[實用新型]一種基于機器人視覺伺服的大型復(fù)雜零件測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220599751.6
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN202994106U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明富;馬建華;張玉彥;周琦;秦衡峰;周友行
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué);李明富
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種大型復(fù)雜零件測量的技術(shù)，特別是一種基于機器人視覺伺服的大型復(fù)雜零件測量裝置。

背景技術(shù)

當前幾何量精密測量的研究與發(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方向的發(fā)展過程。大空間尺寸遠遠大于一般的機械加工尺寸，常規(guī)的精密測量方法不能很好解決工程應(yīng)用中的測量問題；較大工件(產(chǎn)品)因為尺寸和質(zhì)量龐大，測量工作多在加工制造現(xiàn)場環(huán)境中，甚至在工位上進行，復(fù)雜的空間，加之溫度、振動等無法控制的現(xiàn)場干擾因素，大大增加了測量難度；此外，巨大的測量空間和復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境對測量自動化水平提出了很高的要求，高效自動化測量也是大尺寸測量的關(guān)鍵因素之一。

隨著國家對大飛機項目、風能發(fā)電和深海探測等重大項目的大力支持與發(fā)展，越來越多的零部件涉及到大尺寸復(fù)雜曲面的制造與測量技術(shù)，比如飛機渦扇發(fā)動機葉片、直升機螺旋槳、潛艇螺旋槳和風電渦輪機葉片等。這些部件對于最后成型曲面的精度都有嚴格的要求，制造出的產(chǎn)品曲面形狀應(yīng)該和設(shè)計的形狀嚴格一致，因此對于這一類零件的加工質(zhì)量應(yīng)該進行測量與檢測以保證與設(shè)計參數(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大部分都是利用接觸式的三坐標測量技術(shù)進行檢測，這種方法通過對表面點坐標的測量與評價完成橫截面幾何形狀的測量，該測量方法精度高，但是測量速度很慢，人工干預(yù)很多，同時通用性差、操作過程冗長繁瑣。而且該測量方法一般建立在已知先驗CAD模型的基礎(chǔ)上，對于逆向工程有很大的不便性。

發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)對大型復(fù)雜零件的高效、高精度、高通用性測量，本實用新型的目的是提供一種無需先驗CAD模型的完全智能化精密測量的基于機器人視覺伺服的大型復(fù)雜零件測量裝置。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的方案是：它包括支架9、可上下或左右移動的導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上設(shè)置有1個以上視覺機器人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)置全局攝像機1?？缮舷乱苿拥膶?dǎo)軌包括安裝在支架9兩端的上下移動導(dǎo)軌4，可左右移動的導(dǎo)軌包括安裝在支架9兩側(cè)的水平移動導(dǎo)軌5。水平移動導(dǎo)軌5兩端可分別與上下移動導(dǎo)軌4成活動配合連接。

首先建立裝載4個以上機器手臂的測量現(xiàn)場，采用面結(jié)構(gòu)光對零件表面進行標記，然后采用視覺技術(shù)建立空間曲面流形模型，再對于曲面流形模型進行精度區(qū)域劃分和取點自動規(guī)劃；再給各個機器人進行任務(wù)分配和取點規(guī)劃路徑，最后采用力覺-視覺融合伺服的方法控制機器人末端探針進行接觸式取點，以獲得大型復(fù)雜零件的點云數(shù)據(jù)。

所述空間曲面流形模型可采用B樣條控制頂點在雙目圖像中匹配來對被測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曲面進行區(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)點和曲面的特征角點構(gòu)成網(wǎng)格節(jié)點密度，從而將曲面劃分成由特征點分割出的精度區(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，以發(fā)射等距離的平行面結(jié)構(gòu)光。

本實用新型所述測量現(xiàn)場可以包括四個可移動導(dǎo)軌和4個以上伺服機器人，伺服機器人與全局測量通過室內(nèi)iGPS控制定位。所述測量現(xiàn)場也可包括四個固定導(dǎo)軌和四個可移動導(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，另外兩條導(dǎo)軌可水平運動，每個可移動導(dǎo)軌上裝配兩個可移動機器人，測量空間上方裝有全局攝像機裝置和室內(nèi)iGPS定位系統(tǒng)裝置。對各個機器人按精度區(qū)域進行任務(wù)分配，每個機器人完成子任務(wù)后返回測量數(shù)據(jù)。機器人在執(zhí)行任務(wù)過程中，以機器人移動距離最短作為任務(wù)分配原則，循環(huán)最優(yōu)解作為最佳分配方法。機器人根據(jù)任務(wù)分配逐步選擇就近區(qū)域進行測量任務(wù)，每個機器人在工作過程中選擇距離區(qū)域中心最小的區(qū)域進行測量，測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)域測量完成。。

本實用新型的有益效果是：本方法是一種無需零件CAD先驗?zāi)Ｐ汀⒅悄芤?guī)劃路徑、實現(xiàn)高精度的復(fù)雜零件測量方法，由于本方法建立自己的測量現(xiàn)場，并裝載有iGPS位置檢測站、全局攝像機和多個伺服機器人，可從全局進行規(guī)劃并從局部進行精細操作，實現(xiàn)高效、高精度、高通用性的測量。本方法可廣泛應(yīng)用于我國重大戰(zhàn)略裝備的關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本實用新型的工作流程方框圖。

圖2是本實用新型用于測量時建立測量現(xiàn)場的一種實施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖。