一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法技术

本发明专利技术涉及飞机装配技术领域，特别涉及一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法。首先将锁球装置安装在数控定位器上，其次将定位球安装在飞机部件上，接着使用锁球装置底部的工业相机拍摄定位球，然后通过视觉算法，计算出定位球相对于锁球装置球窝的偏差Δx，Δy，Δz，驱动锁球装置在x轴与y轴方向分别移动Δx与Δy的长度，在垂直z方向对准定位球，再在z轴方向运行Δz的长度，使锁球装置接住定位球并进行锁定，完成飞机部件与数控定位器的连接。本发明专利技术取代了定位器抱球是靠人的视觉判断，减少了部件锁紧后的内应力，防止飞机部件的损坏，节省了人力资源，方便操作与使用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法
本专利技术涉及飞机装配
，特别涉及一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法。
技术介绍
飞机数字化对接中每一个大部件一般采用3个以上定位器支撑，支撑方式采用定位球和锁球装置球窝的关节连接。每个数控定位器具有互相垂直的x，y，z三轴移动功能，每个数控定位器的有序运动，可以使大部件在空间完成六自由度的姿态调整，两个大部件的调姿和靠近运动，就实现了飞机大部件的数字化对接。以往的定位器抱球是靠人的视觉判断，抱紧后再进行内应力的释放，即用时很长，又容易拉坏飞机大部件。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种在数控定位器锁球装置球窝的底部安装了一个工业相机，对相机进行标定后向上对定位球进行拍照，通过计算机中的视觉算法，可以直接计算出定位球在x，y，z方向上的偏移量Δx，Δy，Δz，数控定位器内的控制系统将偏差Δx，Δy，Δz转化为x、y、z三个方向的运动长度，驱动所述控制数控定位器在x轴与y轴方向，分别行进Δx与Δy的长度，使得锁球装置球窝在垂直z方向对准定位球，再控制锁球装置在z轴方向行进Δz的长度，使数控定位器锁球装置接住定位球并进行锁定，约束了三个平移自由度，释放了三个旋转自由度的用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法。锁球装置安装在数控定位器的上方，球窝运行Δx，Δy，Δz的长度由数控定位器内的运动控制系统驱动数控定位器完成。实现本专利技术目的的技术方案是：一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法，首先将锁球装置安装在数控定位器上，其次将定位球安装在飞机部件上，接着使用锁球装置底部的工业相机拍摄定位球，然后通过计算机中的视觉算法，计算出定位球相对于锁球装置球窝的偏差Δx，Δy，Δz，数控定位器内的控制系统将偏差Δx，Δy，Δz转化为x、y、z三个方向的运动长度，驱动控制数控定位器在x轴与y轴方向，分别行进Δx与Δy的长度，使得锁球装置在垂直z方向对准定位球，再在z轴方向运行Δz的长度，使锁球装置接住定位球并进行锁定，完成飞机部件与数控定位器的连接。所述视觉算法具体如下：S1.工业相机拍摄定位球形成的图像为一个椭圆，根据小孔成像原理，（1）其中X、Y、Z是定位球以工业相机光心为原点的坐标系下定位球球心的坐标，f为工业相机焦距，bx，by为成像平面中投影椭圆中心的坐标，a为照片中椭圆的长轴，D为定位球的直径，f是工业相机的固有参数可以通过标准标定方法求得。S2.计算定位球球心坐标为：（2）S3.对图像进行处理，获得a和bx，by。S4.实际上工业相机拍摄的照片会有变形，并不完全符合小孔成像原理，考虑到变形影响可得到如下方程：（3）式中Ax，Bx，Cx，Ay，By，Cy，Az，Bz，Cz，是未知数，需要经过标定求得，标定过程为：使定位球在工业相机坐标系中的坐标分别取（X1，0，0），（X2，0，0），（X3，0，0），（0，Y1，0），（0，Y2，0），（0，Y3，0），（0，0，Z1），（0，0，Z2），（0，0，Z3），并使用S3的方法求得每个坐标下拍摄的照片的bx，by和a的值，代入方程（3）得到（4）对方程（4）求解便可得到Ax，Bx，Cx，Ay，By，Cy，Az，Bz，Cz的值。S5.将S4中求得的Ax，Bx，Cx，Ay，By，Cy，Az，Bz，Cz的值代入方程（3），便可求得定位球（2）球心相对于工业相机（5）的实际坐标（x，y，z）。S6.锁球装置（3）球窝的球心相对于工业相机（5）的坐标为（x0，y0，z0），该坐标为锁球装置（3）设计制造时确定的已知量，则Δx=x-x0，Δy=y-y0，Δz=z-z0。进一步的，所述S3中图像处理过程如下：1）拍摄定位球球的照片；2）对图像进行二值化，使用Canny算法对图片边缘进行提取；3）求提取的椭圆形边缘的长轴a和中心点坐标（bx，by）。将所述视觉算法编程至图像处理与定位控制软件后自动计算运动量，并驱动所述数控定位器完成调姿对准，上升锁定所述定位球。采用上述技术方案后，本专利技术具有以下积极的效果：本专利技术取代了定位器抱球是靠人的视觉判断，减少了部件锁紧后的内应力，防止飞机部件的损坏，节省了人力资源，方便操作与使用。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为本专利技术总体示意图；图2为本专利技术锁球装置局部剖视图；图3为本专利技术小孔成像原理示意图。具体实施方式见图1与图2，本专利技术涉及飞机部件1、定位球2、锁球装置3、数控定位器4、工业相机5及计算机6；首先将锁球装置3安装在数控定位器4上，其次将定位球2安装在飞机部件1上，接着使用锁球装置3底部的工业相机5拍摄定位球2，然后无线传输至计算机6，通过计算机6中的视觉算法，计算出定位球2相对于锁球装置3球窝的偏差Δx，Δy，Δz，数控定位器4内的控制系统将偏差Δx，Δy，Δz转化为x、y、z三个方向的运动长度，驱动控制数控定位器4在x轴与y轴方向，分别行进Δx与Δy的长度，使得锁球装置3在垂直z方向对准定位球2，再在z轴方向运行Δz的长度，使锁球装置3接住定位球2并进行锁定，完成飞机部件1与数控定位器4的连接。参考图3，视觉算法具体如下：S1.工业相机5拍摄定位球2形成的图像为一个椭圆，根据小孔成像原理，（1）其中X、Y、Z是定位球2以工业相机5光心为原点的坐标系下定位球2球心的坐标，f为工业相机5焦距，bx，by为成像平面中投影椭圆中心的坐标，a为照片中椭圆的长轴，D为定位球2的直径，f是工业相机5的固有参数可以通过标准标定方法求得。S2.计算定位球2球心坐标为：（2）S3.对图像进行处理，获得a和bx，by；1）拍摄定位球的照片；2）对图像进行二值化，使用Canny算法对图片边缘进行提取；3）求提取的椭圆形边缘的长轴a和中心点坐标（bx，by）。S4.实际上工业相机5拍摄的照片会有变形，并不完全符合小孔成像原理，考虑到变形影响可得到如下方程：（3）式中Ax，Bx，Cx，Ay，By，Cy，Az，Bz，Cz，是未知数，需要经过标定求得，标定过程为：使定位球2在工业相机5坐标系中的坐标分别取（X1，0，0），（X2，0，0），（X3，0，0），（0，Y1，0），（0，Y2，0），（0，Y3，0），（0，0，Z1），（0，0，Z2），（0，0，Z3），并使用S3的方法求得每个坐标下拍摄的照片的bx，by和a的值，代入方程（3）得到...

