[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器人視覺(jué)伺服的大型復(fù)雜零件測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210456470.X
• 申請(qǐng)日: 2012-11-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102937426A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明富;馬建華;張玉彥;周琦;秦衡峰;周友行
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué);李明富
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大型復(fù)雜零件測(cè)量的技術(shù)，特別是一種基于機(jī)器人視覺(jué)伺服的大型復(fù)雜零件測(cè)量方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前幾何量精密測(cè)量的研究與發(fā)展從量程范圍角度看，正經(jīng)歷著從常規(guī)尺寸向小尺度尺寸和大空間尺寸兩個(gè)方向的發(fā)展過(guò)程。大空間尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的機(jī)械加工尺寸，常規(guī)的精密測(cè)量方法不能很好解決工程應(yīng)用中的測(cè)量問(wèn)題；較大工件(產(chǎn)品)因?yàn)槌叽绾唾|(zhì)量龐大，測(cè)量工作多在加工制造現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，甚至在工位上進(jìn)行，復(fù)雜的空間，加之溫度、振動(dòng)等無(wú)法控制的現(xiàn)場(chǎng)干擾因素，大大增加了測(cè)量難度；此外，巨大的測(cè)量空間和復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)測(cè)量自動(dòng)化水平提出了很高的要求，高效自動(dòng)化測(cè)量也是大尺寸測(cè)量的關(guān)鍵因素之一。

隨著國(guó)家對(duì)大飛機(jī)項(xiàng)目、風(fēng)能發(fā)電和深海探測(cè)等重大項(xiàng)目的大力支持與發(fā)展，越來(lái)越多的零部件涉及到大尺寸復(fù)雜曲面的制造與測(cè)量技術(shù)，比如飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、直升機(jī)螺旋槳、潛艇螺旋槳和風(fēng)電渦輪機(jī)葉片等。這些部件對(duì)于最后成型曲面的精度都有嚴(yán)格的要求，制造出的產(chǎn)品曲面形狀應(yīng)該和設(shè)計(jì)的形狀嚴(yán)格一致，因此對(duì)于這一類零件的加工質(zhì)量應(yīng)該進(jìn)行測(cè)量與檢測(cè)以保證與設(shè)計(jì)參數(shù)的一致性，從而確保產(chǎn)品的性能。

目前工業(yè)應(yīng)用中的大尺寸曲面檢測(cè)大部分都是利用接觸式的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，這種方法通過(guò)對(duì)表面點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量與評(píng)價(jià)完成橫截面幾何形狀的測(cè)量，該測(cè)量方法精度高，但是測(cè)量速度很慢，人工干預(yù)很多，同時(shí)通用性差、操作過(guò)程冗長(zhǎng)繁瑣。而且該測(cè)量方法一般建立在已知先驗(yàn)CAD模型的基礎(chǔ)上，對(duì)于逆向工程有很大的不便性。?

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù)雜零件的高效、高精度、高通用性測(cè)量，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)需先驗(yàn)CAD模型的完全智能化精密測(cè)量的基于機(jī)器人視覺(jué)伺服的大型復(fù)雜零件測(cè)量方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是：首先建立裝載4個(gè)以上機(jī)器手臂的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，采用面結(jié)構(gòu)光對(duì)零件表面進(jìn)行標(biāo)記，然后采用視覺(jué)技術(shù)建立空間曲面流形模型，再對(duì)于曲面流形模型進(jìn)行精度區(qū)域劃分和取點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃；再給各個(gè)機(jī)器人進(jìn)行任務(wù)分配和取點(diǎn)規(guī)劃路徑，最后采用力覺(jué)-視覺(jué)融合伺服的方法控制機(jī)器人末端探針進(jìn)行接觸式取點(diǎn)，以獲得大型復(fù)雜零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

所述空間曲面流形模型可采用B樣條控制頂點(diǎn)在雙目圖像中匹配來(lái)對(duì)被測(cè)曲面的幾何形狀建造精確的模型，采用結(jié)構(gòu)光投影的網(wǎng)格形狀測(cè)量曲面各區(qū)域的曲率變化并建立曲面的空間流形。

