本發(fā)明涉及大型軸孔部件裝配及測量領(lǐng)域，尤其涉及一種零件孔軸線的測量方法。

背景技術(shù)：

目前，工業(yè)產(chǎn)品的整體質(zhì)量要求越來越高，在大型設(shè)備制造中，裝配質(zhì)量的提升對于產(chǎn)品的整體質(zhì)量至關(guān)重要。但是現(xiàn)有的人工裝配方式，對工人的要求較高，且很難達到較高的裝配精度要求。因此越來越多的自動化裝配系統(tǒng)得到應(yīng)用。

通過對已公開的文獻、專利、工業(yè)產(chǎn)品的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，工業(yè)應(yīng)用中大型零部件的軸孔裝配都需要事先測量得到孔的軸線方向，從而確定軸的目標(biāo)位置?，F(xiàn)有的對孔的軸線的測量，多是采用激光跟蹤儀來完成。但是激光跟蹤儀對于大型部件孔的軸線測量，還存在以下不足：(1)測量誤差較大，由于大型部件體積大，且裝配現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，使得激光跟蹤儀只有放置在較遠的距離，才能完全測得軸和孔，而測量距離的增加，導(dǎo)致了激光跟蹤儀測量精度的降低；(1)測量過程很不方便，大型部件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且裝配現(xiàn)場有各種工裝型架，這些都很容易對激光跟蹤儀的測量光線造成遮擋，從而給測量過程帶來不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種零件孔軸線的測量方法，其操作方便、測量精度高、成本低。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種零件孔軸線的測量方法，其包括步驟：S1，選取一個需要裝入被測零件孔中的模擬軸，且模擬軸的直徑小于被測零件孔的直徑，則模擬軸與被測零件孔之間的間隙記為σ；S2，在模擬軸上設(shè)立至少三個不共線的標(biāo)志點，并采用三維視覺傳感器對各標(biāo)志點進行跟蹤測量；S3，在模擬軸上建立標(biāo)志點坐標(biāo)系，標(biāo)定出模擬軸的軸線方向與標(biāo)志點坐標(biāo)系之間的關(guān)系；S4，將選取的模擬軸逐漸裝配到被測零件孔中，且在裝配過程中，對于模擬軸插入被測零件孔中的任意深度d_i時，需要將模擬軸繞被測零件孔的軸線傾斜旋轉(zhuǎn)至最大可允許的偏差角度θ_i，此時然后基于三維視覺傳感器對標(biāo)志點的實時跟蹤測量，在傳感器坐標(biāo)系下，得到n組模擬軸最大可允許的偏差角度θ_i和對應(yīng)的模擬軸2的軸線方向S5，基于步驟S4中得到的數(shù)據(jù)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)求出使目標(biāo)函數(shù)最小時的最優(yōu)解此時得到的即為被測零件孔的軸線方向。

本發(fā)明的有益效果如下：

在根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法中，由于采用三維視覺傳感器對模擬軸上的標(biāo)志點進行實時跟蹤測量，而不需要對整個被裝配工件進行測量，測量距離近、精度高。在測量過程中，只需要知道模擬軸與被測零件孔的直徑的差值σ，而不要求模擬軸與被測零件孔的高精度配合，從而使得模擬軸加工簡單，成本低；只需要人工將模擬軸繞被測零件孔的軸線傾斜旋轉(zhuǎn)至最大可允許的偏差角度θ_i，而不需要控制模擬軸的軸線與被測零件孔的軸線重合，方便人工操作。最后基于優(yōu)化算法求解構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)，從而得到被測零件孔的軸線方向，求解方法簡單、求解結(jié)果準(zhǔn)確度高。此外，本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法可應(yīng)用于大型軸孔部件高精度裝配領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法的系統(tǒng)示意圖；

圖2是測量過程中模擬軸插入的深度與最大可允許的偏差角度之間的關(guān)系示意圖；

圖3是圖2中圓圈部分的放大圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

H 被測零件孔

S 模擬軸

T 三維視覺傳感器

1、2、3 標(biāo)志點編號

具體實施方式

下面參照附圖來詳細說明根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法。

參照圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法，其包括步驟：S1，選取一個需要裝入被測零件孔H中的模擬軸S，且模擬軸S的直徑小于被測零件孔H的直徑，則模擬軸S與被測零件孔H之間的間隙記為σ；S2，在模擬軸S上設(shè)立至少三個不共線的標(biāo)志點，并采用三維視覺傳感器T對各標(biāo)志點進行跟蹤測量；S3，在模擬軸S上建立標(biāo)志點坐標(biāo)系，標(biāo)定出模擬軸S的軸線方向與標(biāo)志點坐標(biāo)系之間的關(guān)系；S4，將選取的模擬軸S逐漸裝配到被測零件孔H中，且在裝配過程中，對于模擬軸S插入被測零件孔H中的任意深度d_i時，需要將模擬軸S繞被測零件孔H的軸線傾斜旋轉(zhuǎn)至最大可允許的偏差角度θ_i，此時(這里由于θ_i很小，因此)，然后基于三維視覺傳感器T對標(biāo)志點的實時跟蹤測量，在傳感器坐標(biāo)系下，得到n組模擬軸S最大可允許的偏差角度θ_i和對應(yīng)的模擬軸2的軸線方向(對于n組中任意一組，都有)；S5，基于步驟S4中得到的數(shù)據(jù)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)求出使目標(biāo)函數(shù)最小時的最優(yōu)解此時得到的即為被測零件孔H的軸線方向。

