一种管路控制点误差计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开的一种管路控制点误差计算方法，包括如下步骤：S1、读取管路的端点及节点在测量坐标系M下的坐标，初始化卡箍点在测量坐标系M下的坐标Ps_M；S2、基于管路所有控制点在设计坐标系C及测量坐标系M下的坐标，计算出测量坐标系M相对于设计坐标系C的位姿变换系矩阵T_M_C及配准误差；S3、在测量坐标系M中查找与设计坐标系C中卡箍点Qs_C最为匹配的卡箍点Ps_M，更新卡箍点在测量坐标系M下的坐标Ps_M；S4、检测当前配准误差与上次匹配误差的差值是否大于误差变化阈值，若检测结果为是，则执行步骤S2，若检测结果为否，则计算所有控制点的测量误差。现有的管路测量设备即可实现管路所有控制点的计算和误差评估。有控制点的计算和误差评估。有控制点的计算和误差评估。

【技术实现步骤摘要】
一种管路控制点误差计算方法及系统


[0001]本专利技术属于管路测量
，更具体地，本专利技术涉及一种管路控制点误差计算方法及系统。

技术介绍

[0002]管路是汽车、船舶和航空航天等行业中机电产品的重要组成部分，管路系统以气体、液体等流体作为工作介质，实现产品的运行、控制和操纵等功能。管路的合理布局设计、精确制作与可靠施工直接关系到机电产品的质量、可靠性和工作寿命。管路的生产加工主要以弯管机人工或数控加工为主，由于管材绕弯成型是一个集材料非线性、几何非线性和边界条件非线性于一体的复杂过程，该过程的影响因素非常复杂，导致管路成型质量难以控制，极易产生诸如管材弯曲成型后回弹的质量缺陷，使成型管路与设计要求之间存在较大形状误差。
[0003]管路的装配精度对设备的整体使用性能有着极其重要的影响，影响管路装配精度的主要因素是管路的形状误差。在管路的设计图纸上，管路的形状误差控制主要通过管路控制点的公差进行控制。管路的控制点一般包含三类：其一是管路端点，如管路起点和终点，管路在这类控制点处通常安装有螺母、密封件等，用于管路与外部设备直接连接，端点的公差最小，如汽车制动管端点公差典型值为1.0mm，管路端点位置误差过大则易出现传输介质泄露、压力下降等严重问题；其二是卡箍点，管路的卡箍点主要与外部设备配合，使管路固定到外部设备上防止管路使用过程中发生摆动，对汽车制动管，卡箍点的公差典型值为1.5mm；其三是管路节点，也即管路相邻两段圆柱段轴线之间的虚拟交点，这类控制点的公差设置较大，对于汽车制动管，公差典型值为2.0mm。如图1所示的某管路设计图纸，控制点1和控制点15为管路端点，控制点2～控制点14为管路节点，控制点Befp.1～Befp.4为管路卡箍点。管路在加工过程中，通过设置合适的弯管工艺参数，保证管路控制点的定位误差在设计公差范围内即可生产出合格的管路。
[0004]但是，管路在大批量生产过程中，由于弯管机性能、管材成分等变化，导致管路成型质量发生波动，因此在管路生产过程中必须对管路成型质量进行检测。目前，国内外对管路加工成型后的空间几何形态测量主要采用机器人测量机测量，通过将三维面结构光传感器集成到工业机器人末端组成柔性测量系统，具有测量精度高、测量范围广的显著优点，其通过非接触式测量管路各个圆柱段轴线，进而求出管路端点和节点，可实现管路端点和节点的定量测量。定量测量相较于定性测量，因为能够给出误差的具体数值，可以指导弯管机工艺参数调整，已逐渐成为管路生产企业的主流测量手段。目前的定量测量方法，主要测量管路的端点和中间节点，然后与管路设计图纸进行对齐，计算管路端点与节点的误差；对于存在卡箍点的管路圆柱段，由于卡箍点在管路上并无明显几何特征，因此，无法实现卡箍点的测量及其误差的计算。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种管路控制点误差计算方法，旨在改善上述问题。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种管路控制点误差计算方法，所述方法具体包括如下步骤：
[0007]S1、读取管路的端点及节点在测量坐标系M下的坐标，初始化卡箍点在测量坐标系M下的坐标Ps_M；
[0008]S2、基于管路所有控制点在设计坐标系C及测量坐标系M下的坐标，计算出测量坐标系M相对于设计坐标系C的位姿矩阵T_M_C及配准误差；
[0009]S3、在测量坐标系M中查找与设计坐标系C中卡箍点Q
s
_C最为匹配的卡箍点P
s
_M，更新卡箍点在测量坐标系M下的坐标P
s
_M；
