本发明专利技术是一种在轴孔装配中零件内孔方位误差的校正方法，该方法将六轴机械臂第六轴末端的摄像头移动到零件内孔的上方；提取出摄像头的零件内孔图像中形成的环形区域外边缘和内边缘；通过空间变换算法将环形区域外边缘和内边缘变换成两条二维曲线；根据这两条二维曲线计算出环形区域外边缘和内边缘的位置关系，进而确定零件内孔的偏移误差，然后将机器人向着减小误差的方向进行重复调整，直至计算出的角度偏移误差在允许范围以内。本发明专利技术设计出的装配误差快速校正算法，能够大大降低了在零件轴和零件内孔装配过程中夹具对零件夹取精度的要求，提高自动化零件轴和零件内孔装配的成功率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种装配之前的零件定位方法，特别是涉及一种基于动态视觉的零件 内孔的方位误差校正方法。
技术介绍
在工业自动化过程中，装配是产品生产不可缺少的环节，而零件轴和零件内孔装 配在实际生产中大量存在。在高精度零件轴和零件内孔装配中，准确的定位零件的重要性 尤为突出。而在实际生产的过程中，由于机械式夹具在长期的使用过程中产生的磨损和机 器人对零件放置的随机性，使得机械式夹具对待装配零件的定位精度难以满足装配精度的 要求，因此，在装配下压过程中，由于轴和孔的角度存在偏差，可能1)导致压装配失败，降 低装配成功率，或者2、因孔轴之间的内力太大而造成零件变形而影响装配体的使用寿命。对于视觉引导的装配问题，席文明，郑彦兴等采用在装配零件上方成一定角度 的两个摄像头提取零件特征进行定位的方式，设计并实现了对装配零件内孔的粗定位和 误差减小的方法(机器人装配任务中误差的视觉校正，《机器人》，2001,23 ；视觉导引 下的零件轴与零件内孔被动装配研究，《东南大学学报》，2001,31( ；基于图像定位的零 件轴与零件内孔装配中的误差分析，《机器人》，2000，22(4))。S. Okumura等人在Error prevention in robotic assembly tasks by amachine vision and statistical pattern recognition method (International Journal of Production Research，2005，43(7) 1397-1410) 一文中，针对机器人装配任务提出了基于机器人双目视觉的误差估计和误差校 正方法。在此方法中，两个高速的CCD摄像头固定到机器人手臂上，能够实时地采集到装配 零件的表面特征，采用立体视觉匹配的方式对零件进行跟踪，能够确定装配零件的方位，从 而指导SCARA机器人进行装配。然而在现有的视觉引导的装配方法中，多都采用了双目摄 像头的方式对零件进行定位，这样其定位精度很大程度上依赖双目摄像头获取图像以及图 像特征提取的精度，立体视觉匹配算法的精度，在摄像头固定在机器人上时，还要考虑机器 人的定位精度等。这些方法比较复杂，对设备性能要求较高(如高速摄像头)，因而价格较 高，而在实际的装配系统中，零件本身存在可以被利用来进行误差判断的特征，可以用以指 导装配误差的校正。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术目的是提供一种能够通过固定在六轴机械臂第六轴末端的已经 标定好的摄像头采集零件图像，根据零件图像中零件内孔的图像信息，计算出零件方位的 位置偏移误差和角度偏移误差，根据位置偏移误差和角度偏移误差调节六轴机械臂第六轴 末端摄像头的位置和角度，直到摄像头中心轴与零件内孔的中轴线完全对准。根据摄像头 的方位可以确定六轴机械臂进行零件轴装入零件内孔的方位和施力方向，保证零件轴和零 件内孔装配可靠完成。基于动态视觉的零件轴和零件内孔装配误差校正方法，用以此解决现有的零件轴和零件内孔装配技术，由于零件内孔的定位误差而导致的装配失败的问题， 提高零件轴和零件内孔装配的成功率。( 二 )技术方案为达成所述目的，本专利技术提出， 该方法通过以下技术方案实现步骤Sl 将带内孔的零件放到夹具上夹紧，并使零件内孔的上边沿裸露；将固定 在六轴机械臂第六轴末端的已标定好的摄像头移动到零件内孔的上方，所述摄像头的像平 面与预知的零件内孔准确定位时其裸露的平面平行；调整摄像头在零件内孔上方的高度， 使摄像头能清晰的获取零件内孔的图像，且保证零件内孔在图像中占有较大区域；步骤S2 通过摄像头获取零件内孔图像，再利用图像处理算法，提取出零件内孔 在摄像头图像中形成的环形区域、提取出零件内孔上沿和下沿在摄像头图像中形成的边 缘，所述边缘是环形区域的内边缘和外边缘；步骤S3 以零件内孔在摄像头图像中形成的环形区域外边缘的重心为原点，建立 极坐标系，利用极坐标系到直角坐标系的空间变换算法，通过环形区域的外边缘和内边缘 构建外边缘半径曲线H Θ )和内边缘与外边缘距离半径曲线d( Θ )，这两条曲线横坐标均 为极坐标系中原点为起点的向量的角度θ，纵坐标分别为所述向量与环形区域外边缘交点 线段的长度和向量与环形区域相交线段的长度；步骤S4:根据外边缘半径曲线H Θ)和内边缘和外边缘距离半径曲线d( Θ)这两 条曲线，利用基于射影定理的几何变换算法求得零件内孔的位置偏差方向$和在方向 上的偏差量AD与角度偏差方向IiJnSrS向上的偏差量α ；步骤S5 如果满足偏差量AD < ε工，α < ε 2，结束步骤；如果不满足偏差量AD < ￡ι，α < ε 2，则调整摄像头沿着位置偏差的反方向移动AD的距离，再调整摄像头沿着&的反方向旋转α，然后转到步骤S2 ；其中，ε ” ε 2是根据不同的装配精度要求制定 的误差指标。