一种转台工件安装引导装置的制作方法

本实用新型涉及一种安装引导装置，尤其涉及一种转台工件安装引导装置。

背景技术：

工件与安装基座的对接装配是常见的施工工序。手动对接不适于危险环境，且效率低、耗时长、操作困难，对工匠的技术和经验有较高要求。

随着机器视觉技术的发展,立体视觉尤其是双目立体视觉被广泛应用于物体识别、虚拟现实、工业检测、机器人导航等领域。双目立体视觉的基本原理是从两个角度观察同一个景物，获得景物的立体图像对，通过匹配相应像点计算视差，然后采用基于三角测量的方法恢复深度信息，来获取景物的立体信息。将双目视觉技术应用到工件与安装基座的对接装配，可以提高装配效率和安装精度。双目视觉系统通过对双目摄像头采集的图像进行处理，获取采集时刻的工件与基座的相对位姿信息，为控制系统提供位姿参考，从而协助工件与安装基座的对接装配。

现有的基于双目视觉的对接装配设备，结构复杂，体积庞大、重量大，不适于广泛使用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种转台工件安装引导装置。该引导装置结构简单，设计紧凑，重量轻，适于广泛使用，尤其适宜有限的安装布局空间。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种转台工件安装引导装置，包括转台、工件、双目摄像机和特征靶标；其中，转台上安装有转台支撑臂和安装基座；工件上设置有法兰，工件通过法兰与安装基座固定连接；双目摄像机可拆卸地安装在转台支撑臂上；特征靶标安装在安装基座和法兰侧面上。

进一步地，法兰位于工件与安装基座之间，法兰为圆环状结构，法兰上设置有多个螺孔，螺孔用于与工件固定连接。

进一步地，特征靶标为板状结构，每个特征靶标上设置有多个标志点。

进一步地，标志点的中部为圆形定位区，沿标志点径向依次分布有圆环状的间隔区和圆环状的识别区。

进一步地，识别区沿其周向均匀分布有多个编码区，编码区为黑色或白色表示二进制代码“1”或“0”。

进一步地，双目摄像机共有两个，分别为第一双目摄像机和第二双目摄像机；每个双目摄像机均包括两个单目摄像机；第一双目摄像机安装在第一固定圆杆上，第二双目摄像机安装在第二固定圆杆上。

进一步地，转台支撑臂包括相互对称的第一支撑臂和第二支撑臂，第一固定圆杆与第一支撑臂可拆卸地连接；第二固定圆杆与第二支撑臂可拆卸地连接。

进一步地，特征靶标共有八个；其中，四个特征靶标安装在法兰上，四个特征靶标安装在安装基座上；特征靶标相互错开，避免遮挡。

进一步地，特征靶标均位于双目摄像机景深区域内。

进一步地，安装基座为圆形；在电机带动下，安装基座沿自身中心轴旋转；安装基座的圆周面与转台支撑臂相切；安装基座与转台支撑臂相平齐；工件沿安装基座的中心轴轴向运动。

本实用新型的转台工件安装引导装置与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本技术方案由于采用转台上的双目摄像机通过对安装在安装基座和工件上的特征靶标的检测识别来获取安装基座和工件位姿信息的技术手段，无需其它配件，所以，实现了有限的安装布局空间内的安装基座和工件的对接装配。该安装引导装置结构简单，设计紧凑，重量轻，适于广泛使用。

2、本技术方案由于采用了通过与工件固定连接的法兰来实现工件与安装基座对接装配的技术手段，为安装和拆卸提供便利。由于各种适配工件都可以和同一法兰固定连接，所以在各种工件与安装基座对接装配时，只需要实现同一法兰与安装基座的对接装配，简化了安装过程，提高了自动化水平，避免了繁冗的计算。

3、本技术方案由于采用了板状结构的特征靶标，靶标上设置有多个标志点的技术手段，由于特征靶标为板状结构，其上的多个标志点在同一平面上，易获得特征靶标的位姿信息，从而获得与靶标刚性连接的法兰或安装基座的位姿信息。

4、本技术方案由于采用了标志点的中部为圆形定位区，沿所述标志点径向依次分布有圆环状的间隔区和圆环状的识别区的技术手段，所以从不同的方位对标志点进行拍摄，所获取的图像能够保持几何特性不变，不受相机旋转、偏移和缩放的影响。

5、本技术方案由于采用了识别区沿其周向均匀分布有多个编码区，编码区为黑色或白色表示二进制代码“1”或“0”的技术手段，黑色、白色为强对比颜色，所以便于视觉的检测识别。

