[发明专利]一种管件法兰相对位姿测量系统及测量方法

摘要

一种管件法兰相对位姿测量系统及测量方法，本发明涉及管件法兰相对位姿测量系统及测量方法。本发明为了解决现有技术对接装配误差大，人工装配导致一致性较差以及制造周期长的问题。本发明系统包括：扫描装置、移动段管件和固定段管件；扫描装置包括两个线扫描激光测距传感器、传感器旋转机构和支撑杆，扫描装置设置在移动段管件和固定段管件之间，传感器旋转机构带动两个线扫描激光测距传感器进行圆周运动，两个线扫描激光测距传感器分别扫描移动段管件和固定段管件；支撑杆一端连接传感器旋转机构，另一端通过传感器固定结构固定线扫描激光测距传感器。本发明用于自动化对接领域。 1

主权项

1.一种管件法兰相对位姿测量系统，其特征在于：所述管件法兰相对位姿测量系统包括：扫描装置(1)、移动段管件(2)和固定段管件(3)；

扫描装置(1)包括两个线扫描激光测距传感器(4)、传感器旋转机构(5)和支撑杆(6)，扫描装置设置在移动段管件(2)和固定段管件(3)之间，传感器旋转机构(5)带动两个线扫描激光测距传感器(4)进行圆周运动，两个线扫描激光测距传感器(4)分别扫描移动段管件(2)和固定段管件(3)；支撑杆(6)一端连接传感器旋转机构(5)，另一端通过传感器固定结构固定线扫描激光测距传感器(4)。

2.一种采用权利要求1所述系统的管件法兰相对位姿测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：建立世界坐标系；

步骤二：建立移动段管件(2)坐标系：

步骤三：建立固定段管件(3)坐标系；

步骤四：根据步骤一至步骤三建立的坐标系测量移动段管件(2)和固定段管件(3)的相对位姿；具体包括以下步骤：

步骤四一：根据步骤一至步骤三建立的坐标系，求得移动段管件(2)相对于世界坐标系的位姿，用位姿变换矩阵^sT_m表示；

步骤四二：采用步骤四一的方法求得固定段管件(3)相对于世界坐标系的位姿，用位姿矩阵^sT_t表示；

步骤四三：移动段管件(2)相对于固定段管件(3)的位姿变换矩阵^tT_m由下式(1)求得：

^tT_m＝^tT_s·^sT_m＝(^sT_t)^‑1·^sT_m   (1)。

3.根据权利要求2所述的一种管件法兰相对位姿测量方法，其特征在于：所述步骤一中建立世界坐标系具体为：

世界坐标系圆心O_s位于传感器旋转机构(5)旋转轴线和传感器支撑杆(6)轴线的交点，x_s轴与传感器旋转机构旋转轴线重合，指向固定段管件(3)；z_s轴与传感器支撑杆(6)轴线重合，指向传感器(4)；y_s轴由右手定则确定。

4.根据权利要求3所述的一种管件法兰相对位姿测量方法，其特征在于：所述步骤二中建立移动段管件(2)坐标系具体为：

移动段管件(2)坐标系的圆心O_m位于移动段管件(2)法兰面圆心，x_m轴与法兰面法向量重合，指向固定段管件(3)；在移动段管件(2)法兰面的边缘均匀分布12个通孔，并依次标号，将第一个通孔和第七个通孔作为用于定位的销孔，z_m轴与第7销孔圆心与第1销孔圆心的连线重合，由第7销孔圆心指向第1销孔圆心；y_m轴由右手定则确定。

5.根据权利要求4所述的一种管件法兰相对位姿测量方法，其特征在于：所述步骤三中建立固定段管件(3)坐标系具体为：

圆心O_t位于固定段管件(3)法兰面圆心，x_t轴与法兰面法向量重合，指向与x_m轴一致；在固定段管件(3)法兰面的边缘均匀分布12个通孔，并依次标号，将第一个通孔和第七个通孔作为用于定位的销孔，z_t轴与第7销轴圆心与第1销轴圆心的连线重合，由第7销轴圆心指向第1销轴圆心；y_t轴由右手定则确定。

6.根据权利要求5所述的一种管件法兰相对位姿测量方法，其特征在于：所述步骤四一中根据步骤一至步骤三建立的坐标系，求得移动段管件(2)相对于世界坐标系的位姿的具体过程为：

采用位姿矩阵^sT_m表示移动段管件坐标系O_mx_my_mz_m相对于世界坐标系O_sx_sy_sz_s的位姿；

其中为x_m轴单位矢量在x_s轴投影，为x_m轴单位矢量在y_s轴投影，为x_m轴单位矢量在z_s轴投影，为y_m轴单位矢量在x_s轴投影，为y_m轴单位矢量在y_s轴投影，为y_m轴单位矢量在z_s轴投影，为z_m轴单位矢量在x_s轴投影，为z_m轴单位矢