【技术保护点】
1.一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法，其特征在于：首先将锁球装置（3）安装在数控定位器（4）上，其次将定位球（2）安装在飞机部件（1）上，接着使用锁球装置（3）底部的工业相机（5）拍摄定位球（2），然后通过计算机（6）中的视觉算法，计算出定位球（2）相对于锁球装置（3）球窝球心的偏差Δx，Δy，Δz，所述数控定位器（4）内的控制系统将偏差Δx，Δy，Δz转化为x、y、z三个方向的运动长度，驱动所述控制数控定位器（4）在x轴与y轴方向，分别行进Δx与Δy的长度，使得所述锁球装置（3）在垂直z方向对准定位球（2），再控制所述锁球装置（3）在z轴方向行进Δz的长度，使锁球装置（3）接住定位球（2）并进行锁定，完成飞机部件（1）与数控定位器（4）的连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法，其特征在于：首先将锁球装置（3）安装在数控定位器（4）上，其次将定位球（2）安装在飞机部件（1）上，接着使用锁球装置（3）底部的工业相机（5）拍摄定位球（2），然后通过计算机（6）中的视觉算法，计算出定位球（2）相对于锁球装置（3）球窝球心的偏差Δx，Δy，Δz，所述数控定位器（4）内的控制系统将偏差Δx，Δy，Δz转化为x、y、z三个方向的运动长度，驱动所述控制数控定位器（4）在x轴与y轴方向，分别行进Δx与Δy的长度，使得所述锁球装置（3）在垂直z方向对准定位球（2），再控制所述锁球装置（3）在z轴方向行进Δz的长度，使锁球装置（3）接住定位球（2）并进行锁定，完成飞机部件（1）与数控定位器（4）的连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于飞机数字化对接的部件锁紧视觉定位方法，其特征在于：所述视觉算法如下：
S1.工业相机（5）拍摄定位球（2）形成的图像为一个椭圆，根据小孔成像原理，

（1）
其中X、Y、Z是定位球（2）以工业相机（5）光心为原点的坐标系下定位球（2）球心的坐标，f为工业相机（5）焦距，bx，by为成像平面中投影椭圆中心的坐标，a为照片中椭圆的长轴，D为定位球（2）的直径，f是工业相机（5）的固有参数可以通过标准标定方法求得；
S2.计算定位球（2）球心理想坐标为：




（2）



S3.对图像进行处理，获得a和bx，by；
S4.实际上工业相机（5）拍摄的照片会有变形，并不完全符合小孔成像原理，考虑到变形影响可得到如下方程：




（3）



式中Ax，Bx，Cx，Ay，By，C...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪杰，崔伟，秦立，赵林，邵云丽，
申请(专利权)人：上海上飞飞机装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31