[实用新型]一种基于机器人视觉伺服的大型复杂零件测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大型复杂零件测量的技术，特别是一种基于机器人视觉伺服的大型复杂零件测量装置。

背景技术

当前几何量精密测量的研究与发展从量程范围角度看，正经历着从常规尺寸向小尺度尺寸和大空间尺寸两个方向的发展过程。大空间尺寸远远大于一般的机械加工尺寸，常规的精密测量方法不能很好解决工程应用中的测量问题；较大工件(产品)因为尺寸和质量庞大，测量工作多在加工制造现场环境中，甚至在工位上进行，复杂的空间，加之温度、振动等无法控制的现场干扰因素，大大增加了测量难度；此外，巨大的测量空间和复杂的现场环境对测量自动化水平提出了很高的要求，高效自动化测量也是大尺寸测量的关键因素之一。

随着国家对大飞机项目、风能发电和深海探测等重大项目的大力支持与发展，越来越多的零部件涉及到大尺寸复杂曲面的制造与测量技术，比如飞机涡扇发动机叶片、直升机螺旋桨、潜艇螺旋桨和风电涡轮机叶片等。这些部件对于最后成型曲面的精度都有严格的要求，制造出的产品曲面形状应该和设计的形状严格一致，因此对于这一类零件的加工质量应该进行测量与检测以保证与设计参数的一致性，从而确保产品的性能。

目前工业应用中的大尺寸曲面检测大部分都是利用接触式的三坐标测量技术进行检测，这种方法通过对表面点坐标的测量与评价完成横截面几何形状的测量，该测量方法精度高，但是测量速度很慢，人工干预很多，同时通用性差、操作过程冗长繁琐。而且该测量方法一般建立在已知先验CAD模型的基础上，对于逆向工程有很大的不便性。

发明内容

为了实现对大型复杂零件的高效、高精度、高通用性测量，本实用新型的目的是提供一种无需先验CAD模型的完全智能化精密测量的基于机器人视觉伺服的大型复杂零件测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：它包括支架9、可上下或左右移动的导轨，在导轨上设置有1个以上视觉机器人8，在支架9侧面分别安装有面结构光发射阵A2和面结构光发射阵B3，并在支架9的上部或外侧设置全局摄像机1。可上下移动的导轨包括安装在支架9两端的上下移动导轨4，可左右移动的导轨包括安装在支架9两侧的水平移动导轨5。水平移动导轨5两端可分别与上下移动导轨4成活动配合连接。

首先建立装载4个以上机器手臂的测量现场，采用面结构光对零件表面进行标记，然后采用视觉技术建立空间曲面流形模型，再对于曲面流形模型进行精度区域划分和取点自动规划；再给各个机器人进行任务分配和取点规划路径，最后采用力觉-视觉融合伺服的方法控制机器人末端探针进行接触式取点，以获得大型复杂零件的点云数据。

所述空间曲面流形模型可采用B样条控制顶点在双目图像中匹配来对被测曲面的几何形状建造精确的模型，采用结构光投影的网格形状测量曲面各区域的曲率变化并建立曲面的空间流形。

所述精度区域划分是根据空间曲面上曲率变化的情况而对曲面进行区域划分，即按照网格的曲线曲率变化，以及包括结构光节点和曲面的特征角点构成网格节点密度，从而将曲面划分成由特征点分割出的精度区域。产生面结构光的激光发射器与水平面成25-75度向零件表面发射面结构光，结构光平面和零件表面相交成一条直线或者曲线。所述激光发射器两侧按垂直方向等距离设置摄像机，以发射等距离的平行面结构光。

本实用新型所述测量现场可以包括四个可移动导轨和4个以上伺服机器人，伺服机器人与全局测量通过室内iGPS控制定位。所述测量现场也可包括四个固定导轨和四个可移动导轨构成空间结构框架，其中两条导轨可竖直方向移动，另外两条导轨可水平运动，每个可移动导轨上装配两个可移动机器人，测量空间上方装有全局摄像机装置和室内iGPS定位系统装置。对各个机器人按精度区域进行任务分配，每个机器人完成子任务后返回测量数据。机器人在执行任务过程中，以机器人移动距离最短作为任务分配原则，循环最优解作为最佳分配方法。机器人根据任务分配逐步选择就近区域进行测量任务，每个机器人在工作过程中选择距离区域中心最小的区域进行测量，测量完成后再选择距离最小的区域，如此循环直到所有区域测量完成。。

本实用新型的有益效果是：本方法是一种无需零件CAD先验模型、智能规划路径、实现高精度的复杂零件测量方法，由于本方法建立自己的测量现场，并装载有iGPS位置检测站、全局摄像机和多个伺服机器人，可从全局进行规划并从局部进行精细操作，实现高效、高精度、高通用性的测量。本方法可广泛应用于我国重大战略装备的关键零部件制造领域。

附图说明

图1是本实用新型的工作流程方框图。

图2是本实用新型用于测量时建立测量现场的一种实施方式的结构原理示意图。