智能化高铁白车身装配质量检测装置及其方法制造方法及图纸

一种智能化高铁白车身装配质量检测装置及其方法，包括由计算机控制的七轴机械臂，该七轴机械臂上安装有与所述计算机连接的显示屏，该七轴机械臂末端安装有二维激光传感器，二维激光传感器与所述计算机连接，上述七轴机械臂安装在可移动小车上。本发明专利技术的有益效果是：1.全新提出了在高铁白车身流水线上采用机械臂和二维激光传感器测量高铁白车身的装配质量装置，利用机械臂的灵活和二维激光传感器的稳定，实现对感兴趣区域的高精度的尺寸测量。2.本发明专利技术采用多轴机器人搭载激光传感器实现白车身大型工件的装配质量检测，可通过控制机械臂的运动和姿态，实现不同形状、不同角度的装配质量检测，包括型材间缝隙的宽度、高度及型材的高度差。

Intelligent Inspection Device and Method for Assembling Quality of White Body of High-speed Rail

【技术实现步骤摘要】
智能化高铁白车身装配质量检测装置及其方法
本专利技术涉及大型工件的位姿测量装置及方法，具体来说是高铁白车身装配质量检测装置及方法。
技术介绍
高铁是中国制造的一张黄金名片，代表整个国家的制造水平和科技实力，是一种国际影响力和国际地位的综合体现。白车身是高铁整车上最重要的大型复杂结构件，是高铁列车之“骨”，由百余种、甚至数百种薄板冲压件经过焊接、铆接等而成，为先进轨道交通装备“重点产品”技术路线中的重要一环，其制造性能、可靠性直接影响着高铁列车的发展。随着列车车辆日益增加的需求，实行高铁白车身的智能化制造，对于提高制造速度与精度、减轻劳动强度有着重要意义。焊接工艺在高铁智能化制造中占有95％的加工量，然而人工比重大、作业环境恶劣、效率低是当前高铁白车身制造面临的瓶颈，提升高铁白车身焊接拼装技术的智能化与自动化可以显著提高制造效率。目前，中国中车集团各个子公司在列车白车身加工制造过程中，均为通过人工作业的方式对装配质量进行测量，测量精度和效率较低，测量实时性差，同时由于人工作业的劳动强度大，造成人体疲劳后引起漏测或者误测。针对高铁白车身的侧墙、枕梁等核心构件，需开发智能化高铁白车身装配质量检测装置，实现对高铁白车身装配质量的检测。装配件之间的宽度、深度及装配件的高差度是装配质量的重要指标，实现对其智能化的在线检测对企业的生产效率具有非凡的意义。对于不同车型的侧墙、枕梁等核心构件，其装配位置和装配特征均不相同，而构件的拼装缝隙相对比较小，因此需要通过多轴机械臂来精确控制测量区域。现有“基于立体视觉和结构光视觉的大型工件位姿测量系统、方法”，该系统立体视觉传感器采集全局图像，计算机对大型工件上定位标志的位置进行检测和粗定位，得到世界坐标系位置，进而由机械臂携带末端的激光结构光视觉传感器运动到目标位置，对定位标志进行局部精确测量，得到准确的三维坐标，最终计算得到大型工件位姿信息，完成对大型工件位姿的精确测量，测量系统如图1所示。但是，该系统存在以下不足之处，1、该系统通过立体视觉传感器采集全局图像，机械臂携带末端的激光结构光视觉传感器对定位标志进行局部精确测量，得到准确的三维坐标,利用坐标信息实现大型工件的位姿测量，系统成本高，测量需要将被测物件进行安装固定，未实现对感兴趣区域的精确尺寸测量。2、该系统通过已规划好运动轨迹的机械臂将所述激光结构光视觉传感装置运动至待采集区域，在特定的区域进行测量作业，无法适应多形状、多角度测量。中国专利文献公开了“航空发动机高精度装配质量检测机器人系统”(CN201710777173.8)：由机械臂上的双目相机采集发动机的双目图像，由计算机根据双目图像建立三维模型，进而判断检测结果，具体地，将检测得到的实际特征点数据与标准特征点数据比较，以判断装配质量。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的问题而提供一种智能化高铁白车身装配质量检测装置，旨在实现对高铁白车身在三维空间中任意位置的测量以及对局部感兴趣区域实施高精度尺寸的测量。本专利技术的目的是这样实现的：一种智能化高铁白车身装配质量检测装置，包括由计算机控制的机械臂，所述机械臂为七轴机械臂，该七轴机械臂上安装有与所述计算机连接的显示屏，该七轴机械臂末端安装有二维激光传感器，二维激光传感器与所述计算机连接，上述七轴机械臂安装在可移动小车上。本专利技术的另一目的是提供一种智能化高铁白车身装配质量检测方法。本专利技术的另一目的是这样实现的：一种高铁白车身装配质量检测方法，按以下步骤进行：A1：开始测量前需要按照大型工件的夹具、位置设定七轴机械臂的起始位置、终止位置和路径规划约束，路径规划约束是指七轴机械臂在运动过程中可能会碰到的障碍物，以便七轴机械臂在进行路径规划时选择最优的路径到达终止位置即目标位置；A2：当七轴机械臂到达需要测量的工件起始位置时，二维激光传感器检测到缝隙后开始测量，七轴机械臂按照规划好的路径开始运动，由二维激光传感器获得的装配质量及缝隙位置信息同步显示在显示屏上，直至七轴机械臂到达终止位置时，结束测量。