一种回转壳体内装零件的定位标记方法、装置及系统与流程

本发明公开了一种回转壳体内装零件的定位标记方法、装置及系统，属于装配技术领域。

背景技术：

对于回转壳体内装零件的定位方法，国内传统的方法是采用钢板尺、游标卡尺等机械测量工具划线的方法来保证。这种划线的方法成本低，对操作者经验要求不高，但容易出现人为错误，且角度尺寸大都通过换算为弧长，在通过钢板尺测量弧长来确认，误差较大。对后期装配过程是否产生干涉，没有提前预判能力。还有通过装配专用的零件定位工装、装配型架来保证零件定位精度。该方法周期长，需投入大量的装配工装，此外对于狭小空间，工装适用性有限，且此类装配工装大都为非柔性工装，适用性非常低。近年来有激光投影在汽车装配、飞机装配领域的应用。激光定位精度一般在0.5mm左右，主要限制为空间必须开场，即光源与零件装配位置的直线距离不能有遮挡，且回转壳体与光源的直线距离必须在设定范围内，从而保证激光投影的精度，另外激光投影每次激光投影的范围比较小，一般不超过400cm²,通常为1-3个零件，适用于投影1个零件立刻装配，在投影下1个零件的装配过程，且整个装配环节不会对投影路径进行遮挡的环境。不适用于空间开场性不高，装配过程会遮挡投影路径，待装零件需统一装配的环境。

因此亟需一种自动化定位标记方法来实现对回转壳体内装零件的精准定位标记。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出了一种回转壳体内装零件的标定方法、装置及系统，能够实现自动化对回转壳体内装零件的精准定位标记。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种回转壳体内装零件的定位标记方法，包括：

获取回转壳体内表面的激光扫描数据；

根据所述激光扫描数据，建立壳体内表面模型；

将建立的壳体内表面模型与预设装配模型中的理论壳体内表面模型进行比对，得到壳体内表面误差数据，所述预设装配模型包括所述理论壳体内表面模型和装配在所述理论壳体内表面模型内的至少一零件模型；

根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，得到实际装配模型；

根据所述实际装配模型，计算所述至少一零件模型对应的零件在所述回转壳体内的位置数据；

根据计算得到的位置数据，发送定位标记指令，以在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。

在一可选实施例中，所述获取回转壳体内表面的激光扫描数据，包括：

控制激光扫描仪按照预设移动策略沿回转壳体内表面的轴向移动，并控制所述回转壳体以预设旋转策略旋转，获取回转壳体内表面的激光扫描数据。

在一可选实施例中，所述根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，包括：

根据所述壳体内表面误差数据，调整所述理论壳体内表面模型；

当所述零件模型对调整后的理论壳体内表面模型产生干涉时，确定所述零件模型为待调整零件模型；

调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内，得到实际装配模型。

在一可选实施例中，所述调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内，包括：

计算所述待调整零件模型的调整参数；

判断计算得到的所述调整参数是否满足预设调整标准；

若满足，则按照所述调整参数调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内；

若不满足，则获取人工输入的调整参数，按照所述人工输入的调整参数调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内。

在一可选实施例中，所述根据计算得到的位置数据，发送定位标记指令，以在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记，包括：

根据所述建立的壳体内表面模型，确定标记装置在工作时与所述回转壳体内表面的垂直距离；

根据计算得到的位置数据及确定的垂直距离，发送定位标记指令，以控制所述标记装置在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。

一种回转壳体内装零件的定位标记装置，包括：

数据获取单元，用于获取回转壳体内表面的激光扫描数据；

数据处理单元，用于根据所述激光扫描数据，建立壳体内表面模型；

比对单元，用于将建立的壳体内表面模型与预设装配模型中的理论壳体内表面模型进行比对，得到壳体内表面误差数据，所述预设装配模型包括所述理论壳体内表面模型和装配在所述理论壳体内表面模型内的至少一零件模型；

调整单元，用于根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，得到实际装配模型；

计算单元，用于根据所述实际装配模型，计算所述至少一零件模型对应的零件在所述回转壳体内的位置数据；

定位单元，用于根据计算得到的位置数据，发送定位标记指令，以在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。

