动，双目视觉***的相机对放置在柔性并联平台上的标定板进行图像采集，同时读取当前六自由度的柔性并联平台的示数，将六自由度的柔性并联平台变换多个姿态，利用最小二乘法，可以求解得到相机坐标系和柔性并联平台基坐标系之间的转换关系；同理，另外一侧的双目视觉***也可以和另一个六自由度的柔性并联平台建立转换关系。
进一步的是，所述步骤5的六自由度的柔性并联平台方向调整回零位，对六自由度的柔性并联平台进行运动学分析，解算发动机待对接端的目标位姿，实现定位销-孔的高精度定位安装。
进一步的是，所述激光跟踪仪为莱卡AT901B，配合6英寸的靶球使用，在75m3全量程范围内测量精度为±(15μm+6μm/m)。
本发明的有益效果是：本发明的一种发动机装配体精准配合方法，具有以下有益效果及优点：
1.本发明所述的发动机装配体精准配合方法可以实现销和孔之间的无碰撞对接。
2.本发明所述的发动机装配体精准配合方法可以实现销和孔的盲对接，对接效率高，精度高。
3.本发明所述的发动机装配体精准配合方法应用于范围广，可应用于航空、航天产品对接或是发动机装配等领域。
附图说明
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发明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。
图1是本发明一种发动机装配体精准配合方法的流程图；
图2是本发明一种发动机装配体精准配合方法的***结构图。
1、待装配体；2、六自由度的柔性并联平台；3、双目视觉***；4、激光跟踪仪。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
以及，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1至图2，本发明实施例包括：一种发动机装配体精准配合方法，包括发动机的两个待装配体1、两个六自由度的柔性并联平台2、两套双目视觉***3和一个激光跟踪仪4，其精准配合方法包括以下步骤：
步骤1：步骤11)对两套双目视觉***进行双目视觉标定，确定双目视觉***相机的内参矩阵以及双目视觉***相机之间的外参转换矩阵；步骤12)利用“手眼”标定方法，对双目视觉***和六自由度的柔性并联平台标定；对整个操作***进行全局标定，以激光跟踪仪坐标系作为基坐标系，利用步骤12)、步骤13)将双目视觉***的相机坐标系和六自由度柔性并联平台坐标系都转换到基坐标系；
步骤2：将发动机的两节待装配体放置于两个相应的六自由度的柔性并联平台上，转动两个六自由度的柔性并联平台接近45°，使得两节待装配体的安装端分别在两套双目视觉***的视野中；
步骤3：步骤31)利用两套双目视觉***对各自待装配体图像进行采集，对采集到的定位销和定位孔进行图像处理，图像分析，得到定位销和定位孔的图像坐标；步骤32)借助于双目视觉***双目三角测量原理可以得到定位销和定位孔在相应的双目视觉***下的三维空间坐标；步骤33)利用步骤31)、步骤32)得到六自由度的并联平台坐标系和定位销之间的相对位置关系以及六自由度的并联平台坐标系和定位孔之间的相对位置关系；
步骤4：将两个六自由度的柔性并联平台-45°；
步骤5：六自由度的柔性并联平台方向调整回零位，对六自由度的柔性并联平台进行运动学分析，解算发动机待对接端的目标位姿，实现定位销-孔的高精度定位安装。
进一步的是，所述步骤1在没有放置发动机的待装配体之前，将标定板放置于六自由度的柔性并联平台上，进行“手眼”标定，即眼不动手动，双目视觉***的相机对放置在柔性并联平台上的标定板进行图像采集，同时读取当前六自由度的柔性并联平台的示数，将六自由度的柔性并联平台变换多个姿态，利用最小二乘法，可以求解得到相机坐标系和柔性并联平台基坐标系之间的转换关系；同理，另外一侧的双目视觉***也可以和另一个六自由度的柔性并联平台建立转换关系。
进一步的是，所述激光跟踪仪为莱卡AT901B，配合6英寸的靶球使用，在75m3全量程范围内测量精度为±(15μm+6μm/m)。采用basler公司的相机，相机配备镜头，所有的仿真实验均在Windows 7操作***下采用Visual Studio 2017软件实现，实验结果显示该方法可以实现销和孔的高精度装配，不需要进行多次测量，一次性测量装配即可完成。
本发明的有益效果是：本发明的一种发动机装配体精准配合方法，具有以下有益效果及优点：