在根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法中，由于采用三維視覺傳感器T對模擬軸S上的標(biāo)志點進行實時跟蹤測量，而不需要對整個被裝配工件進行測量，測量距離近、精度高。在測量過程中，只需要知道模擬軸S與被測零件孔H的直徑的差值σ，而不要求模擬軸S與被測零件孔H的高精度配合，從而使得模擬軸S加工簡單，成本低；只需要人工將模擬軸S繞被測零件孔H的軸線傾斜旋轉(zhuǎn)至最大可允許的偏差角度θ_i，而不需要控制模擬軸S的軸線與被測零件孔H的軸線重合，方便人工操作。最后基于優(yōu)化算法求解構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)，從而得到被測零件孔H的軸線方向，求解方法簡單、求解結(jié)果準(zhǔn)確度高。此外，本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法可應(yīng)用于大型軸孔部件高精度裝配領(lǐng)域。

根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法，在步驟S3中，標(biāo)志點坐標(biāo)系的建立方法為：從所有標(biāo)志點中選取不共線的三個標(biāo)志點，分別編號為1、2、3，坐標(biāo)分別為P1、P2、P3；令并將和叉乘得到和叉乘得到設(shè)為標(biāo)志點坐標(biāo)系的X軸，為標(biāo)志點坐標(biāo)系的Z軸，為標(biāo)志點坐標(biāo)系的Y軸，標(biāo)志點1為標(biāo)志點坐標(biāo)系的原點。

模擬軸S的軸線方向與標(biāo)志點坐標(biāo)系之間的關(guān)系的標(biāo)定過程為：

首先，將模擬軸S沿其軸線方向運動N個位置，并用三維視覺傳感器T跟蹤測量標(biāo)志點1，將標(biāo)志點1的軌跡擬合成直線L，即得到模擬軸S的軸線在傳感器坐標(biāo)系下的位姿。

然后，在模擬軸S運動的N個位置中的任意一個位置，用三維視覺傳感器T對三個標(biāo)志點1、2、3分別進行測量，即得到由標(biāo)志點1、2、3建立的標(biāo)志點坐標(biāo)系在傳感器坐標(biāo)系下的位姿。

接著，由于模擬軸S的軸線的位置由標(biāo)志點1的坐標(biāo)P1確定，模擬軸S的軸線的姿態(tài)由三個向量確定，從而可構(gòu)建從標(biāo)志點坐標(biāo)系到傳感器坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為Y＝RX+T。進一步的，得到從傳感器坐標(biāo)系到標(biāo)志點坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系X＝R^-1(Y-T)，其中Y為傳感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，X為標(biāo)志點坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，R是旋轉(zhuǎn)矩陣，T是平移向量且T為標(biāo)志點1的坐標(biāo)P1。

最后，基于X＝R^-1(Y-T)，得到模擬軸S的軸線在標(biāo)志點坐標(biāo)系下的位姿為X＝R^-1(L-T)。由于模擬軸S沿其軸線運動，所以其在運動的N個位置時，其軸線在標(biāo)志點坐標(biāo)系下的姿態(tài)均相同，而在各位置之間是沿軸線平移關(guān)系，即R相同，T不同，因此模擬軸S的軸線方向在標(biāo)志點坐標(biāo)系下的位置可以簡單表示為R^-1L。

根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法，在步驟S4中，在傳感器坐標(biāo)系下，首先在模擬軸S的下表面與被測零件的上表面接觸時(即模擬軸S即將插入被測零件孔H中)，利用三維視覺傳感器T測量出任意一個標(biāo)志點的坐標(biāo)，此時模擬軸S插入的深度d₀＝0；然后，繼續(xù)將模擬軸S插入被測零件孔H中，在插入的任意位置同時測量該標(biāo)志點的坐標(biāo)，從而得到模擬軸S插入的深度d_i(i＝1…n)與該標(biāo)志點的坐標(biāo)之間的關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法，在一實施例中，在模擬軸S上僅設(shè)立三個不共線的標(biāo)志點。

在根據(jù)本發(fā)明的零件孔軸線的測量方法中，在步驟S5中，對目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解的求解過程為：

首先，將n組模擬軸S的軸線方向組成矩陣V_p，將n組模擬軸S最大可允許的偏差角度θ₁、θ₂、θ₃θ_i組成矩陣θ。

然后，對矩陣V_p求偽逆，即得到被測零件孔H的軸線此時的就是目標(biāo)函數(shù)M的最優(yōu)解。