[發明專利]一種大型部件對接裝配相對位姿的視覺測量系統和測量方法

有效

• 申請號: 201910339187.0
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110006402B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 周富強;周明軒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于測量技術領域，將提供一種大型部件對接裝配相對位姿的視覺測量系統和測量方法。本發明測量系統由近景雙目視覺傳感器1、大范圍雙目視覺傳感器2、活動靶標4、固定靶標5和計算機組成。本發明測量方法根據大型部件水平方向上的間距將對接過程分為對接初始階段和位姿精調階段，在對接不同階段選擇對應的雙目視覺傳感器拍攝活動靶標與固定靶標圖像，傳入計算機進行處理，提取靶標特征點，根據大型部件對接裝配相對位姿視覺測量系統的測量模型計算對接部件的相對位姿。本發明解決了視覺測量中測量范圍與測量精度的矛盾，實現了基于視覺的大型部件相對位姿測量，測量系統易于布置、成本低，能夠滿足不同部件對接任務的測量需求；測量方法過程簡單，測量效率高。

(一)技術領域

本發明屬于測量技術領域，將提供一種針對大型部件對接裝配過程中部件相對位姿測量的視覺測量系統和測量方法。

(二)背景技術

大型部件裝配對接是工業制造的重要環節之一，廣泛應用于火箭，飛機，艦船等大型產品的總體裝配中，對于最終裝配質量具有重大影響。近年來，隨著大型工業產品性能的不斷提高，對大型部件的對接裝配提出了更高的裝配精度和裝配自動化的需求。大型部件對接裝配多采用數字化裝配系統完成。其中，測量系統在大型部件對接過程中需要實時測量對接部件之間的相對位姿，引導定位裝置調整部件位姿，對于實現自動化，高精度的數字化裝配非常重要。此外，定位裝置對于大型部件的位姿調整精度較低，需要引入測量系統對定位裝置的位姿調整予以補償，滿足更高精度的裝配需求。

現有大型部件裝配對接測量系統多采用激光跟蹤儀和室內GPS系統進行測量。如徠卡測量公司研制的AT系列激光跟蹤儀，具有精度高，測量范圍較大的特點，廣泛應用在大型部件裝配的高精度位姿測量中。激光跟蹤儀在同一時刻只能測量一個特征點，在測量過程中可能出現斷光問題。美國波音公司等全球知名飛機制造商，已經將室內GPS系統運用到裝配現場的全局定位測量中。但室內GPS系統測量精度絕對精度較低，無法應用于對接裝配等高精度測量任務。上述兩種測量儀器都屬于精密光學儀器，設備成本高，操作復雜，且對測量環境有較高的要求。在保證測量精度的同時，降低系統成本與操作復雜程度是對接裝配測量系統的主要發展趨勢。視覺測量是一種廣泛應用于工業制造的非接觸測量方法，具有成本低，易于布置以及測量速度快的特點。視覺測量的測量精度與測量范圍成反比，在近距離，小測量范圍的測量條件下，視覺測量可以達到較高精度，但視覺測量的測量精度隨著測量范圍的增大而顯著下降。傳統的視覺測量方法多采用增加同精度等級視覺傳感器的方法擴大視覺測量的測量范圍。這種方法需要將測量數據統一到全局坐標系下，坐標轉換次數較多，影響最終的測量精度，無法滿足飛機大型部件對接裝配任務高精度的測量需求。同時，增加視覺傳感器的數量使測量系統標定與測量過程較為復雜，增加了測量成本。因此，需要提出一種結構簡單，易于操作的視覺測量系統，解決視覺測量測量精度與測量范圍的矛盾關系，將視覺測量應用到大型部件的高精度測量中，降低測量系統的成本，改善測量系統的可操作性和便捷性。

(三)發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種大型部件對接裝配相對位姿的視覺測量系統和測量方法，將視覺測量應用于大型部件對接裝配測量中。視覺測量系統由四個相同的工業相機組成兩組不同測量精度等級的雙目視覺傳感器，將大型部件裝配對接過程按照部件之間水平方向上的距離分為對接初始階段與位姿精調階段。在部件對接相應階段選取對應精度等級的雙目視覺傳感器測量固連在部件特定位置的高精度背光靶標，解算大型部件的相對位姿。該方法解決了視覺測量應用中測量精度與測量范圍的矛盾關系，擴大視覺測量在工業裝配測量中的適用范圍，降低大型部件裝配對接測量系統的成本與操作復雜程度。

本發明的技術解決方案是：一種大型部件對接裝配相對位姿的視覺測量系統和測量方法，其特征在于：

1、一種大型部件對接裝配相對位姿視覺測量系統，其特征在于，