1.本发明所述的发动机装配体精准配合方法可以实现销和孔之间的无碰撞对接。
2.本发明所述的发动机装配体精准配合方法可以实现销和孔的盲对接，对接效率高，精度高。
3.本发明所述的发动机装配体精准配合方法应用于范围广，可应用于航空、航天产品对接或是发动机装配等领域。
此外，需要说明的是，在本说明书中，“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种发动机装配体精准配合方法，其特征在于包括发动机的两个待装配体、两个六自由度的柔性并联平台、两套双目视觉***和一个激光跟踪仪，其精准配合方法包括以下步骤：
步骤1：在没有放置待装配体之前，将标定板放置于六自由度的柔性并联平台上，将六自由度的柔性并联平台调到零位，以激光跟踪仪坐标系作为基坐标系，利用激光跟踪仪确定六自由度的柔性并联平台的坐标系和激光跟踪仪坐标系之间的位置关系；
步骤2：将发动机的两节待装配体放置于两个相应的六自由度的柔性并联平台上，转动两个六自由度的柔性并联平台接近45°，使得两节待装配体的安装端分别在两套双目视觉***的视野中；
步骤3：利用两套双目视觉***对各自待装配体图像进行采集，图像处理，图像分析，得到视觉***下的三维空间坐标；
步骤4：将两个六自由度的柔性并联平台转动-45°；
步骤5：两个六自由度的柔性并联平台解算目标位姿。
2.根据权利要求1所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤1包括步骤11)对两套双目视觉***进行双目视觉标定，确定双目视觉***相机的内参矩阵以及双目视觉***相机之间的外参转换矩阵。
3.根据权利要求2所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤1包括步骤12)利用“手眼”标定方法，对双目视觉***和六自由度的柔性并联平台标定。
4.根据权利要求3所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤1包括步骤13)对整个操作***进行全局标定，以激光跟踪仪坐标系作为基坐标系，利用步骤12)、步骤13)将双目视觉***的相机坐标系和六自由度柔性并联平台坐标系都转换到基坐标系。
5.根据权利要求1所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤3包括步骤31)利用两套双目视觉***对各自待装配体图像进行采集，对采集到的定位销和定位孔进行图像处理，图像分析，得到定位销和定位孔的图像坐标。
6.根据权利要求5所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤3包括步骤32)借助于双目视觉***双目三角测量原理可以得到定位销和定位孔在相应的双目视觉***下的三维空间坐标。
7.根据权利要求6所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤3包括步骤33)利用步骤31)、步骤32)得到六自由度的并联平台坐标系和定位销之间的相对位置关系以及六自由度的并联平台坐标系和定位孔之间的相对位置关系。
8.根据权利要求1所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤1在没有放置发动机的待装配体之前，将标定板放置于六自由度的柔性并联平台上，进行“手眼”标定，即眼不动手动，双目视觉***的相机对放置在柔性并联平台上的标定板进行图像采集，同时读取当前六自由度的柔性并联平台的示数，将六自由度的柔性并联平台变换多个姿态，利用最小二乘法，可以求解得到相机坐标系和柔性并联平台基坐标系之间的转换关系；同理，另外一侧的双目视觉***也可以和另一个六自由度的柔性并联平台建立转换关系。
9.根据权利要求1所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述步骤5包括六自由度的柔性并联平台方向调整回零位，对六自由度的柔性并联平台进行运动学分析，解算发动机待对接端的目标位姿，实现定位销-孔的高精度定位安装。
10.根据权利要求1所述的发动机装配体精准配合方法，其特征在于：所述激光跟踪仪为莱卡AT901B，配合6英寸的靶球使用，在75m3全量程范围内测量精度为±(15μm+6μm/m)。
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