一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备与方法技术

本发明专利技术公开了一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备与方法，该装备包括AGV运动平台、机械臂、三轴末端控制装置和测量末端；三轴末端控制装置包括旋转主轴、水平辅助轴、垂直辅助轴、驱动装置，通过驱动装置控制各轴运动实现对测量末端的调整；测量末端由视觉相机、点激光传感器和线激光传感器组成。AGV运动平台按照离线路径规划到达对缝所处区域；通过机械臂带动末端控制及测量装置；通过视觉相机与三维激光传感器结合，根据图像与三维信息反馈借助三轴末端控制装置对测量末端进行位置与角度的自适应调整，保证测量装置所发射激光线垂直于待测对缝且激光发射面与待测对缝所在平面平行，实现间隙与阶差自适应自动化柔性测量。测量。测量。

【技术实现步骤摘要】
一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备与方法


[0001]本专利技术属于高精度三维检测领域，具体涉及一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备与方法。

技术介绍

[0002]随着科技的高速发展，传统制造行业也迎来了变革，机械化、自动化、智能化的新型制造业也在逐步成为主流。在飞机、汽车、船舶等大型器件制造过程中，往往是有许多部分组合而成，而这些由不同部分之间就会存在对缝，而这些对缝的间隙和阶差对于整个设备也起到非常重要的作用。因此在设计之初，这些对缝的间隙和阶差都有严格的工艺要求。
[0003]目前，对缝间隙阶差的测量方式通常采用人工塞尺测量或者采用手持式设备进行测量。用人工塞尺测量会存在精度低、误差大、效率低，而且需要大量重复的测量，长时间的人工塞尺测量方式会导致出现职业病，出现腰部和膝盖磨损。采用人工手持设备测量的方式进行测量一定程度上提高了测量精度和测量效率，但是测量过程中还是会存在人工测量误差。主体部分由AGV+机械臂+三维云台+测量终端组成；其中测量终端由视觉相机、点激光、线激光组成，通过分析测量终端中线激光采集到的点云数据进行分析得到结果。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种可自适应调整、自动化程度高、易于控制且精度高的大型部件对缝间隙与阶差的自适应柔性测量装备与方法。
[0005]本专利技术的原理为：通过离线路径规划，引导AGV运动平台到达对缝所处区域；通过机械臂带动三轴测量末端与测量末端根据对缝路线进行自动化测量；根据测量末端的图像与三维信息反馈通过三维云台控制装置对测量末端进行位置与角度的自适应调整，保证测量装置所发射线激光垂直于待测对缝，同时保证测量末端激光发射面与待测对缝所在的局部表面保持平行。
[0006]本专利技术所采取的技术方案为：一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备，其特征在于，包括AGV运动平台、机械臂、三轴末端控制装置、测量末端、测量系统控制与显示终端、系统供电模块和系统控制模块；AGV运动平台由AGV小车和液压升降平台组成，液压升降平台通过紧固件固定在AGV小车上，机械臂固定在液压升降平台上端面；视觉相机、点激光传感器、线激光传感器通过工装外壳组成测量末端整体；测量末端与三轴末端控制装置的水平辅助轴和垂直辅助轴及旋转主轴连接；三轴末端控制装置通过法兰盘与机械臂进行连接；系统供电模块为自适应测量装备整体供电；系统控制模块分别与AGV运动平台、测量末端和三轴末端控制装置进行信号连接。
[0007]进一步的，测量末端由工装外壳通过螺纹钉将视觉相机、点激光传感器与线激光传感器进行固定，三者位置呈线性排列。
[0008]进一步的，三轴末端控制装置包括旋转主轴、水平辅助轴和垂直辅助轴；旋转主轴
通过电机连接齿轮，再通过齿轮间啮合进行驱动，垂直辅助轴通过电机连接齿轮进行驱动，水平辅助轴在电机带动齿轮啮合皮带的带动下转动。
[0009]进一步的，三轴末端控制装置的驱动组件包括驱动电机与减速器。
