一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法与流程

本发明涉及飞机狭小空间装配质量的测量技术领域，尤其涉及一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法。

背景技术：

飞机包含很多狭小空间，如飞机机身舱段、机翼翼盒等常规部位，进气道、座舱和雷达仓等对战斗机隐身性能有重要影响的关键部位，现代飞机对这类狭小空间装配质量的检测提出了较高的要求，在一些曲率复杂、空间狭窄的部位也提出了检测需求。

然而，飞机狭小空间结构复杂，作业空间小，装配质量可测性不高，部分位置最小尺寸仅约250mm，并且具有较大弧度，装配质量测量开敞性较差，操作人员在狭小空间中测量姿态不易控制，有些部位的检测工作甚至需要特殊体型检测人员才能完成，检测人员劳动强度大。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置，包括视觉测量模块、光源模块、转接模块和外壳，所述视觉测量模块由两个相机和激光器组成，且外壳一侧内壁通过螺栓固定有内置安装板，内置安装板一侧外壁焊接有固定件，固定件一侧外壁焊接有端面安装板，且固定件一侧内焊接有相机安装块，固定件的一侧外壁焊接有两个激光器安装块，且激光器通过螺栓固定于两个激光器安装块一侧外壁，两个相机分别通过紧固螺栓固定于相机安装块和固定件相对一侧外壁上。

优选地：所述转接模块由转接块和手眼标定连接件组成，转接块通过螺栓固定于外壳的一端，且手眼标定连接件通过法兰盘连接于转接块的一侧。

进一步地：所述手眼标定连接件的一侧开有四个通孔，手眼标定连接件一侧设置有机器人。

在前述方案的基础上：所述光源模块包括两个光源，且两个光源通过螺栓固定于外壳两侧内壁上。

在前述方案中更佳的方案是：所述避障模块包括四个侧方避障传感器和两个前方避障传感器，且四个侧方避障传感器分别通过螺栓固定于外壳的两侧外壁上，两个前方避障传感器分别通过螺栓固定于外壳的一端。

作为本发明进一步的方案：所述外壳由两个瓣叶组成，且每个瓣叶的两侧外壁均开有安装孔，每两个安装孔内壁均通过螺栓相连接。

一种用于飞机狭小空间装配质量的测量方法，包括以下步骤：

s1：操作机器人运行至飞机狭小空间指定测量初始位置，打开视觉测量模块、光源模块与避障模块；

s2：发送自动测量命令，双目视觉测量模块采集线激光图像，经过图像处理后计算的信息包括飞机狭小空间装配质量和机器人位姿信息，机器人根据线激光图像反馈的位姿信息自动运动至下一位置；

s3：为获取飞机狭小空间装配质量以及机器人位姿信息，所述的线激光图像经过图像去噪、光条图像分割、光条细化、特征点提取、三维计算等过程；

s4：投射线激光于飞机狭小空间物体表面，同时标定视觉测量系统参数及其与机器人之间的转换参数；采集线激光图像后经过相应的图像处理获取蒙皮高度差、间隙和铆钉平齐度；可以驱动机器人沿着对缝方向移动，并保证其测量角度和距离；

s5：三线激光器投射的中间光条与外侧两根光条分别计算装配质量与机器人位姿信息，而断点1.1/1.2/2.1/2.2用于计算机器人目标位置，断点2.1/2.2/3.1/3.2用于计算蒙皮高度差、间隙、铆钉平齐度和机器人当前位置；

s6：以线激光与对缝干涉后形成的交点个数判断对缝方向，当断点1.1/1.2不在直线2.1-3.1和2.2-3.2上时，说明机器人接下来需要转向当对缝方向发生90度以上变化时，图像中交点个数超过6个，机器人绕待测物表面法矢转动的角度可通过计算断点连线和辅助断点连线之间夹角获得；

s7：最后，根据视觉测量模块采集的线激光图像发出测量终止命令。

本发明的有益效果为：

1.该一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法，采用紧凑型结构设计，结合机器人双目视觉与线激光测量技术，实现对飞机狭小空间的蒙皮高度差、间隙、铆钉平齐度等装配质量进行测量，并能够驱动机器人完成对装配质量的自动化测量，操作简单，精度高。