本专利技术的有益效果是：1.全新提出了在高铁白车身流水线上采用机械臂和二维激光传感器测量高铁白车身的装配质量装置，利用机械臂的灵活和二维激光传感器的稳定，实现对感兴趣区域的高精度的尺寸测量。2.本专利技术采用多轴机器人搭载激光传感器实现白车身大型工件的装配质量检测，可通过控制机械臂的运动和姿态，实现不同形状、不同角度的装配质量检测，包括型材间缝隙的宽度、高度及型材的高度差。3.二维激光传感器和七轴机械臂组合通过编程和路径规划可以实现对高铁白车身这种大型工件在三维空间中任意位置和任意姿态进行测量，实时测量，提高了检测质量和效率。4.二维激光传感器采用了基于结构光的三维测量原理，具有很高的精度，同时也具有很强的抗干扰能力。本专利技术智能化监测列车白车身装配质量，针对侧墙、枕梁等核心构件连接的准确性，可以加快高铁白车身的制造与精确程度，完善高铁白车身生产线，对于高铁的发展有着重要意义。附图说明图1是现有基于立体视觉和结构光视觉的大型工件位姿测量系统示意图。图2是本专利技术智能化高铁白车身装配质量检测装置的主视图。图3是图2的立体图。图3a是图3中A部放大图。图4是本专利技术系统检测流程图。图5是传感器测试数据与游标卡尺读数。图6是多次测量的误差分布图。具体实施方式图1中，1为立体视觉传感器，2为计算机，3为机械臂系统，4为结构光视觉传感装置，5为双目摄像机，6为机械臂控制器，7为工业机械臂，8为激光发射器，9为CCD摄像机，10为定位标志。图2、图3示出，一种智能化高铁白车身装配质量检测装置，包括由计算机控制的机械臂，所述机械臂为七轴机械臂1，该七轴机械臂1上安装有与所述计算机连接的显示屏2，该七轴机械臂1末端安装有二维激光传感器3，二维激光传感器3与所述计算机连接，上述七轴机械臂1安装在可移动小车上(图2、图3示出，待测装配特征6，白车身型材5，工装架4)。显示屏显示机械臂状态以及检测结果信息等。本专利技术智能化高铁白车身装配质量检测装置如图2、图3所示，该装置有两部分构成，分别为工业机械臂和二维激光传感器。工业机械臂为七轴机械臂，是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活。七轴机械臂有更多的“行动自由度”，机械臂的第一个关节J1能在水平面自由旋转，第两个关节J2能在垂直平面移动。机械手有一个“手臂”J4，两个“腕”关节J3和J5，J6、J7均为七轴机械臂的相应关节。这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力。七轴机器人更多的关节意味着可以实现任意姿态的测量，可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。机械臂末端连接二维激光传感器，该传感器的测量原理是激光束被一组特定透镜放大用以形成一条静态线激光，投射到被测物表面上，将线激光的漫反射光投射到高度敏感的传感器感光矩阵上，高度敏感的感光元件CMOS矩阵可以接收从被测物体反射回来的光线，形成高精度轮廓影像。最终根据接受到的线激光点数输出一组二维坐标值，坐标系的原点与传感器本身相对固定。智能化高铁白车身装配质量检测装置运行流程如图4所示，开始检测前需要按照大型工件的夹具、位置设定机械臂的起始位置、终止位置和路径规划约束，路径规划约束主要是指机械臂在运动过程中可能会碰到的障碍物，以便机械臂在进行路径规划时选择最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化高铁白车身装配质量检测装置，包括，由计算机控制的机械臂，其特征在于，所述机械臂为七轴机械臂（1），该七轴机械臂（1）上安装有与所述计算机连接的显示屏（2），该七轴机械臂（1）末端安装有二维激光传感器（3），二维激光传感器（3）与所述计算机连接，上述七轴机械臂（1）安装在可移动小车上。

【技术特征摘要】
1.一种智能化高铁白车身装配质量检测装置，包括，由计算机控制的机械臂，其特征在于，所述机械臂为七轴机械臂（1），该七轴机械臂（1）上安装有与所述计算机连接的显示屏（2），该七轴机械臂（1）末端安装有二维激光传感器（3），二维激光传感器（3）与所述计算机连接，上述七轴机械臂（1）安装在可移动小车上。2.一种采用如权利要求1所述装置的高铁白车身装配质量检测方法，其特征在于，按以下步骤进行：A1：开始测量前需要按照大型...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯天龙，孙永奎，马磊，陈建强，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51