一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法与流程

本发明涉及一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，面向大型空间可展开机构装配过程,属于机器视觉测量，用于航空宇航制造。

背景技术：

1、机器视觉测量技术具有非接触、柔性化、精度高等优点，在专利号为cn202211457279.7的中国专利《一种多机器人柔性装配与协同调姿系统》中，引入机器视觉测量可以实现测量过程的自动化，减少人为误差，提高测量精度。机器视觉测量主要用于测量大型部件a、大型部件b上的孔特征，确定大型部件a与大型部件b相对位姿关系，以及移动“测量+插销”机器人末端与大型部件a、大型部件b相对位姿关系，进而反馈控制系统控制机器人进行调姿。但是并没有详细说明如何通过双销孔进行准确定位。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，采用双销孔进行高精特征识别，攻克基于机器视觉测量引导技术，操作简单高效，测量速度快、精度高，具有较强的环境适应性，能够在工业现场实现在线测量。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，包括：

4、(1)“测量+插销”机器人上装有视觉测量系统，移动“测量+插销”机器人，使得视觉测量系统运动到指定测量位置，并保持固定不动；

5、(2)通过视觉测量系统测量大部件b上的不反光标准圆柱，以及同步测量大部件b法兰面，并对测量得到的点云进行处理；

6、(3)移动装调机器人将大部件a运动到指定位置；

7、(4)通过视觉测量系统测量大部件a上的不反光标准圆柱，以及同步测量大部件a法兰面，并对测量得到的点云进行处理；

8、(5)根据步骤(2)和步骤(4)点云处理的结果，计算位姿偏差，视觉引导移动装调机器人调姿，最终完成销孔定位。

9、进一步的，大部件b和大部件a的安装对接法兰面上均设置有两个销孔，进行定位测量时，销孔内安装不反光标准圆柱。

10、进一步的，对测量得到的点云进行处理，具体包括：

11、(1)提取点云数据中法线和曲率信息；

12、(2)进行点云分割，确定筛选规则，提取筛选后的剩余点作为关键点；

13、(3)特征提取与拟合：利用关键点的法线，通过ransac算法计算此零件点云的轴线和法兰平面。

14、进一步的，所述提取点云数据中法线和曲率信息，具体是指获取点云数据中各点的法线和曲率，作为点云分割的依据。

15、进一步的，进行点云分割具体为：

16、离群点和噪声会使表面法线和曲率的估计产生偏差，使用曲率z分数对点云进行筛选，剔除所有|z|>3的点，筛选完成后，提取剩余点作为关键点。

17、进一步的，根据提取出的不反光标准圆柱点云的曲率，求出各点的曲率均值并计算各点的曲率z分数，z分数也称标准分数，以标准差为单位，z分数的大小反应数据远离均值的程度，公式如下：

18、

19、其中，xi为数据点的曲率，σ为所有点的标准差。

20、进一步的，所述利用关键点的法线，通过ransac算法计算此零件点云的轴线，包括如下步骤：

21、(3.1)提取所有关键点的法线；

22、(3.2)根据空间公垂线的一般方程，从点云中随机选取两个点，并求出此两点法线的公垂线；

23、(3.3)算各点法线与提取出的公垂线的点积di；

24、(3.4)设定点积判断阈值d0，若di<d0，则该点归为局内点并保留，否则归为局外点并将其剔除；遍历点云，保留所有法线与公垂线的点积小于阈值的局内点并统计其数量n；

25、(3.5)重复k次以上步骤并比较此过程中计算出的局内点数量，选择数量最多的点云子集作为结果，并保留与之对应的公垂线作为轴线。

26、进一步的，筛选出点云数量大于5000的聚类，采用ransac平面拟合的方法，对平面点云进行拟合，并获取平面参数；计算每个拟合平面与圆柱轴线的夹角，夹角小于阈值则认为该平面与圆柱轴线近似垂直，对于与圆柱轴线垂直的平面，通过计算圆柱面质心在平面上的投影点是否在平面点云的包围盒内，判断该平面是否为法兰平面。

27、进一步的，所述计算位姿偏差具体为：

28、确定大部件b拟合轴线与法兰面交点，交点连线为y轴，轴线方向为z轴，选择其中一个交点为o，建立起坐标系o-xyz；

29、确定大部件a拟合轴线与法兰面交点，交点连线为y’轴，轴线方向为z’轴，选择其中一个交点为o’,建立起坐标系o’-x’y’z’；

30、在视觉测量坐标系下得出o-xyz与o’-x’y’z’的位姿偏差。

31、本发明与现有技术相比的有益效果是：

32、(1)本发明能够解决狭小空间销孔特征的高精度测量，操作简单高效，测量速度快、精度高，具有较强的环境适应性，能够在工业现场实现在线测量。

33、(2)本发明服务于多机器人协同调姿过程，能够为后续自动化单元、柔性车间、智能工厂提供解决方案。

技术特征：

1.一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：大部件b和大部件a的安装对接法兰面上均设置有两个销孔，进行定位测量时，销孔内安装不反光标准圆柱。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：对测量得到的点云进行处理，具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：所述提取点云数据中法线和曲率信息，具体是指获取点云数据中各点的法线和曲率，作为点云分割的依据。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：进行点云分割具体为：

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：根据提取出的不反光标准圆柱点云的曲率，求出各点的曲率均值并计算各点的曲率z分数，z分数也称标准分数，以标准差为单位，z分数的大小反应数据远离均值的程度，公式如下：

7.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：所述利用关键点的法线，通过ransac算法计算此零件点云的轴线，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：筛选出点云数量大于5000的聚类，采用ransac平面拟合的方法，对平面点云进行拟合，并获取平面参数；计算每个拟合平面与圆柱轴线的夹角，夹角小于阈值则认为该平面与圆柱轴线近似垂直，对于与圆柱轴线垂直的平面，通过计算圆柱面质心在平面上的投影点是否在平面点云的包围盒内，判断该平面是否为法兰平面。

9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，其特征在于：所述计算位姿偏差具体为：

技术总结
本发明涉及一种基于机器视觉引导的柔性装配双销孔定位方法，采用大部件上双销孔安装不反光标准圆柱方式，扩展特征范围，由机器视觉对其进行高精度测量，通过点云采集、分割、特征提取及拟合过程，计算大部件位姿偏差，实现基于机器视觉测量引导的装配调姿定位。该方法操作简单高效，测量速度快、精度高，具有较强的环境适应性，能够在工业现场实现在线测量。

技术研发人员：赖小明,文科,张加波,徐建萍,杨继之,王云鹏,周莹皓,乐毅,李金宝,陈涛,王炳龙
受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17