2.该一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法，通过设置有四个侧方避障传感器和两个前方避障传感器，不仅避免了其在狭小空间弯曲区域发生碰撞，而且防止了机器人与狭小空间内腔侧壁发生碰撞，提高了测量的安全性和精准度。

3.该一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法，通过机器人双目视觉和线激光测量，有效克服了传统的测量手段单一和精度差的问题，且大大降低了飞机内腔装配质量检测的工作量，提高了监测效率。

4.该一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置及方法，通过外壳由两个瓣叶组成，且每个瓣叶上设置安装孔，有效促进了整体装置的安装和拆卸。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的局部剖视结构示意图；

图3为本发明中视觉测量模块的结构示意图；

图4为本发明中线激光角度的结构示意图；

图5.1为本发明中视觉测量模块固定件的主视结构示意图；

图5.2为本发明中视觉测量模块固定件的背面结构示意图；

图6.1为本发明中避障传感器布局的主视结构示意图；

图6.2为本发明中避障传感器布局的背面结构示意图；

图7为本发明中机器人转接模块的结构示意图；

图8.1为本发明中三线激光示意图；

图8.2为本发明中装配质量测量与机器人位置计算示意图；

图9.1为本发明中第一直角转弯示意图；

图9.2为本发明中第二直角转弯示意图；

图9.3为本发明中锐角转弯示意图。

图中：1-转接模块、2-光源、3-侧方避障传感器、4-激光器、5-相机、6-固定件、7-外壳、8-激光器安装块、9-紧固螺栓、10-相机安装块、11-内置安装板、12-端面安装板、13-前方避障传感器、14-安装孔、15-转接块、16-手眼标定连接件、17-通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

一种用于飞机狭小空间装配质量的测量装置，如图1-7所示，包括视觉测量模块、光源模块、避障模块、转接模块1和外壳7，所述视觉测量模块由两个相机5和激光器4组成，且外壳7一侧内壁通过螺栓固定有内置安装板11，内置安装板11一侧外壁焊接有固定件6，固定件6一侧外壁焊接有端面安装板12，且固定件6一侧内焊接有相机安装块10，固定件6的一侧外壁焊接有两个激光器安装块8，且激光器4通过螺栓固定于两个激光器安装块8一侧外壁，两个相机5分别通过紧固螺栓9固定于相机安装块10和固定件6相对一侧外壁上，固定件6和端面安装板12分别通过螺栓固定于外壳7内壁上，两个相机5夹角为36°，激光器4轴线平行于两个相机5的平分面，投射出的激光条纹与相机5平分面呈45°，激光器4型号为rl808-100g3，所述转接模块1由转接块15和手眼标定连接件16组成，转接块15通过螺栓固定于外壳7的一端，且手眼标定连接件16通过法兰盘连接于转接块15的一侧，且手眼标定连接件16的一侧开有四个通孔17，手眼标定连接件16一侧设置有机器人，所述光源模块包括两个光源2，且两个光源2通过螺栓固定于外壳7两侧内壁上，光源模块安装于外壳7的开口处宽度为10mm的伸出平台；使用时，通过两个相机5和激光器4采集三线激光的两幅图像，经过图像处理后计算的信息包括飞机狭小空间装配质量尺寸值和机器人位姿信息，机器人根据线激光图像反馈的位姿信息自动运动至下一位置，且视觉测量模块测量方向与机器人末端轴线垂直，且为获取飞机狭小空间装配质量以及机器人位姿信息，所述的线激光图像经过图像去噪、光条图像分割、光条细化、特征点提取、三维计算等过程，同时该步骤有两种实施方法，一是采用手动示教驱动测量装置至指定位置，二是在已知三维数模时，可通过离线编程的方法。

优选的，法兰盘一侧分别制造一个φ5mm×6mm主基准销和一个φ5mm×6mm次基准销，对应的在手眼标定连接件16上分别开一个主基准孔和次基准孔，使用“一面两销”的方式对法兰盘与手眼标定连接件16进行约束，使用m5的螺栓螺母通过连接孔将法兰盘与手眼标定连接件16进行连接，且四个通孔17直径为8mm，用于在手眼标定时安放激光跟踪仪靶球座。