在一可选实施例中，所述系统包括：喷码机、激光扫描仪及上述的回转壳体内装零件的定位标记装置；

所述激光扫描仪用于扫描所述回转壳体内表面得到激光扫描数据，并将得到的数据发送给所述定位标记装置；

所述喷码机用于接收所述定位标记装置发送的定位标记指令，并按照所述定位标记指令进行定位标记。

在一可选实施例中，所述系统还包括：数控转台、定位圆盘、零点定位系统和机器人；

所述定位圆盘通过所述零点定位系统与所述数控转台连接，所述定位圆盘用于固定回转壳体，所述数控转台用于带动所述回转壳体以预设旋转策略旋转，所述机器人悬于所述数控转台上方，所述机器人设有夹持机构，用于夹持所述喷码头和/或所述激光扫描仪；所述机器人的输入端及所述数控转台的输入端均与所述定位标记装置连接。

在一可选实施例中，所述零点定位系统包括至少三组配套的定位接头和定位器；所述定位圆盘的下表面与所述定位接头连接，且各所述定位接头均位于与所述定位圆盘圆心一致的圆周上；所述定位器设在所述数控转台上，且各所述定位器均位于与所述数控转台圆心一致的圆周上；所述定位接头与所述定位器配合锁紧力≥3000N。

在一可选实施例中，所述定位圆盘沿圆周方向设有多个定位销孔，所述定位圆盘通过穿设于所述定位销孔内的定位销与所述回转壳体固定连接，所述多个定位销孔所在圆的轴线与所述数控转台的回转轴的同轴度≤ф0.1mm，定位精度≤0.05mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的定位标记方法，通过对回转壳体内表面进行激光扫描，得到壳体内表面模型，根据得到的内表面模型调整预设装配模型，得到实际装配模型，根据实际装配模型确定零件在回转壳体内的位置数据，根据所述位置数据在回转壳体内对零件进行定位标记，实现了自动对零件进行定位标记，整个标记过程均通过操作者在计算机上完成，无需人工机械测量和其他体力劳动。

本发明提供的定位标记系统自动化程度很高，整个系统零件位置标定均通过操作者在计算机上完成。无需人工机械测量和其他体力劳动；

通过数控转台和机器人联动，由数控转台实现回转壳体的旋转运动，从而保证周向旋转角度的定位精度，由机器人进行沿回转壳体轴线方向的位移和小幅度的旋转，从而最大程度的提高机器人的定位精度，为零件位置线的高精度喷涂提供保障；

通过定位圆盘实现回转壳体与数控转台的高精度定位。通过定位圆盘，能够定位回转壳体上的关键特征点，且无需找正。不仅消除了传统壳体安装方法在数控转台上的找正误差，还大大节省了传统用百分表不断找正的时间；

用本发明标定壳体内装零件位置精度较高，整个系统误差点包括数控转台本身旋转误差、机器人运动误差、喷线宽度引起的误差，均为硬件设备固有误差，整个零件位置线标定误差不超过0.4mm。且对于壳体内表面的各种加强筋、加厚区等对整个装置的影响较小，即装置的适用性较高。

附图说明

图1是本发明实施例提供了一种回转壳体内装零件的定位标记方法流程图；

图2是本发明实施例提供了一种回转壳体内装零件的定位标记装置示意图；

图3是本发明实施例提供了一种回转壳体内装零件的定位标记系统示意图；

图4是本发明实施例提供了一种回转壳体内装零件的定位标记系统的局部示意图；

图5是本发明实施例提供的定位圆盘与回转壳体示意图；

图6是本发明实施例提供的数控转台与定位圆盘安装面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种回转壳体内装零件的定位标记方法，包括：

步骤101：获取回转壳体内表面的激光扫描数据；

具体地，本发明实施例可以通过激光扫描仪扫描回转壳体的整个内表面，得到内表面的激光扫描数据；

步骤102：根据所述激光扫描数据，建立壳体内表面模型；

具体地，在本发明实施例中可以根据Pro/E、solidworks等三维建模技术，根据激光扫描数据进行三维建模，得到壳体内表面模型；

步骤103：将建立的壳体内表面模型与预设装配模型中的理论壳体内表面模型进行比对，得到壳体内表面误差数据，所述预设装配模型包括所述理论壳体内表面模型和装配在所述理论壳体内表面模型内的至少一零件模型；

具体地，在本发明实施例中，所述预设装配模型可以包括目标装配模型，即按照使用要求设计的理论装配模型，可以根据逆向造型软件进行两个模型间的形状、位置坐标等数据的比对，得到误差数据；

