一种工件端面自动对接系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种工件端面自动对接系统及方法。所述系统包括：待对接工件段A、B，U形架，安装在U形架上的3个线激光器、3个深度相机和彩色面阵相机；3个线激光器发射的激光束在对接端面A、B的边缘上形成3对激光点，3个深度相机用于分别获取3对激光点的3D图像；彩色面阵相机用于获取分别位于对接端面A、B的对接凹槽A、B的3D图像；还包括数据处理单元，用于获得3对激光点的位置坐标和2个对接凹槽上关键点的位置坐标，基于所述位置坐标计算工件段A、B的偏差；电控单元用于基于所述偏差控制工件段A或B进行转动和/或平移，使工件段A、B对正。本发明专利技术可使待对接工件段不发生接触，对正控制策略简单可行，对正精度高。对正精度高。对正精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种工件端面自动对接系统及方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，具体涉及一种工件端面自动对接系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，在大型设备的加工过程中，由于设备尺寸和重量的限制，经常需要对设备进行分段加工，最后再将加工好的各个分段对接到一起。传统的人工手动对接方法，不仅需要大量的人力物力，而且耗时长、对接精度低。随着自动控制技术的发展，各种用于自动对接的设备不断涌现。但现有自动对接设备存在对接精度低、难以实现无接触对接(可能导致工件发生碰撞)等问题。
[0003]为此，本专利技术提出一种不与工件发生接触，通过视觉和激光协同控制实现工件端面高精度自动对接的系统。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种工件端面自动对接系统及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种工件端面自动对接系统，包括：相互接近的圆柱形待对接工件段A、B，置于对接端面A、B处的U形架，分别安装在U形架两个竖直臂上的第一深度相机、第一线激光器和第三深度相机、第三线激光器，安装在U形架水平臂中间位置的第二深度相机、第二线激光器，安装在第一深度相机上或下的彩色面阵相机；3个线激光器发射的激光束在对接端面A、B的边缘上形成3对激光点A1、B1，A2、B2，A3、B3，3个深度相机用于分别获取3对激光点的3D图像；彩色面阵相机用于获取分别位于对接端面A、B的对接凹槽A、B的3D图像；还包括数据处理单元，用于通过对3个深度相机和彩色面阵相机输出的3D图像进行处理获得3对激光点的位置坐标和2个对接凹槽上关键点的位置坐标，基于所述位置坐标计算工件段A、B的偏差，并将所述偏差送至电控单元；电控单元用于基于所述偏差控制工件段A或B进行转动和/或平移，使工件段A、B对正。
[0007]进一步地，使工件段A、B对正的控制策略包括：
[0008]建立空间直角坐标系o
‑
xyz，原点o为对接端面A的圆心，x轴为工件段A的中心轴线，竖直向上方向为z轴，y轴由右手定则确定。
[0009]更进一步地，使工件段A、B对正的控制策略包括：
[0010]计算3对激光点的位置坐标：A1(x
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[0012]若l1>l3，控制工件段B绕z轴顺时针转动，使l1＝l3；
[0013]若l1<l3，控制工件段B绕z轴逆时针转动，使l1＝l3；
[0014]若l1＝l3，l1<l2，控制工件段B绕y轴逆时针转动，使l1＝l2＝l3；
[0015]若l1＝l3，l1>l2，控制工件段B绕y轴顺时针转动，使l1＝l2＝l3。
[0016]更进一步地，使工件段A、B对正的控制策略包括：
[0017]计算对接凹槽A、B上2个关键点的位置坐标：A4(x
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[0018]若控制工件段B绕x轴逆时针转动，使
[0019]若控制工件段B绕x轴顺时针转动，使
[0020]更进一步地，使工件段A、B对正的控制策略包括：
[0021]计算第一深度相机与A1、B1的距离差d1，第二深度相机与A2、B2的距离差d2，第三深度相机与A3、B3的距离差d3；
[0022]若d1>d3，控制工件段B沿y轴正向移动，使d1＝d3；
[0023]若d1<d3，控制工件段B沿y轴负向移动，使d1＝d3；
[0024]若d1＝d3，d2>0，控制工件段B沿z轴正向移动，使d1＝d2＝d3＝0；
[0025]若d1＝d3，d2<0，控制工件段B沿z轴负向移动，使d1＝d2＝d3＝0。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种应用所述系统进行对接的方法，包括以下步骤：
[0027]控制第一线激光器、第二线激光器和第三线激光器发射激光束，分别在对接端面A、B的边缘上形成3对激光点A1、B1，A2、B2，A3、B3；
[0028]控制第一深度相机、第二深度相机和第三深度相机分别获取3对激光点的3D图像，并将所述3D图像输出至数据处理单元；
[0029]控制彩色面阵相机获取分别位于对接端面A、B的对接凹槽A、B的3D图像，并将所述3D图像输出至数据处理单元；
[0030]数据处理单元通过对3D图像进行处理获得3对激光点的位置坐标和2个对接凹槽上关键点的位置坐标，基于所述位置坐标计算工件段A、B的偏差，并将所述偏差送至电控单元；
[0031]电控单元基于所述偏差控制工件段A或B进行转动和/或平移，使工件段A、B对正。
[0032]进一步地，使工件段A、B对正的控制策略包括：
[0033]建立空间直角坐标系o
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xyz，原点o为对接端面A的圆心，x轴为工件段A的中心轴线，竖直向上方向为z轴，y轴由右手定则确定。
[0034]更进一步地，使工件段A、B对正的控制策略包括：
[0035]计算3对激光点的位置坐标：A1(x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工件端面自动对接系统，其特征在于，包括：相互接近的圆柱形待对接工件段A、B，置于对接端面A、B处的U形架，分别安装在U形架两个竖直臂上的第一深度相机、第一线激光器和第三深度相机、第三线激光器，安装在U形架水平臂中间位置的第二深度相机、第二线激光器，安装在第一深度相机上或下的彩色面阵相机；3个线激光器发射的激光束在对接端面A、B的边缘上形成3对激光点A1、B1，A2、B2，A3、B3，3个深度相机用于分别获取3对激光点的3D图像；彩色面阵相机用于获取分别位于对接端面A、B的对接凹槽A、B的3D图像；还包括数据处理单元，用于通过对3个深度相机和彩色面阵相机输出的3D图像进行处理获得3对激光点的位置坐标和2个对接凹槽上关键点的位置坐标，基于所述位置坐标计算工件段A、B的偏差，并将所述偏差送至电控单元；电控单元用于基于所述偏差控制工件段A或B进行转动和/或平移，使工件段A、B对正。2.根据权利要求1所述的工件端面自动对接系统，其特征在于，使工件段A、B对正的控制策略包括：建立空间直角坐标系o
‑
xyz，原点o为对接端面A的圆心，x轴为工件段A的中心轴线，竖直向上方向为z轴，y轴由右手定则确定。3.根据权利要求2所述的工件端面自动对接系统，其特征在于，使工件段A、B对正的控制策略包括：计算3对激光点的位置坐标：A1(x
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨天奇，李波，李明虎，
申请(专利权)人：北京特种机械研究所，
类型：发明
国别省市：