一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量及装配系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量及装配系统，包括：位移和旋转角测量装置：位移测量装置包括：多个具有标识作用、获取标识物图像的第一视觉采集设备；标识物数量为多个，并固定在装配工装周边，第一视觉采集设备视野交叉地获取与之配合的标识物的图像；所述旋转角测量装置包括：固定在装配工装侧的漫反射板和多个激光发射装置，与之相对设置的镜面反射装置，以及固定在观察侧的具有标识作用的第二视觉采集设备；所述第二视觉采集设备获取由所述激光发射装置发射的激光，经由所述镜面反射装置反射到所述漫反射板上所形成的光斑图像。具有测量距离越远，旋转角测量精度越高的特点，适合于对旋转角度测量精度的要求高的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量及装配系统
本申请涉及装配机器人与装配工装的视觉相对位姿测量
，更具体的说，是涉及一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量及装配系统。
技术介绍
自动化航空装配现场，需要使用大量大尺寸工装来支撑和定位被加工工件。由于涉及多道加工工序。工装需要在多个不同功能的自动化加工工位间频繁移动。每次移动后都需要将工装精确定位到指定位置，或者精确测量工装位姿参数，以便自动化制造设备能够调整加工参数，适应工装位姿参数的变化。因此对工装的旋转角度测量精度有着非常高的要求。微小的旋转角测量误差，也会导致工装较远点出现较大的位移误差。自动化航空装配需要高精度的六自由度工装位姿参数测量系统。而目前的视觉位姿测量装置存在如下的问题：1，目前视觉位姿测量受原理限制，都是采用旋转角度测量精度的正切值，趋近于位移测量精度与测量视野范围之商。而航空装配场景，往往需要位姿测量设备与工装之间保持相对较远距离。实际中的工装尺寸相对较大，一般正面宽度都在2m以上，较大者往往可以达到4m～5m的宽度。在此前提下，当前使用的位移测量系统很难兼顾实现较高的位移测量精度和较大的测量视野范围。因此，也就很难获得相对于位移测量精度而言，足够高的旋转角测量精度。2，一般情况下，为了获得完整的六自由度位姿参数(三个相互正交的位移自由度和三个相互正交的旋转自由度)，需要在三个正交方向观测。这就导致了测量设备的布局经常会“包围”被测量设备的停放位置。这就不利于实现现代工业生产所需的“柔性生产线”建设，不利于多种装配机器人协同操作或更替的场景，不利于为被测量物提供自由移动的广阔空间。3，从检测的原理来看，在远距离观测条件下，当然能够具有相对更大的可测量范围。由于装配的需要，视觉位姿测量必须兼顾位移测量和旋转角测量两个功能，因此为同时保证旋转角测量精度和位移测量精度，必须使得观测对象的几何尺寸在图像中占有相当的比重。这就会导致可用的位移动态范围被压缩，因此，不利于获得较大的可测量范围。由于以上问题的存在，使得目前的装配工装的位姿测量装置，以及使用该位姿测量装置的装配系统，难以满足自动化航空，特别是大尺寸航空配件装配的需要，亟需一种能够适合大尺寸航空配件的装配工装位姿测量系统和并与之对应的装配系统。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本申请的一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量及装配系统。具体方案如下：一种飞机装配中机器人与工装的视觉相对位姿测量系统，包括：位移测量装置和旋转角测量装置：所述位移测量装置包括：多个具有标识作用、获取标识物图像的第一视觉采集设备；所述标识物数量为多个，并固定在装配工装周边，所述第一视觉采集设备视野交叉地获取与之配合的标识物的图像；所述旋转角测量装置包括：固定在装配工装侧的漫反射板和多个激光发射装置，与之相对设置的镜面反射装置，以及固定在观察侧的具有标识作用的第二视觉采集设备；所述第二视觉采集设备获取由所述激光发射装置发射的激光，经由所述镜面反射装置反射到所述漫反射板上所形成的光斑图像。进一步地，所述位移测量装置包括2个第一视觉采集设备；第一视觉采集设备镜头的光轴保持相互垂直，并各自与装配工装前平面成45度角，并相交于一点；所述标识物为2个，分别安装在装配工装的两侧。进一步地，在初始状态下，装配工装位于基准位置时，每个所述第一视觉采集设备的镜头光轴经过各自标识物的几何中心点。进一步地，所述激光发射装置与漫反射板固定连接，并且所述各激光发射装置发射的激光所在的直线彼此相交或异面。进一步地，所述激光发射装置不同，在漫射板上形成不同的光斑，能够被所述旋转角测量装置的视觉采集设备区分识别。进一步地，所述激光发射装置包括2个发射不同颜色激光的点状激光器，所述点状激光器发射器发射的激光束经由镜面反射装置反射后，在所述漫反射板上形成不同颜色的光斑。