步骤104：根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，得到实际装配模型；

具体地，在本发明实施例中，可以根据逆向造型软件自动调整预设装配模型，还可以通过人工辅助调整所述预设装配模型；

步骤105：根据所述实际装配模型，计算所述至少一零件模型对应的零件在所述回转壳体内的位置数据；

具体地，在本发明实施例中，所述位置数据可以包括零件的二维或三维位置坐标，还可以包括零件在整个模型中的代码，所述代码可以为二维码、代号等各种形式。可以根据图像识别等技术，识别实际装配模型中各零件的位置坐标、代码等位置数据；

步骤106：根据计算得到的位置数据，发送定位标记指令，以在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。

具体地，在本发明实施例中，所述定位标记指令可以包括定位坐标，还可以包括待标记的零件代码，所述代码可以为二维码、代号等各种形式。在本发明实施例中，可以根据位置坐标，通过坐标变换的方式，得到定位指令中所包含的定位坐标，可以在定位坐标对应的位置处喷涂零件位置线、二维码、代号等标记进行定位标记。

本发明实施例提供的定位标记方法，通过对回转壳体内表面进行激光扫描，得到壳体内表面模型，根据得到的内表面模型调整预设装配模型，得到实际装配模型，根据实际装配模型确定零件在回转壳体内的位置数据，根据所述位置数据在回转壳体内对零件进行定位标记，实现了自动对零件进行定位标记，整个标记过程均通过操作者在计算机上完成，无需人工机械测量和其他体力劳动。

在本发明的一可选实施例中，所述获取回转壳体内表面的激光扫描数据，包括：

控制激光扫描仪按照预设移动策略沿回转壳体内表面的轴向移动，并控制所述回转壳体以预设旋转策略旋转，获取回转壳体内表面的激光扫描数据。

具体地，在本发明实施例中，可以通过数控转台和机器人联动，由数控转台实现回转壳体的旋转运动，从而保证周向旋转角度的定位精度，由机器人进行沿回转壳体轴线方向的位移和小幅度的旋转，从而最大程度的提高机器人的定位精度，为零件位置线的高精度喷涂提供保障。

在本发明的一可选实施例中，所述根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，包括：

根据所述壳体内表面误差数据，调整所述理论壳体内表面模型；

当所述零件模型对调整后的理论壳体内表面模型产生干涉时，确定所述零件模型为待调整零件模型，其中，所述干涉如零件模型超出调整后的理论壳体内表面模型的容纳空间；

调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内，得到实际装配模型。

通过调整零件模型的位置，确定能够正常安装零件的位置，提高了定位的准确度。避免了由于制造误差形成的壳体形变对安装零件的干扰。

在本发明的一可选实施例中，所述调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内，包括：

计算所述待调整零件模型的调整参数；

判断计算得到的所述调整参数是否满足预设调整标准；

若满足，则按照所述调整参数调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内；

若不满足，则获取人工输入的调整参数，按照所述人工输入的调整参数调整所述待调整零件模型的位置，使所述待调整零件模型位于所述调整后的理论壳体内表面模型内。

该方法通过引入人工设置，进一步保证了零件位置的可靠性，提高了定位精度。

在本发明的一可选实施例中，所述根据计算得到的位置数据，发送定位标记指令，以在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记，包括：

根据所述建立的壳体内表面模型，确定标记装置在工作时与所述回转壳体内表面的垂直距离；

根据计算得到的位置数据及确定的垂直距离，发送定位标记指令，以控制所述标记装置在所述回转壳体内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。其中，所述标记装置可以包括喷码机的喷码头等。

喷码机头始终与壳体内表面保持固定的垂直距离，能够保证喷出的零件与壳体贴合位置的外形轮廓线宽度≤0.3mm，进一步提高了定位标记精度。本发明实施例中，所述垂直距离可以在实体模型扫描后，在计算机中设定，依靠机器人精度保证。参见图2，本发明实施例还提供了一种回转壳体内装零件的定位标记装置，用于实现上述回转壳体内装零件的定位标记方法，所述装置包括：

数据获取单元10，用于获取回转壳体内表面的激光扫描数据；

数据处理单元20，用于根据所述激光扫描数据，建立壳体内表面模型；

比对单元30，用于将建立的壳体内表面模型与预设装配模型中的理论壳体内表面模型进行比对，得到壳体内表面误差数据，所述预设装配模型包括所述理论壳体内表面模型和装配在所述理论壳体内表面模型内的至少一零件模型；

