[發明專利]一種基于深度相機的大型零部件孔軸自動裝配對中測量方法

在審

• 申請號: 202011141968.8
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112318107A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 程云勇;冶文廣;竇浩;范欣欣;藺田苗;林昇;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23P19/10
• 分類號: B23P19/10;G01S17/894;G01B11/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于深度相機的大型零部件孔軸自動裝配對中測量方法，可通過非接觸式測量得到零部件孔軸的相對位姿并進行位姿調整，以解決大型零部件裝配過程中裝配精度、效率、穩定性問題。該發明可在深度相機輔助下實現自動采集深度圖像、處理并進行裝配對中，可避免人為因素干擾，縮短裝配周期，實現工業高精度、高效率裝配。

技術領域

本發明屬于大型零部件自動化裝配領域，具體涉及一種基于深度相機的大型零部件孔軸自動裝配對中測量方法。

背景技術

機械零件自動軸孔裝配系統核心任務是實現待裝配軸孔零件軸心線的重合。根據零件檢測策略不同，機械零件自動軸孔裝配系統分為3種:基于F/T(力/力矩)的機械零件自動軸孔裝配系統、基于機器視覺的機械零件自動軸孔裝配系統及混合式機械件自動軸孔裝配系統。

機器視覺檢測方式是屬于非接觸式檢測，具有高分辨率、高時效性等特點，可有效提升軸孔裝配的裝配精度、減小檢測對待裝配零件的損傷。基于機器視覺的自動軸孔裝配系統提升了軸孔裝配的裝配精度，同時非接觸式的檢測方式也降低了待裝配機械零件損壞的風險。但機器視覺檢測分辨率與靈敏度很高，導致環境中各種噪聲對其檢測性能有一定影響，因此機器視覺檢測設備對所處環境有一定的要求。

目前大部件數字化裝配調姿技術應用比較多的是飛機機身、機翼等大部件的裝配，針對大部件孔軸高精度裝配對中過程應用較少。同時裝配過程中往往用到了先進測量設備和自動化定位裝備，這導致成本較高，占用操作空間較大。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于深度相機的大型零部件孔軸自動裝配對中測量方法，以解決傳統大型零部件孔軸裝配的穩定性、精度、效率及成本問題。

本發明采用的技術方案是：一種基于深度相機的大型零部件孔軸自動裝配方法，該方法包括以下步驟：

步驟a：將孔零件1固定，在孔零件1的內孔中安裝標定桿4，使標定桿4軸線與孔零件1軸線同軸，在孔零件1上方固定深度相機3，在裝配過程中保持孔零件1與深度相機3的位置不變。調整深度相機3位置，使深度相機3可以采集到深度相機上結構光投射器照射在標定桿4上的條紋圖像，通過對深度圖像進行圖像處理，得到標定桿4上表面的三維點云，然后通過點云擬合得出標定桿4的軸線OZ，該軸線即為孔零件1的軸線，此步驟完成孔零件1的軸線標定；

步驟b：取下孔零件1上的標定桿4，保持孔零件1和深度相機3的相對位置不變，將待裝配的軸零件6向標定好軸線的孔零件1移動，通過深度相機3采集其上結構光投射器發射到軸零件上表面的條紋圖像，對深度圖像進行處理以及點云擬合計算，得到軸零件的軸線O1O2，該步驟完成待裝配軸零件的軸線計算；

步驟c：以孔零件軸線OZ為基準，計算軸零件軸線O1O2比與孔零件軸線OZ的偏差量，根據該偏差量調整帶軸零件的位置和姿態；

步驟d：重復步驟b和步驟c，直至軸零件的軸線和孔零件的軸線同軸，即可完成大型孔軸零件的自動裝配對中測量。

進一步地，步驟a中獲取帶孔零件軸線OZ的具體過程如下：

在裝配系統中使用結構光投射器3b在標定桿表面投射結構光，用深度相機3a捕捉標定桿外表面數據信息圖。根據相機模型將信息圖數據轉化為點云圖。對點云圖進行去燥和采樣預處理，對預處理后的點云進行圓柱體擬合，從而得到擬合后圓柱體在深度相機坐標系下的軸線坐標信息。

進一步地，擬合點云求取標定桿軸線的步驟如下：

1)圓柱面的擬合。為了減少噪點對擬合結果的影響，首先對點云進行去燥處理，然后采用基于一致性算法和最小二乘法的圓柱面擬合算法。

2)圓柱軸心的獲取。用粒子群算法來優化直線參數，使距離的方差盡可能的小，不斷逼近軸線。

進一步地，將深度相機采集的深度圖像處理成點云數據的具體方法步驟如下：