[发明专利]用于飞机壁板自动制孔和自动钻铆的双目视觉求法矢方法

说明书

本发明涉及一种用于飞机壁板自动制孔和自动钻铆的双目视觉求法矢方法，包括末端执行器、结构光发射器、右相机和左相机；所述结构光发射器、右相机和左相机均角度可调安装在末端执行器的前方，在需要制孔或钻铆的位置周围使用结构光发射器向飞机壁板投射m×m的矩阵光线，并在壁板表面形成投影；使用双目视觉系统计算投影矩阵交点的实际坐标；计算投影矩阵交点的实际坐标并使用最小二乘法拟合出壁板曲面方程，通过该曲面方程计算出曲面上任意一点的法矢。本发明所求得的法矢数值精准，有效的解决了实时检测曲面点的法向矢量问题，减少了由于装夹或是工件自重导致曲面变形引起的误差，提高了曲面制孔的质量和效率。

技术领域

本发明属于先进数字化装配制造与自动化领域，特别涉及一种用于飞机壁板自动制孔和自动钻铆的双目视觉求法矢方法。

背景技术

在国内飞机装配领域，飞机壁板钻孔仍然以人工钻孔为主，人工钻孔工作环境恶劣，工作效率低下，因此，研制自动制孔设备意义重大。自动制孔设备是许多相关技术的集合。

目前比较成熟的法矢测量方法是使用3个激光测量，该方法是基于3个激光位移传感器的读数，采用三点法计算飞机壁板表面待加工孔区域的法矢，该方法实际上得到的是过三个激光传感器在工件表面上的三个测量点的平面的法矢，此种方法为接触式测量，对于随机变形曲面其法矢量求取精度比较低，如图1所述，激光传感器测量法矢时，三个激光传感器在曲面上的测量点为P1，P2，P3，使用平面P1P2P3代替钻孔区域的曲面，即测量的是平面P1P2P3的法矢，而不是壁板曲面在钻孔点P0的法矢。

还有一种使用双目视觉测量法矢的方法，该方法使用激光投影装置向自由曲面投影两条正交直线，然后使用双目视觉系统计算两条直线交点的法矢，但这种方法几乎不肯能做到正好对准两条直线交点，这就会造成制孔或钻铆位置不精准，导致后期飞机壁板安装不精准，这对飞机后续的使用存在非常大的安全隐患。例如，专利申请号为201410149149.6的“一种基于双目视觉的自由曲面法矢量测量”，其公开了使用激光投影装置向曲面投射由两条正交直线及位于两条直线上的四个圆形光斑组成的图案，两条正交直线在曲面上投影生成两条相交的曲线L1和L2，使用双目视觉获取两条曲线离散点的三维坐标，然后通过这些坐标拟合两条曲线方程，分别求取两条曲线在交点处的切向量，最后求出交点处的法矢。该方法求的是两条投影曲线交点处的法矢，使用该方法进行自动制孔或自动钻铆求法矢需要保证激光发射器光心与刀具轴线相交，并且交点正好过壁板待加工点P0。保证激光发射器光心与刀具轴线相交很难实现，首先需要结构要有极高的加工精度，另外对安装精度也有很高的要求。保证交点正好过曲面待加工点也很难实现，因为壁板本身有加工误差，如图2和图3所示，激光发生器投射到壁板的正交直线交点为P1点，求出的法矢也是P1点的法矢，而待转孔的点是P2点。

文献“基于曲率自适应的航空零件法矢量测量研究”，叶帆等，计测技术，2017年第4期，第13～19页，2017年8月26日，公开了一种基于曲率自适应的法矢量测量方法，该文献中是使用投影中心点的法矢作为制孔点的法矢，这要求中心点与制孔点重合才能保证制孔精度，参见文献第三部分结尾“得到中心投影点A₀（X₀，Y₀，Z₀）的法矢量N作为制孔点法矢量，即为式（9）。”当Z=AX2+BXY +CY² +D中，ABC=0时，就变成了Z=D，是一个垂直于Z轴距离XY平面为D的平面，排除了具有平面特征的曲面方程，即没有考虑系数ABC=0时的曲面方程，而实际情况中是有可能会出现这种情况的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种有效的解决了实时检测曲面点的法向矢量问题，且数据精准的用于飞机壁板自动制孔和自动钻铆的双目视觉求法矢方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于飞机壁板自动制孔和自动钻铆的双目视觉求法矢方法，包括末端执行器、结构光发射器、右相机和左相机；所述结构光发射器、右相机和左相机均角度可调安装在末端执行器的前方，其求法矢方法为：