现有的内腔装配质量测量手段单一且精度差，难以满足新型飞机内腔装配质量高精度检测要求，装配表面蒙皮高度差/间隙检测方法采用常规传统手工测试，检测人员运用塞尺进行接触方式检测，且飞机内腔装配质量检测工作量大，现有手段检测效率低，目前飞机内腔装配质量检测要求全覆盖，检测工作量大，飞机单个部件检测的采集点数以千计，检测工作量繁琐，为了解决装配质量测量精度的问题；如图1、2、6.1和6.2所示，所述避障模块包括四个侧方避障传感器3和两个前方避障传感器13，且四个侧方避障传感器3分别通过螺栓固定于外壳7的两侧外壁上，四个避障传感器3分别向上或向下倾斜34°，两个前方避障传感器13分别通过螺栓固定于外壳7的一端，侧方避障传感器3和前方避障传感器13的型号均为ce30-a；而当机器人在狭小空间内运动时，其前方轴线方向和侧向径向均可能与内腔壁发生碰撞，考虑到视觉测量模块在测量对缝时提供一组位置信息，因此在考虑避障时仅考虑前方以及与视觉测量方向垂直的方向，而两个前方避障传感器13，以避免在狭小空间弯曲区域发生碰撞；四个侧方避障传感器3，以防止机器人与狭小空间内腔侧壁发生碰撞。

为了促进整体装置的装卸；如图6.2所示，所述外壳7由两个瓣叶组成，且每个瓣叶的两侧外壁均开有安装孔14，每两个安装孔14内壁均通过螺栓相连接。

本实施例在使用时,通过两个相机5和激光器4采集三线激光的两幅图像，经过图像处理后计算的信息包括飞机狭小空间装配质量尺寸值和机器人位姿信息，机器人根据线激光图像反馈的位姿信息自动运动至下一位置，而当机器人在狭小空间内运动时，其前方轴线方向和侧向径向均可能与内腔壁发生碰撞，考虑到视觉测量模块在测量对缝时提供一组位置信息，四个侧方避障传感器3和两个前方避障传感器13可有效其在狭小空间内发生碰撞的问题。

一种用于飞机狭小空间装配质量的测量方法，如图8.1、8.2、9.1、9.2和9.3所示，包括以下步骤：

s1：操作机器人运行至飞机狭小空间指定测量初始位置，打开视觉测量模块、光源模块与避障模块；

s2：发送自动测量命令，双目视觉测量模块采集线激光图像，经过图像处理后计算的信息包括飞机狭小空间装配质量和机器人位姿信息，机器人根据线激光图像反馈的位姿信息自动运动至下一位置；

s3：为获取飞机狭小空间装配质量以及机器人位姿信息，所述的线激光图像经过图像去噪、光条图像分割、光条细化、特征点提取、三维计算等过程；

s4：投射线激光于飞机狭小空间物体表面，同时标定视觉测量系统参数及其与机器人之间的转换参数；采集线激光图像后经过相应的图像处理获取蒙皮高度差、间隙和铆钉平齐度；可以驱动机器人沿着对缝方向移动，并保证其测量角度和距离；

s5：三线激光器投射的中间光条与外侧两根光条分别计算装配质量与机器人位姿信息，而断点1.1/1.2/2.1/2.2用于计算机器人目标位置，断点2.1/2.2/3.1/3.2用于计算蒙皮高度差、间隙、铆钉平齐度和机器人当前位置；

s6：以线激光与对缝干涉后形成的交点个数判断对缝方向，当断点1.1/1.2不在直线2.1-3.1和2.2-3.2上时，说明机器人接下来需要转向当对缝方向发生90度以上变化时，图像中交点个数超过6个，机器人绕待测物表面法矢转动的角度可通过计算断点连线和辅助断点连线之间夹角获得；

s7：最后，根据视觉测量模块采集的线激光图像发出测量终止命令。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。