进一步地，所述镜面反射装置固定在观察侧，其反射面与所述漫反射板的反射面垂直于同一平面，并与所述第二视觉采集设备刚性固定连接，其反射面法线与第二视觉采集设备的镜头光轴夹角小于5度。进一步地，所述第一视觉采集设备和第二视觉采集设备的镜头光轴位于同一平面内，所述第一视觉采集设备和/或第二视觉采集设备为面阵相机。进一步地，所述位姿测量系统还包括工控机，所述工控机与位移测量装置和/或旋转角测量装置通信连接，并对位移测量装置和/或旋转角测量装置所获取的图像内容进行计算处理。一种装配系统，所述装配系统包括上述任意一项所述的位姿测量系统，还包括装配机器人，所述装配机器人位于观察侧，并与所述位移测量装置和旋转角测量装置通信连接。借由上述技术方案，本申请公开了一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量及装配系统。本技术通过具有标识作用的视觉采集装置来进行装配工装的位姿测量，包括位移测量装置和旋转角测量装置。在位移测量时，本系统通过具有交叉视野的视觉采集设备，配合与其相对应的标识物，来同时观测装配工装在不同方向上的位移值。在这种方式下，由于测量的角度变大，使得在相同的观察侧和装配工装距离的条件下，可观测的配件的尺寸更大。同时，在进行旋转角测量时，利用镜面反射装置和漫反射装置的组合，使得视觉采集装置能够安装在观察侧，就可以直观地获取由工装旋转所带来的光斑位移变化，使得位姿测量的视觉采集设备和装配工装能够分开设置，在两者之间不再需要任何的物理连接装置。这样的分开设置后，非常有利于装配生产线的布置，有利于装配机器人的操作和更换，从而方便工厂的“柔性生产线”改造。并且通过调整漫反射板和镜面反射装置的位置关系和尺寸，还能够灵活调节旋转角的测量范围，并有获得较大的可测量范围。由工作原理可知，该系统的观察侧距离装配工装距离越远，在相同旋转角度时的光斑位移越大，这样更有利于视觉采集设备捕捉和标识位移的变量，使得测量准确度更高，因此具有测量距离越远，旋转角测量精度越高的特点，非常适合于对旋转角度测量精度要求较高的装配场合。因此本方案的位姿测量系统及装配系统，非常有利于如航空配件这种大尺寸配件的加工/测量的自动化生产的场合使用。上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本申请实施例提供的一种飞机装配中机器人与工装的视觉相对位姿测量系统的系统总体布局图；图2为本申请实施例提供的一种飞机装配中机器人与工装的视觉相对位姿测量系统的旋转角测量装置俯视示意图；图3为本申请实施例提供的一种飞机装配中机器人与工装的视觉相对位姿测量系统的旋转角测量装置侧视示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量系统，其特征在于，包括：位移测量装置和旋转角测量装置：/n所述位移测量装置包括：多个具有标识作用、获取标识物图像的第一视觉采集设备；所述标识物数量为多个，并固定在装配工装周边，所述第一视觉采集设备视野交叉地获取与之配合的标识物的图像；/n所述旋转角测量装置包括：固定在装配工装侧的漫反射板和多个激光发射装置，与之相对设置的镜面反射装置，以及固定在观察侧的具有标识作用的第二视觉采集设备；所述第二视觉采集设备获取由所述激光发射装置发射的激光，经由所述镜面反射装置反射到所述漫反射板上所形成的光斑图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种飞机装配中机器人与工装的相对位姿测量系统，其特征在于，包括：位移测量装置和旋转角测量装置：
所述位移测量装置包括：多个具有标识作用、获取标识物图像的第一视觉采集设备；所述标识物数量为多个，并固定在装配工装周边，所述第一视觉采集设备视野交叉地获取与之配合的标识物的图像；
所述旋转角测量装置包括：固定在装配工装侧的漫反射板和多个激光发射装置，与之相对设置的镜面反射装置，以及固定在观察侧的具有标识作用的第二视觉采集设备；所述第二视觉采集设备获取由所述激光发射装置发射的激光，经由所述镜面反射装置反射到所述漫反射板上所形成的光斑图像。


2.根据权利要求1所述的相对位姿测量系统，其特征在于，所述位移测量装置包括2个第一视觉采集设备；第一视觉采集设备镜头的光轴保持相互垂直，并各自与装配工装前平面成45度角，并相交于一点；所述标识物为2个，分别安装在装配工装的两侧。


3.根据权利要求2所述的相对位姿测量系统，其特征在于，在初始状态下，装配工装位于基准位置时，每个所述第一视觉采集设备的镜头光轴经过各自标识物的几何中心点。


4.根据权利要求1所述的相对位姿测量系统，其特征在于，所述激光发射装置与漫反射板固定连接，并且各所述激光发射装置发射的激光所在的直线彼此相交或异面。


5.根据权利要求4所述的相对位姿测量系...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱炫霖，张洁茹，叶玉玲，范家怿，王刚，张百乐，邓辰，
申请(专利权)人：北京神工科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11