[发明专利]一种基于深度相机的大型零部件孔轴自动装配对中测量方法

说明书

本发明公开了一种基于深度相机的大型零部件孔轴自动装配对中测量方法，可通过非接触式测量得到零部件孔轴的相对位姿并进行位姿调整，以解决大型零部件装配过程中装配精度、效率、稳定性问题。该发明可在深度相机辅助下实现自动采集深度图像、处理并进行装配对中，可避免人为因素干扰，缩短装配周期，实现工业高精度、高效率装配。

技术领域

本发明属于大型零部件自动化装配领域，具体涉及一种基于深度相机的大型零部件孔轴自动装配对中测量方法。

背景技术

机械零件自动轴孔装配系统核心任务是实现待装配轴孔零件轴心线的重合。根据零件检测策略不同，机械零件自动轴孔装配系统分为3种:基于F/T(力/力矩)的机械零件自动轴孔装配系统、基于机器视觉的机械零件自动轴孔装配系统及混合式机械件自动轴孔装配系统。

机器视觉检测方式是属于非接触式检测，具有高分辨率、高时效性等特点，可有效提升轴孔装配的装配精度、减小检测对待装配零件的损伤。基于机器视觉的自动轴孔装配系统提升了轴孔装配的装配精度，同时非接触式的检测方式也降低了待装配机械零件损坏的风险。但机器视觉检测分辨率与灵敏度很高，导致环境中各种噪声对其检测性能有一定影响，因此机器视觉检测设备对所处环境有一定的要求。

目前大部件数字化装配调姿技术应用比较多的是飞机机身、机翼等大部件的装配，针对大部件孔轴高精度装配对中过程应用较少。同时装配过程中往往用到了先进测量设备和自动化定位装备，这导致成本较高，占用操作空间较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于深度相机的大型零部件孔轴自动装配对中测量方法，以解决传统大型零部件孔轴装配的稳定性、精度、效率及成本问题。

本发明采用的技术方案是：一种基于深度相机的大型零部件孔轴自动装配方法，该方法包括以下步骤：

步骤a：将孔零件1固定，在孔零件1的内孔中安装标定杆4，使标定杆4轴线与孔零件1轴线同轴，在孔零件1上方固定深度相机3，在装配过程中保持孔零件1与深度相机3的位置不变。调整深度相机3位置，使深度相机3可以采集到深度相机上结构光投射器照射在标定杆4上的条纹图像，通过对深度图像进行图像处理，得到标定杆4上表面的三维点云，然后通过点云拟合得出标定杆4的轴线OZ，该轴线即为孔零件1的轴线，此步骤完成孔零件1的轴线标定；

步骤b：取下孔零件1上的标定杆4，保持孔零件1和深度相机3的相对位置不变，将待装配的轴零件6向标定好轴线的孔零件1移动，通过深度相机3采集其上结构光投射器发射到轴零件上表面的条纹图像，对深度图像进行处理以及点云拟合计算，得到轴零件的轴线O1O2，该步骤完成待装配轴零件的轴线计算；

步骤c：以孔零件轴线OZ为基准，计算轴零件轴线O1O2比与孔零件轴线OZ的偏差量，根据该偏差量调整带轴零件的位置和姿态；

步骤d：重复步骤b和步骤c，直至轴零件的轴线和孔零件的轴线同轴，即可完成大型孔轴零件的自动装配对中测量。

进一步地，步骤a中获取带孔零件轴线OZ的具体过程如下：

在装配系统中使用结构光投射器3b在标定杆表面投射结构光，用深度相机3a捕捉标定杆外表面数据信息图。根据相机模型将信息图数据转化为点云图。对点云图进行去燥和采样预处理，对预处理后的点云进行圆柱体拟合，从而得到拟合后圆柱体在深度相机坐标系下的轴线坐标信息。

进一步地，拟合点云求取标定杆轴线的步骤如下：

1)圆柱面的拟合。为了减少噪点对拟合结果的影响，首先对点云进行去燥处理，然后采用基于一致性算法和最小二乘法的圆柱面拟合算法。

2)圆柱轴心的获取。用粒子群算法来优化直线参数，使距离的方差尽可能的小，不断逼近轴线。

进一步地，将深度相机采集的深度图像处理成点云数据的具体方法步骤如下：