6、本技术方案由于采用了在圆杆上设置两个单目摄像机构成双目摄像机的技术手段，所以为双目摄像机的标定提供了便利，并且结构简单，成本低廉，适于广泛应用。

7、本技术方案由于采用了在第一支撑臂上安装第一固定圆杆从而将第一双目摄像机可拆卸地固定在转台的第一支撑臂上，同时在第二支撑臂上安装第二固定圆杆从而将第二双目摄像机可拆卸地固定在转台的第二支撑臂上，所以方便了双目摄像机的标定和拆卸，双目摄像机可以先进行标定再配置到转台上。同时，由于第一支撑臂和第二支撑臂分别设置在安装基座的两侧，即在安装基座的两侧各设置一个双目摄像机，可以左右分别定位，降低了计算分析难度、提高了定位精度。

8、本技术方案由于采用了八个特征靶标，其中四个安装在法兰上，另外四个安装在安装基座上，所以位姿信息可以更加准确、详细地描述出工件法兰周向上的各部分与安装基座的相对位置，为工件上法兰与安装基座的准确对接提供保证。

9、本技术方案采用了将特征靶标均设置在双目摄像机景深区域的技术手段，所以双目摄像机可清晰成像，避免了特征靶标的图像模糊、分辨不清，为工件上法兰与安装基座的准确对接提供保证。

10、本技术方案采用了安装基座为圆形；在电机带动下，安装基座沿自身中心轴旋转；安装基座的圆周面与转台支撑臂相切；安装基座与转台支撑臂相平齐；工件沿所述安装基座的中心轴轴向运动的技术手段，所以在安装最后的微调工序中，安装基座主要进行旋转对齐，工件主要进行轴向对齐，与安装基座和工件都要轴向和周向运动相比，简化了安装过程。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的一种转台工件安装引导装置作进一步的详细描述。

图1为本实用新型一种转台工件安装引导装置的结构示意图。

图2为本实用新型靶标的结构示意图。

图3为本实用新型靶标上标志点的结构示意图。

图4为本实用新型双目摄像机与靶标的安装示意图。

附图标记说明如下。

1、转台；

2、工件；

3、双目摄像机；

4、特征靶标；

11、转台支撑臂；

12、安装基座；

21、法兰；

31、第一双目摄像机；

32、第二双目摄像机；

33、第一固定圆杆；

34、第二固定圆杆；

41、第一靶标；

42、第二靶标；

43、第三靶标；

44、第四靶标；

45、第五靶标；

46、第六靶标；

47、第七靶标；

48、第八靶标；

49、标志点；

111、第一支撑臂；

112、第二支撑臂；

311、第一摄像机；

312、第二摄像机；

321、第三摄像机；

322、第四摄像机；

491、定位区；

492、间隔区；

493、识别区；

4931、编码区。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型提供一种转台工件安装引导装置，包括转台、工件、双目摄像机和特征靶标；其中，转台上安装有转台支撑臂和安装基座；工件上设置有法兰，工件通过法兰与安装基座固定连接；双目摄像机可拆卸地安装在转台支撑臂上；特征靶标安装在安装基座和法兰侧面上。

由于双目摄像机直接安装在转台支撑臂上，特征靶标设置在安装基座和法兰侧面上，该安装引导装置并没有因为使用双目摄像机和特征靶标而使用更多安装部件，所以该安装引导装置结构简单，设计紧凑，重量轻，适于广泛使用，尤其适宜有限的安装布局空间。

如图1所示，本实施方式的法兰位于工件与安装基座之间，法兰为圆环状结构，法兰上设置有多个螺孔，螺孔用于与工件固定连接。法兰上还设置有销孔用于与安装基座固定连接。由于采用了法兰相接，工件的形状和大小不影响安装过程，只要通用的法兰可以按部就班的与安装基座成功对接装配，就可实现工件和安装基座的对接装配。不需要为每个不同的工件，单独采集定位信息或单独进行识别测量。

如图2所示，本实施方式的特征靶标为板状结构，每个特征靶标上设置有多个标志点。每个特征靶标均包括四个标志点。四个标志点呈两排两列设置。由于特征靶标为板状结构，其上的四个标志点在同一平面上，易获得特征靶标的位姿信息，从而获得与靶标刚性连接的法兰或安装基座的位姿信息。四个标志点的设计，其中的三个标志点可固定出一平面，另一个标志点为验算提供方便。

如图3所示，本实施方式的标志点的中部为圆形定位区，沿标志点径向依次分布有圆环状的间隔区和圆环状的识别区。标志点为圆形和圆环的组合，由于圆的高度对称，所以从不同的方位对标志点进行拍摄，所获取的图像能够保持几何特性不变，不受相机旋转、偏移和缩放的影响，来简化测量计算。

本实施方式的识别区沿其周向均匀分布有多个编码区，编码区为黑色或白色表示二进制代码“1”或“0”。黑色、白色为强对比颜色，所以使用黑白编码便于双目摄像头的检测识别。如图3所示，识别区为一圆环，圆环均匀分成八等份，每一份为一编码区，每个编码区的圆心夹角均为45度。