[0010]S4、检测当前配准误差与上次配准误差的差值是否大于误差变化阈值，若检测结果为是，则执行步骤S2，若检测结果为否，则计算所有控制点的测量误差。
[0011]进一步的，卡箍点坐标Ps_M的初始化方法具体如下：
[0012]在设计坐标系C中获取卡箍点Q
s
两端的邻近节点Q
n
、Q
m
，计算节点Q
n
到卡箍点Q
s
的距离d1及卡箍点Q
s
到节点Q
m
的距离d2，获取距离d1与距离d2的比值a；
[0013]在测量坐标系M中获取卡箍点P
s
两端的邻近节点P
n
、P
m
，基于比值a确定卡箍点P
s
在节点P
n
、节点P
m
所在线段上的位置，即卡箍点P
s
在测量坐标系M下的坐标P
s
_M。
[0014]进一步的，位姿矩阵T_M_C的获取方法具体如下：
[0015]初始化管路所有控制点的权重W，将管路所有控制点在设计坐标系C及测量坐标系M下的坐标、控制点权重W输入点集权重刚体配准算法，获取设计坐标系M相对于测量坐标系C的位姿矩阵T_M_C；
[0016]控制点的权重与对应点的图纸公差成反比。
[0017]进一步的，卡箍点坐标Ps_M的更新方法具体如下：
[0018]将测量坐标系M中卡箍点两端的邻近节点P
n
_M、P
m
_M转换到设计坐标系C下，得到P
n
_C、P
m
_C，在P
n
_C、P
m
_C所在直线段上查找距设计坐标系C中卡箍点Q
s
_C最近的点P
s
_C，将点P
s
_C转换至测量坐标系M下得到P
s
_M，即为更新后的卡箍点坐标P
s
_M。
[0019]进一步的，控制点的测量误差计算方法具体如下：
[0020]将当前更新后的卡箍点坐标P
s
_M作为当前在测量坐标系下的卡箍点坐标，基于步骤S2获取测量坐标系M相对于设计坐标系C的位姿矩阵T_M_C，基于位姿矩阵T_M_C将测量坐标系中的所有控制点P_M转换到设计坐标系下，获得坐标P_C，P_C与Q_C间的坐标误差累加即为所有控制点的测量误差；
[0021]其中，Q_C表示管路中控制点Q在设计坐标系C中的坐标，P_M表示管路中控制点P在测量坐标系M中的坐标。
[0022]本专利技术是这样实现的，一种管路控制点误差计算系统，所述系统包括：
[0023]管路测量设备，用于测量管路端点及节点在测量坐标系下的坐标，并发送至处理单元；
[0024]存储单元，存储有管路设计图纸及管路控制点在设计坐标系中的坐标；
[0025]处理单元，基于上述管路控制点误差计算方法计算卡箍点在测量坐标系中的坐标，进而获取管路控制点的测量误差。
[0026]本专利技术基于现有的管路测量设备即可实现管路所有控制点的计算和误差评估，其次，本专利技术设置配准权重，可使管路高公差要求的控制点测量误差适当减小，使管路低公差要求的控制点的误差适当放大，减少合格管路误判的概率。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管路控制点误差计算方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S1、读取管路的端点及节点在测量坐标系M下的坐标，初始化卡箍点在测量坐标系M下的坐标Ps_M；S2、基于管路所有控制点在设计坐标系C及测量坐标系M下的坐标，计算出测量坐标系M相对于设计坐标系C的位姿矩阵T_M_C及配准误差；S3、在测量坐标系M中查找与设计坐标系C中卡箍点Q
s
_C最为匹配的卡箍点P
s
_M，更新卡箍点在测量坐标系M下的坐标P
s
_M；S4、检测当前配准误差与上次配准误差的差值是否大于误差变化阈值，若检测结果为是，则执行步骤S2，若检测结果为否，则计算所有控制点的测量误差。2.如权利要求1所述管路控制点误差计算方法，其特征在于，卡箍点坐标Ps_M的初始化方法具体如下：在设计坐标系C中获取卡箍点Q
s
两端的邻近节点Q
n
、Q
m
，计算节点Q
n
到卡箍点Q
s
的距离d1及卡箍点Q
s
到节点Q
m
的距离d2，获取距离d1与距离d2的比值a；在测量坐标系M中获取卡箍点P
s
两端的邻近节点P
n
、P
m
，基于比值a确定卡箍点P
s
在节点P
n
、节点P
m
所在线段上的位置，即卡箍点P
s
在测量坐标系M下的坐标P
s
_M。3.如权利要求1所述管路控制点误差计算方法，其特征在于，位姿矩阵T_M_C的获取方法具体如下：初始化管路所有控制点的权重W，将管路所有控制点在设计坐标系C及测量坐标系M...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄金雷，王飞阳，陈盟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：