所述精度區(qū)域劃分是根據(jù)空間曲面上曲率變化的情況而對(duì)曲面進(jìn)行區(qū)域劃分，即按照網(wǎng)格的曲線曲率變化，以及包括結(jié)構(gòu)光節(jié)點(diǎn)和曲面的特征角點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)密度，從而將曲面劃分成由特征點(diǎn)分割出的精度區(qū)域。產(chǎn)生面結(jié)構(gòu)光的激光發(fā)射器與水平面成25-75度向零件表面發(fā)射面結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光平面和零件表面相交成一條直線或者曲線。所述激光發(fā)射器兩側(cè)按垂直方向等距離設(shè)置攝像機(jī)，以發(fā)射等距離的平行面結(jié)構(gòu)光。

本發(fā)明所述測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)可以包括四個(gè)可移動(dòng)導(dǎo)軌和4個(gè)以上伺服機(jī)器人，伺服機(jī)器人與全局測(cè)量通過(guò)室內(nèi)iGPS控制定位。所述測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)也可包括四個(gè)固定導(dǎo)軌和四個(gè)可移動(dòng)導(dǎo)軌構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)框架，其中兩條導(dǎo)軌可豎直方向移動(dòng)，另外兩條導(dǎo)軌可水平運(yùn)動(dòng)，每個(gè)可移動(dòng)導(dǎo)軌上裝配兩個(gè)可移動(dòng)機(jī)器人，測(cè)量空間上方裝有全局?jǐn)z像機(jī)裝置和室內(nèi)iGPS定位系統(tǒng)裝置。對(duì)各個(gè)機(jī)器人按精度區(qū)域進(jìn)行任務(wù)分配，每個(gè)機(jī)器人完成子任務(wù)后返回測(cè)量數(shù)據(jù)。機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，以機(jī)器人移動(dòng)距離最短作為任務(wù)分配原則，循環(huán)最優(yōu)解作為最佳分配方法。機(jī)器人根據(jù)任務(wù)分配逐步選擇就近區(qū)域進(jìn)行測(cè)量任務(wù)，每個(gè)機(jī)器人在工作過(guò)程中選擇距離區(qū)域中心最小的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完成后再選擇距離最小的區(qū)域，如此循環(huán)直到所有區(qū)域測(cè)量完成。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于基于機(jī)器人視覺(jué)伺服的大型復(fù)雜零件測(cè)量方法的專用裝置，它包括支架9、可上下或左右移動(dòng)的導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上設(shè)置有1個(gè)以上視覺(jué)機(jī)器人8，在支架9側(cè)面分別安裝有面結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣A2和面結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣B3，并在支架9的上部或外側(cè)設(shè)置全局?jǐn)z像機(jī)1。可上下移動(dòng)的導(dǎo)軌包括安裝在支架9兩端的上下移動(dòng)導(dǎo)軌4，可左右移動(dòng)的導(dǎo)軌包括安裝在支架9兩側(cè)的水平移動(dòng)導(dǎo)軌5。水平移動(dòng)導(dǎo)軌5兩端可分別與上下移動(dòng)導(dǎo)軌4成活動(dòng)配合連接。

本發(fā)明的有益效果是：本方法是一種無(wú)需零件CAD先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒅悄芤?guī)劃路徑、實(shí)現(xiàn)高精度的復(fù)雜零件測(cè)量方法，由于本方法建立自己的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，并裝載有iGPS位置檢測(cè)站、全局?jǐn)z像機(jī)和多個(gè)伺服機(jī)器人，可從全局進(jìn)行規(guī)劃并從局部進(jìn)行精細(xì)操作，實(shí)現(xiàn)高效、高精度、高通用性的測(cè)量。本方法可廣泛應(yīng)用于我國(guó)重大戰(zhàn)略裝備的關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明