[發明專利]一種用于圓柱形艙段對接的位姿在線測量系統及方法

有效

• 申請號: 201810453218.0
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108917723B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 何衛平;陳永興;孫夢夢;張旭
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C11/08
• 分類號: G01C11/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種用于圓柱形艙段對接的位姿在線測量系及方法，基于多傳感器融合測量理論，在對接初始狀態下能夠有效測量得到艙段的外形信息，基于艙段的實際外形測量數據對艙段建立局部坐標系，通過關鍵測量標志點實時計算艙段的對接位置與姿態，有效避免了對接端面逐漸貼合難以測量以及艙段理論模型與實際外形存在的偏差、變形導致的裝配精度低、質量難以控制需要反復試裝等難題，為自動化對接裝配工藝提供有效的信息參量與對接狀態監測與反饋，實現艙段對接過程的質量控制與制造成本。

技術領域

本發明涉及航天器裝配領域，具體是涉及一種用于航天器圓柱形艙段對接裝配的位姿在線測量系統以及測量方法。

背景技術

航空航天領域的重大技術裝備制造過程中，存在一些大、長型且具有圓柱形特征的大型艙段，這些大型艙段通常具有這樣的基本結構特征：體積龐大(直徑1.5m)、徑厚比高(100～150)，艙段的外側包以蒙皮成形，中間部分的骨架由長桁連接而成，艙段的兩端各有一圓形或環形端面。這一類艙段在總裝對接時仍采用人工手動對接的工藝方法，整個對接過程缺少數字化測量信息反饋，對接裝配的質量難以控制，對接效率低。大型艙段在線測量技術的研究，在飛機、火箭等艙段大艙段的總裝對接過程發揮著重要的作用，是實現大型艙段自動化、自適應化對接裝配的支撐技術。

現有在線測量系統以及測量方法采用三坐標測量機、經緯儀、激光跟蹤儀等通過若干測量點直接測量圓柱形艙段的位置姿態，很少在前期考慮到艙段制造誤差與前期裝配帶來的實際外形與CAD模型存在偏差的問題以及艙段對接框的對接大部分只能做到局部貼合，不能全局性的調整艙段姿態，不能主動適應前期制造誤差和變形，從而導致裝配質量難以控制、裝配精度低等問題。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于機器視覺的圓柱形艙段位姿在線測量裝置及其測量方法。

技術方案

一種用于圓柱形艙段對接的位姿在線測量系統，包括圓形人工標志點、關鍵測量點、雙目光學相機、測量控制客戶端和測量數據處理服務器；所述的圓形人工標志點粘貼于艙段柱面外形與端框表面上，用于標識艙段外形表面離散點的空間位置；所述的關鍵測量點粘貼于艙段柱面外形，用于艙段關鍵點的實時測量；所述的雙目光學相機用于對圓形人工標志點成像，獲取圖像數據，包括艙段端面數據與柱面數據；所述的測量控制客戶端用于對圖像數據進行處理，計算得到艙段外表面人工標志點的空間位置坐標；所述的測量數據處理服務器用于接收測量客戶端發來的測量點數據，通過對數據進行艙段端面與柱面模型參數擬合，基于實測數據模型進行艙段位置與姿態實時測量。

一種采用所述的系統進行的位姿在線測量方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：在艙段四周布置多個雙目測量相機，相機視場覆蓋于艙段端面與柱面外形，建立全局坐標系，通過多相機聯合標定算法，將多個雙目光學相機組成的測量網絡進行坐標系統一，將每個相機的局部坐標系轉換到全局坐標系下，完成每對雙目相機測量數據的坐標系統一；

步驟2：在艙段柱面粘貼一定數量的柱面圓形人工標志點，柱面圓形人工標志點布局原則是均勻分布于艙段柱面；在艙段端面粘貼一定數量的端面圓形人工標志點，布局原則是均勻分布于艙段端面；各視場下布局的雙目光學相機獲取艙段的柱面與端面圖像信息，包括端面連接定位孔信息、柱面圓形人工標志點、端面圓形人工標志點及關鍵測量標志點圖像，經雙目立體視覺原理，獲得柱面圓形人工標志點、端面圓形人工標志點及關鍵測量標志點的空間位置坐標以及端面連接定位孔位置坐標；

步驟3：將獲得的端面圓形人工標志點位置坐標與定位孔位置坐標，通過平面多點擬合計算，得到艙段端框平面的幾何形態參數；將獲得的艙段柱面標志點測量數據進行圓柱面模型擬合，得到艙段柱面的幾何形態參數；