调整单元40，用于根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，得到实际装配模型；

计算单元50，用于根据所述实际装配模型，计算所述至少一零件模型对应的零件在回转壳体3内的位置数据；

定位单元60，用于根据计算得到的位置数据，发送定位标记指令，以在回转壳体3内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。

本发明实施例提供的装置与方法实施例提供的方法一一对应，详细技术特征及效果参见方法实施例，在此不再赘述。

参见图3-图6，本发明实施例还提供了一种回转壳体内装零件的定位标记系统，包括：喷码机、激光扫描仪7及本发明实施例提供的回转壳体内装零件的定位标记装置；

激光扫描仪7用于扫描回转壳体3内表面得到激光扫描数据，并将得到的数据发送给所述定位标记装置；

所述喷码机用于接收所述定位标记装置发送的定位标记指令，并按照所述定位标记指令进行定位标记。

本发明实施例提供的标定系统，通过对回转壳体内表面进行激光扫描，得到壳体内表面模型，根据得到的内表面模型调整预设装配模型，得到实际装配模型，根据实际装配模型确定零件在回转壳体内的位置数据，根据所述位置数据在回转壳体内对零件进行定位标记，实现了自动对零件进行定位标记，整个标记过程均通过操作者在计算机上完成，无需人工机械测量和其他体力劳动。

本发明实施例提供的回转壳体内装零件的定位标记系统，还包括：数控转台1、定位圆盘2、零点定位系统和机器人4；

定位圆盘2通过所述零点定位系统与所述数控转台1连接，定位圆盘2用于固定回转壳体，数控转台1用于带动回转壳体3以预设旋转策略旋转，机器人4通过吊装或悬臂等方式悬于所述数控转台1上方，机器人4设有夹持机构6，用于夹持喷码头8和/或激光扫描仪7；机器人4的输入端及数控转台1的输入端均与回转壳体3内装零件的定位标记装置连接。

具体地，为便于获取回转壳体内的激光扫描数据，本发明实施例采用可进行吊装或悬臂的六轴机器人，在其他实施例中，还可以采用其他形式的机器人，本发明不做限定。

回转壳体3内装零件的定位标记装置，控制所述机器人在回转壳体3内移动，通过所述机器人夹持的激光扫描仪7获取回转壳体内表面的激光扫描数据；根据所述激光扫描数据，建立壳体内表面模型；将建立的壳体内表面模型与预设装配模型中的理论壳体内表面模型进行比对，得到壳体内表面误差数据，所述预设装配模型包括所述理论壳体内表面模型和装配在所述理论壳体内表面模型内的至少一零件模型；根据所述壳体内表面误差数据，调整所述预设装配模型，得到实际装配模型；根据所述实际装配模型，计算所述至少一零件模型对应的零件在回转壳体3内的位置数据；根据计算得到的位置数据，控制所述机器人位移，并通过所述机器人夹持的所述喷码头8在回转壳体3内对所述至少一零件模型对应的零件进行定位标记。

通过数控转台1和机器人4联动，由数控转台1实现回转壳体的旋转运动，从而保证周向旋转角度的定位精度，由机器人4进行沿回转壳体轴线方向的位移和小幅度的旋转，从而最大程度的提高机器人的定位精度，为零件位置线的高精度喷涂提供保障。

在本发明的一可选实施例中，所述零点定位系统包括至少三组配套的定位接头10和定位器11；定位圆盘2的下表面与定位接头10连接，且各定位接头10均位于与定位圆盘2圆心一致的圆周上；定位器11设在数控转台1上，且各定位器11均位于与数控转台1圆心一致的圆周上；定位接头10与定位器11配合锁紧力≥3000N。

本发明通过定位器和定位接头的设置，确保定位圆盘与数控转台的同轴性，从而实通过定位圆盘实现回转壳体与数控转台的高精度定位。

定位圆盘2沿圆周方向设有多个定位销9孔，定位圆盘2通过穿设于定位销9孔内的定位销9与回转壳体3固定连接，多个定位销9孔所在圆的轴线与数控转台1的回转轴的同轴度≤ф0.1mm，定位精度≤0.05mm。

通过确保定位销所在圆与数控转台的同轴性及定位精度，进一步确保了回转壳体与数控转台的高精度定位。

具体地，本发明实施例中定位圆盘2设有4-8个定位销9孔，回转壳体3相应位置也有同样的孔，并通过定位销9将回转壳体3与定位圆盘2定位。定位圆盘2沿圆周方向上还可以带有多个压板，将回转壳体3压紧，固定在定位圆盘2上方。