(三)本专利技术的有益效果本专利技术与现有的装配过程中的误差校正方法相比，一方面，采用的是一个固定在 六轴机械臂第六轴末端可移动的摄像头，这比现有的采用动态的双摄像头实现零件定位的 方法节省一定的成本，同时基于一个摄像头获取零件图像然后进行图像处理的方式，省去 了双摄像头中对两幅图像进行匹配的处理，一方面加快了图像处理的速度，同时也减少了 图像匹配过程引入的误差；另一方面，利用了零件轴和零件内孔装配中，具有一定高度零件 内孔在图像中的成像为环形区域的特征，设计了简单易行的误差校正方法，这与一般的通 过视觉对装配零件内孔的高精度定位来校正定位误差的方式相比，巧妙地利用零件自身具 有的可用于定位零件的特征，不再依赖于复杂的对图像有效区域进行高精度提取的处理算 法，同时也充分地利用了摄像头对实际偏差的捕获和扩大化能力，在相同的图像提取准确 度情况下提高了对零件定位误差估计的精度。再者，提出了新的从图像空间提取关键的参 变量，通过一定的变换方式映射到另一简易空间的分析方法，将图像空间中对装配零件位 置误差和角度误差的判断起关键作用的物理量提出来，并且将它们分离，即将受零件位置 误差和角度误差分别进行分析，从而将多维误差同时存在的误差校正问题转化成了两个单维误差的校正问题，这为零件轴和零件内孔装配中的误差校正问题提供了新的解决思路。 附图说明图1是在轴孔装配中零件内孔方位误差的校正方法的流程图；图2是带有摄像头的六轴机械臂零件轴和零件内孔装配的误差校正平台示意图；图3是摄像头位于零件内孔上方时，零件内孔在摄像头中的成像原理示意图；图4是摄像头位于圆形的零件内孔上方，而零件存在不同的位置偏移和角度旋转 误差时，零件内孔在摄像头中形成的环形区域示意图；图5是零件存在不同偏差时，零件内孔在摄像头图像上形成的不同环形区域，通 过极坐标到直角坐标的空间变换，形成的不同的二维曲线图。具体实施例方式下面是结合附图和实施例详细说明本专利技术的具体实施方案。但是本专利技术不受这里 所述实施例的限制，提供这些实例只是为了更充分和完全公开专利技术，并将本专利技术的范围告 知本领域的技术人员。图1是在轴孔装配中零件内孔方位误差的校正方法的流程图，其给出了专利技术方法 的各个步骤，分别用S1-S5进行标注，并且给出了各个步骤执本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种在轴孔装配中零件内孔方位误差的校正方法，其特征在于包括以下步骤：步骤Ｓ１：将带内孔的零件放到夹具上夹紧，并使零件内孔的上边沿裸露；将固定在六轴机械臂第六轴末端的已标定好的摄像头移动到零件内孔的上方，所述摄像头的像平面与预知的零件内孔准确定位时其裸露的平面平行；调整摄像头在零件内孔上方的高度，使摄像头能清晰的获取零件内孔的图像，且保证零件内孔在图像中占有较大区域；步骤Ｓ２：通过摄像头获取零件内孔图像，再利用图像处理算法，提取出零件内孔在摄像头图像中形成的环形区域、提取出零件内孔上沿和下沿在摄像头图像中形成的边缘，所述边缘是环形区域的内边缘和外边缘；步骤Ｓ３：以零件内孔在摄像头图像中形成的环形区域外边缘的重心为原点，建立极坐标系，利用极坐标系到直角坐标系的空间变换算法，通过环形区域的外边缘和内边缘构建外边缘半径曲线ｒ（θ）和内边缘与外边缘距离半径曲线ｄ（θ），这两条曲线横坐标均为极坐标系中原点为起点的向量的角度θ，纵坐标分别为所述向量与环形区域外边缘交点线段的长度和向量与环形区域相交线段的长度；步骤Ｓ４：根据外边缘半径曲线ｒ（θ）和内边缘和外边缘距离半径曲线ｄ（θ）这两条曲线，利用基于射影定理的几何变换算法求得零件内孔的位置偏差方向和在方向上的偏差量ΔＤ与角度偏差方向和方向上的偏差量α；步骤Ｓ５：如果满足偏差量ΔＤ＜ε１，α＜ε２，结束步骤；如果不满足偏差量ΔＤ＜ε１，α＜ε２，则调整摄像头沿着位置偏差的反方向移动ΔＤ的距离，再调整摄像头沿着的反方向旋转α，然后转到步骤Ｓ２；其中，ε１，ε２是根据不同的装配精度要求制定的误差指标。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘传凯，乔红，苏建华，张波，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11
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