如图1所示，本实施方式的双目摄像机共有两个，分别为第一双目摄像机和第二双目摄像机；每个双目摄像机均包括两个单目摄像机；第一双目摄像机安装在第一固定圆杆上，第二双目摄像机安装在第二固定圆杆上。

如图1所示，本转台工件安装引导装置共包括四个单目摄像机。第一双目摄像机包括两个单目摄像机，即第一摄像机和第二摄像机。由第一摄像机和第二摄像机构成的第一双目摄像机安装在第一固定圆杆上。第二双目摄像机也包括两个单目摄像机，即第三摄像机和第四摄像机。由第三摄像机和第四摄像机构成的第二双目摄像机安装在第二固定圆杆上。转台工件安装引导装置安装使用双目摄像机前，首先对固定在圆杆上的双目摄像机进行标定。

标定是指建立图像像素和实际物体对应点之间的映射关系，其途径是通过对已知实际坐标点的特征点在图像中的位置的检测，得到一组实际点到图像像素点之间的对应，再利用摄像机模型，求出模型中的摄像机参数，从而建立图像中所有像素点和实际坐标位置的对应关系。

如图1所示，本实施方式的转台支撑臂包括相互对称的第一支撑臂和第二支撑臂，第一固定圆杆与第一支撑臂可拆卸地连接；第二固定圆杆与第二支撑臂可拆卸地连接。

由于第一支撑臂和第二支撑臂分别设置在安装基座的两侧，第一支撑臂上安装有第一固定圆杆，第一固定圆杆上设置有由两个单目摄像机组合成的一个双目摄像机；同样地，第二支撑臂上也设置有一个双目摄像机，即在安装基座的两侧各设置一个双目摄像机，可以左右分别定位，降低了计算分析难度、提高了定位精度。

如图1所示，本实施方式的特征靶标共有八个；其中，四个特征靶标安装在法兰上，四个特征靶标安装在安装基座上；特征靶标相互错开，避免遮挡。特征靶标共有八个；其中，四个特征靶标安装在法兰上，四个特征靶标安装在安装基座上；特征靶标相互错开，避免遮挡。

如图1和4所示，八个特征靶标为第一靶标、第二靶标、第三靶标、第四靶标、第五靶标、第六靶标、第七靶标和第八靶标。其中，第一靶标、第二靶标、第三靶标和第四靶标安装在第一支撑臂侧，第五靶标、第六靶标、第七靶标和第八靶标安装在第二支撑臂侧。第一靶标和第三靶标安装在安装基座上第一支撑臂侧。第二靶标和第四靶标安装在法兰上第一支撑臂侧。第一靶标、第二靶标、第三靶标和第四靶标互相错开，避免互相遮挡、干扰。同样地，第五靶标和第七靶标安装在安装基座上第一支撑臂侧。第六靶标和第八靶标安装在法兰上第一支撑臂侧。第五靶标、第六靶标、第七靶标和第八靶标互相错开，避免互相遮挡、干扰。

如图4所示，本实施方式的特征靶标均位于双目摄像机景深区域内。即，位于第一支撑臂侧的第一靶标、第二靶标、第三靶标和第四靶标位于第一摄像机和第二摄像机重叠的景深区域内；同样地，位于第二支撑臂侧的第五靶标、第六靶标、第七靶标和第八靶标位于第三摄像机和第四摄像机重叠的景深区域内。这样地设置是为了双目摄像机拍摄的特征靶标图像可以清晰地成像，避免特征靶标图像发生模糊、分辨不清等现象，为工件上法兰与安装基座的准确对接提供保证。

本实施方式的安装基座为圆形；在电机带动下，安装基座沿自身中心轴旋转；安装基座的圆周面与转台支撑臂相切；安装基座与转台支撑臂相平齐；工件沿安装基座的中心轴轴向运动。

在使用本实用新型的转台工件安装引导装置实现工件与安装基座对接时，首先使用双目摄像机、安装在安装基座上第一支撑臂侧的第一靶标和第三靶标和安装在安装基座上第二支撑臂侧的第五靶标和第七靶标，将安装基座与转台支撑臂进行对齐，使得安装基座的圆周面与转台支撑臂相切且安装基座与转台支撑臂相平齐。这样，在后续的工序中，安装基座只需要沿自身的中心轴旋转即可。然后，使用双目摄像机和特征靶标，将工件旋转至与安装基座相对应的位置上。接着，使用双目摄像机和特征靶标，将工件沿安装基座的中心轴轴向运动，实现工件和安装基座的对接，如果还不能成功对接，进入微调阶段。微调时，安装基座主要进行旋转对齐，工件主要进行轴向对齐，与安装基座和工件都要轴向和周向运动相比，简化了安装过程。最后，安装销钉，完成对接装配。

另外，为适应光照环境，根据现场实际需求，可提供照明光源，以增强图像采集的准确度与可靠度。同时，该引导装置具有良好的日志及数据记录功能，便于对记录的历史信息进行回放及对实验过程的跟踪调试。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。