[发明专利]基于机器视觉的平面四连杆机构位姿检测系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于机器视觉的平面四连杆机构位姿检测系统及检测方法。其技术方案是：在平面四连杆机构的摇杆(2)和连杆(3)表面做五个标记点和两个标记线；利用CMOS工业数字相机(9)连续采集运动中的平面四连杆机构中含标记点和标记线的端面图像；再对端面图像进行图像处理，即得五个标记点区域圆心在端面图像中的坐标和两个标记线在端面图像中的位置方程；得到端面图像的连杆(3)和摇杆(2)的夹角，并得到摇杆(2)上铰点处的标记点分别到连杆(3)上一根标记线和另一根标记线的距离。其余端面图像逐帧依此处理。本发明结构简单和使用方便，能避免被测对象的损坏，通过合理匹配运动副间隙，为提高真实机构的运动精度奠定基础。

技术领域

本发明属于平面连杆机构位姿检测技术领域。具体涉及一种基于机器视觉的平面四连杆机构位姿检测系统及检测方法。

背景技术

平面连杆机构是一种常见的传动机构，在从传统的机械制造业到航空航天技术领域、机器人制造、仪表等精密机械中具有广泛的应用。

随着现代高科技的发展，现代高精密机构对位置精度的要求不断提高和机构运行环境的日益复杂，机构的高可靠性、长寿命问题已成为人们关注的焦点；尤其是机构经过长时间工作后，运动副的磨损间隙所引起的系统动力学特性、运动精度、稳定性等问题更是关注的焦点。

实际机构中，运动副间隙是不可避免的。精确检测含转动间隙平面连杆机构运动过程中的位姿信息是很有必要的。

很多学者都在利用平面四连杆机构来研究转动副间隙引起的系统动力学特性、运动精度和稳定性问题，广泛使用位移传感器、旋转编码器和加速度传感器等传感器的综合使用来完成机构的各参数测量，但传感器的安装使用会引入额外结构而导致被测物体位姿发生变化。

视觉检测技术作为一种非接触式测量方法，具有实时性好、数据采集和处理自动化程度高等特点，目前已广泛应用于工业、军事、医学等领域，并得到极大的关注，在含间隙平面连杆机构位姿检测研究领域尚未得到引用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种结构简单和使用方便的基于机器视觉的平面四连杆机构位姿检测系统，采用该系统检测能避免被测对象的损坏又适合被测对象不可接触的情况，便于真实机构的位姿检测；为研究含转动副间隙的平面四连杆机构的运动精度和铰点处孔轴的接触-分离规律提供依据，通过合理匹配运动副间隙，为提高真实机构的运动精度奠定基础。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

所述基于机器视觉的平面四连杆机构位姿检测系包括CMOS工业数字相机(9)、定焦镜头(8)、计算机(11)和被测平面四连杆机构；定焦镜头(8)安装在工业数字相机(9)上，工业数字相机(9)的定焦镜头(8)对准被测平面四连杆机构，工业数字相机(9)的视线与被测平面四连杆机构端面垂直，被测平面四连杆机构端面在工业数字相机(9)的视野内；工业数字相机(9)固定于相机支架(7)上，计算机(11)通过USB数据线(10)与工业数字相机(9)连接；计算机(11)中装有Microsoft Visual Studio 2017软件以及OpenCV开放源代码计算机视觉库。

所述平面四连杆机构是一种含有转动副间隙的真实机构，所述曲柄(6)两端设有曲柄套筒轴，两个曲柄套筒轴的轴线均与曲柄(6)的中心线垂直；所述连杆(3)的两端对称地设有套筒孔，两个套筒孔的孔中心线均与连杆(3)的中心线垂直；所述摇杆(2)两端设有摇杆套筒轴，两个摇杆套筒轴的轴线均与摇杆(2)的中心线垂直。

连杆(3)两端的套筒孔装有套筒，两个套筒孔的孔径相同，套筒孔孔径与套筒外径的名义尺寸相同；曲柄(6)两端的曲柄套筒轴和摇杆(2)两端的摇杆套筒轴的轴径相同，套筒的内壁与对应套筒轴的间隙为大于0且小于等于2mm。