[0010]进一步的，系统供电模块采用统一工业蓄电池进行供电，系统配备转压模块，转换成符合三轴末端控制装置与测量末端所适配的电压实现供电。
[0011]一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量方法，包括如下步骤：步骤S1、通过离线路径规划，按照既定测量点位顺序，AGV小车带动整体测量平台到达待测点位。
[0012]步骤S2、驱动液压升降平台，将与机械臂相连的三轴末端控制装置及测量末端整体升高到测量高度。
[0013]步骤S3、通过机械臂运动粗调整测量末端位置，使三轴末端控制装置及测量末端整体到达待测对缝区域，且视觉相机位姿呈朝向对缝姿态。
[0014]步骤S4、测量末端采集图像分析对缝位置，获取当前待测对缝位置与整体图片的相对位置信息，根据模板对缝在图像所处位置，计算距离位置转换矩阵，并根据转换矩阵反馈机械臂进行运动，调整测量末端位置至符合测量要求的最终位置。
[0015]步骤S5、点激光传感器与线激光传感器采集数据进行分析处理，迭代计算求得线激光点云与点激光点到待测平面的距离，反馈给三轴末端控制装置进行垂直辅助轴调整，使测量末端的激光发射面，平行于待测平面。通过获取当前待测区域激光线与对缝的图像，根据图像处理分析结果，转化成矩阵信息反馈给三轴末端控制装置，三轴末端控制装置通过水平辅助轴调整测量末端位姿，使线激光垂直于待测对缝。
[0016]步骤S6、通过线激光实时采集对缝点云数据进行整体处理与分析，得到最终测量结果，并将结果显示在测量系统控制与显示终端上。
[0017]进一步地，步骤S4具体包括：步骤S401、视觉相机获取当前视角图像，对图像进行预处理；步骤S402、首先对预处理后的图像进行二值化、亚像素化处理，获得亚像素点，然后通过CoMP技术以亚像素精度提取每列激光线的中心位置，各列中峰值强度的位置可由得到，其中代表像素的行，代表列，H与L分别是上下边界，由和共同决定扫描间隔，，，代表蓝色通道下第i行第j列像素的灰度值，是一个设定的自适应参数，计算每一列的峰值然后通过参数确定亚像素的坐标位置，从而确定对缝位置对缝左右两边激光线的起始点与终点亚像素点坐标；步骤S403、根据S402计算亚像素化后对缝左右两边激光线的起始点与终点四个特征点，，，的亚像素点坐标，分别与模板上对应四点，，，的坐标关系；步骤S404、根据S403分别获取四点到模板所对应点亚像素点转化对应方程，通过容差处理获取整体对缝部位图像亚像素点到模板对缝亚像素点的转换关系矩阵；步骤S405、获取的转换关系矩阵，通过升维处理，转换成可被机械臂控制系统接收
的机械臂位姿调整数据；步骤S406、通过迭代步骤S401
‑
步骤S405，直到对缝在图像中的位置处于图像模板设定容差范围之内，视为完成机械臂对测量末端的粗调。
[0018]步骤S5具体包括：步骤S501、通过对点激光传感器与线激光传感器位姿进行标定，确定局部空间坐标系，在同一坐标系下确定相关点云坐标信息；步骤S502、获取线激光轮廓数据进行拟合直线上的点云，在S501基础上通过迭代计算每次选取拟合直线点云上两点计算到待测对缝面的距离H1、H2，点激光到待测对缝面的距离H3，直到H1、H2与H3差值均满足在预设阈值容差范围之内，视为测量末端激光发射面平行于待测表面；步骤S503、通过视觉相机获取当前待测平面图像，通过图像分析，获取当前激光线与对缝夹角，通过迭代计算反馈信息，直到激光线与待测对缝程垂直状态。
[0019]步骤S6具体包括：步骤S601、获取待测对缝区域轮廓点云数据，构建点云格式vector数组，通过数据流形式传入数组构成点云文件；步骤S602、对轮廓点云数据进行预处理，通过基于半径的离群点滤波方法，通过遍历查询范围内所有点的半径范围内的内点，对点云进行滤波去噪处理，滤除离群点；步骤S603、将S602处理后点云设为，设定阈值Y，遍历中相邻点欧氏距离，将所有超出阈值点放入，按照Z轴坐标对中的点进行排序，计算他们与相邻点的距离将距离最大的两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备，其特征在于，包括AGV运动平台(5)、机械臂(1)、三轴末端控制装置(8)、测量末端(2)、测量系统控制与显示终端(6)、系统供电模块(7)和系统控制模块；AGV运动平