本发明通过定位圆盘2实现回转壳体与数控转台1的高精度定位。通过定位圆盘2，能够定位回转壳体上的关键特征点，且无需找正。不仅消除了传统壳体安装方法在数控转台1上的找正误差，还大大节省了传统用百分表不断找正的时间。

本发明实施例提供的定位标记系统，按照如下方法使用：

(1)将回转壳体3放置在定位圆盘2上，并通过定位销9使定位圆盘2与回转壳体3固定连接；

(2)将定位圆盘2连同回转壳体3一起通过零点定位系统安装在数控转台1上；

(3)六轴机器人4回零，并将激光扫描仪7、喷码机的喷码头8固定在机器人末端的末端夹持机构6上，喷码头8和激光扫描仪7可以通过旋转副实现执行机构的自动更换；

(4)将回转壳体3的三维数字化装配模型输入到定位标记装置中；

(5)在计算机上操作启动，通过定位标记装置完成回转壳体3实际模型的扫描和待装零件位置的自动修正；

(6)修正无误后，机器人自动更换喷码机的喷码头8为执行机构，完成壳体内装零件与壳体贴合位置线的喷涂，并同时喷零件在三维模型中的代号或零件二维码；

(7)喷涂完成后，卸下激光扫描仪7和喷码机的喷码头8，机器人4回零。

用本发明定位标记壳体内装零件位置精度较高，整个装置误差点包括数控转台1本身旋转误差、机器人运动误差、喷线宽度引起的误差，均为硬件设备固有误差，整个零件位置线标定误差不超过0.4mm。且对于壳体内表面的各种加强筋、加厚区等对整个装置的影响较小，即装置的适用性较高。

本发明可用于内表面有不同形状、厚度的加厚区、网格加筋或其他筋条的回转壳体，也可用于内表面光滑的壳体，适用回转壳体直径范围在800mm-2000mm之间，高度在200-1600mm，特别适用于回转壳体内表面为非加工面，制造有误差，且内装零件较多，装配精度较高，容易产生装配干涉的复合材料回转壳体。

以下为本发明的一具体实施例：

本装置包括数控转台1、定位圆盘2、机器人4(关节臂机器人)、辅助工装5、机器人末端夹持机构6、激光扫描仪7、喷码头8组成。其中回转壳体3通过定位销9固定在定位圆盘2上，定位圆盘2上安装有定位接头10，定位圆盘2通过定位接头10安装在数控转台1上，并由定位器11实现定位圆盘的定位，拉紧。从而保证回转壳体3与数控转台1的同轴度，且通过该方式找正，效率高，操作简单，无需传统的百分表打表不断的调整回转壳体3在数控转台1的位置。

回转壳体3、定位圆盘2与数控转台1固定后，将激光扫描仪7、喷码头8安装在机器人末端夹持机构6上。在工控机上输入回转壳体3的三维装配模型，并启动程序。关节臂机器人4将带动激光扫描仪7，完成回转壳体3内表面的扫描。形成点云数据，并由计算机内置算法完成点云数据拼合且与理论三维模型进行比对，得到制造误差，并进行零件实际安装位置修正补偿，完成补偿后，机器人4将通过末端夹持机构6切换喷码头8为六轴机器人4的执行机构，按照修正后的实际位置进行机器人运动路径规划，移动到待装零件位置，喷划出零件位置线及零件代码或二维码，直到所有零件位置全部标记完成。机器人4会回到零点位置，并取下激光扫描仪7、喷码头8。

在本施例中，回转壳体结构为圆柱形，直径2.0m，高1.2m，因此选用的机器人4为安川六轴机器人MOTOMAN-MH12，臂展1.6m，采用机器人悬臂的方式，完成内装零件位置线标定。

本施例中激光扫描仪选择Gocator-2030激光扫描仪，每次激光线长度为100mm，对于1.5m可壳体，需转台旋转14周-19周完成全壳体实体模型的扫描。因每次扫描与上次扫描需有重合区域，从而保证整个壳体内表面所有位置均被测试到。

本施例中喷码机选择基恩士喷码机MK-U6000，保证零件位置线宽度不超过0.3mm，从而保证产品定位精度。

在本施例中除喷零件与壳体贴合轮廓线外，还喷涂零件的二维码，用于识别零件的特征信息。