台(5)由AGV小车(51)和液压升降平台(4)组成，液压升降平台(4)通过紧固件固定在AGV小车(51)上，机械臂(1)固定在液压升降平台上端面；视觉相机(24)、点激光传感器(22)、线激光传感器(23)通过工装外壳(21)组成测量末端(2)整体；测量末端(2)与三轴末端控制装置(8)的水平辅助轴(25)和垂直辅助轴(26)及旋转主轴(27)连接；三轴末端控制装置(8)通过法兰盘(3)与机械臂(1)进行连接；系统供电模块(7)为自适应测量装备整体供电；系统控制模块分别与AGV运动平台(5)、测量末端(2)和三轴末端控制装置(8)进行信号连接。2.根据权利要求1所述一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备，其特征在于，测量末端(2)由工装外壳(21)通过螺纹钉将视觉相机(24)、点激光传感器(22)与线激光传感器(23)进行固定，三者位置呈线性排列。3.根据权利要求1所述一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备，其特征在于，三轴末端控制装置(8)包括旋转主轴(27)、水平辅助轴(25)和垂直辅助轴(26)；旋转主轴(27)通过电机连接齿轮，再通过齿轮间啮合进行驱动，垂直辅助轴(26)通过电机连接齿轮进行驱动，水平辅助轴(25)在电机带动齿轮啮合皮带的带动下转动。4.根据权利要求1所述一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备，其特征在于，三轴末端控制装置(8)的驱动组件包括驱动电机与减速器。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备，其特征在于，系统供电模块(7)采用统一工业蓄电池进行供电，系统配备转压模块(71)，转换成符合三轴末端控制装置(8)与测量末端(2)所适配的电压实现供电。6.一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量方法，其特征在于，采用权利要求1中所述测量装备，包括如下步骤：步骤S1、通过离线路径规划，按照既定测量点位顺序，AGV小车(51)带动整体测量平台到达待测点位；步骤S2、驱动液压升降平台(4)，将与机械臂(1)相连的三轴末端控制装置(8)及测量末端(2)整体升高到测量高度；步骤S3、通过机械臂(1)运动粗调整测量末端(2)位置，使三轴末端控制装置(8)及测量末端(2)整体到达待测对缝区域，且视觉相机(24)位姿呈朝向对缝姿态；步骤S4、测量末端(2)采集图像分析对缝位置，获取当前待测对缝位置与整体图片的相对位置信息，根据模板对缝在图像所处位置，计算距离位置转换矩阵，并根据距离位置转换矩阵反馈机械臂(1)进行运动，调整测量末端(2)位置至符合测量要求的最终位置；步骤S5、点激光传感器(22)与线激光传感器(23)采集数据进行分析处理，迭代计算求得线激光点云与点激光点到待测平面的距离，反馈给三轴末端控制装置(8)进行垂直辅助轴调整，使测量末端(2)的激光发射面，平行于待测平面；通过获取当前待测区域激光线与对缝的图像，根据图像处理分析结果，转化成矩阵信息反馈给三轴末端控制装置(8)，三轴末端控制装置(8)通过水平辅助轴(25)调整测量末端(2)位姿，使线激光垂直于待测对缝；步骤S6、通过线激光实时采集对缝点云数据进行整体处理与分析，得到最终测量结果，并将结果显示在测量系统控制与显示终端(6)上。
7.根据权利要求6所述一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量方法，其特征在于，步骤S4具体包括：步骤S401、视觉相机(24)获取当前视角图像，对图像进行预处理；步骤S402、首先对预处理后的图像进行二值化、亚像素化处理，获得亚像素点，然后通过CoMP技术以亚像素精度提取每列激光线的中心位置，各列中峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊，单忠德，吴翔，张沅，易程，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：