CN103019244B - 二腔体工件空间嵌入/退出装卸图像自动测控装置 - Google Patents

Abstract

一种空间任意坐标下的二个腔体工件的嵌入或退出装卸图像自动控制装置，包括高清晰度工业相机、编码光源、辅助光源、微型工业控制计算机和五维精密云台，高清晰度工业相机、编码光源、辅助光源安装在五维精密云台的台面Ｚ形支撑架上；微型工业控制计算机固定在底座的上部后端，五维精密云台控制器固定在微型工业控制计算机上面，截面大腔体工件由固定支撑架固定，截面小腔体工件固定在移动载物车的空间多方向和多角度调整平台上；控制台通过控制线和移动载物车相连，便于截面小腔体工件进入或退出移动。本发明通过控制空间腔体中心线重合的图像测控方法和装置，保证二个以上大型腔体工件嵌入或退出的装卸过程的安全性，应用前景广泛。

Description

二腔体工件空间嵌入/退出装卸图像自动测控装置

技术领域

本发明属于工业自动控制领域，涉及一种空间任意坐标下的二个腔体工件的嵌入或退出装卸过程的自动控制装置。

背景技术

目前，大型腔体工件的空中安全嵌入或退出装卸过程，在要求严格不许碰触条件下，还只能是人工监控手动进行，除了速度慢，效率低，更主要问题是在人眼监测所不及时，会碰撞失误造成损失。另外采用人工监测，不仅需要足够的耐心和小心，还需要很长的时间和很多的熟练人员。尽管如此，还是保证不了安装过程不发生危险碰触。在任务多、要求快或者在人工不够的情况下，有时装卸都无法正常进行。

本发明针对在外和内腔体工件不得有一点碰触，且要求非接触测量的条件下，实现大型腔体工件的空中安全嵌入或退出装卸过程的关键技术是保证不同坐标下的二个工件的中心线的动态重合。

发明内容

为了将空间不同坐标下的腔体工件的中心线调控重合在一起，要保证腔体部件在互相嵌入时不发生碰撞，同时要求在工件上不安装不附加任何物体。本发明有针对性地提出了基于图像视频测量技术的少人工干预或无人工的自动化方案，设计了控制空间腔体中心线重合的图像测控方法和装置，保证二个以上大型腔体工件嵌入或退出的装卸过程的安全性，是一种非接触测量方案。

本发明为了解决技术问题，采用的技术方案是：

本发明的二腔体工件空间嵌入/退出装卸图像自动测控装置，包括高清晰度工业相机、编码光源、辅助光源、微型工业控制计算机和五维精密云台，高清晰度工业相机、编码光源、辅助光源安装在五维精密云台的台面Ｚ形支撑架上，保证他们能够在五维精密云台上做同样的姿态运动。五维精密云台是由图像数据处理计算机发出的数据控制做姿态变换运动的，有较高的精密度。

五维精密云台固定在底座的上部前端，有一定的刚性；高清晰度工业相机固定在云台台面上的Ｚ形支撑架的上位面上，编码光源固定在五维精密云台台面上的Ｚ形支撑架的下位面上，辅助光源固定在编码光源上，微型工业控制计算机固定在底座的上部后端，五维精密云台控制器固定在微型工业控制计算机上面。

截面大腔体工件和截面小腔体工件的截面都不一定是直径均匀的，且中心线可能是弯的，但是理论上小的可以进入或退出大的体内，在小工件进入和退出大工件时，必须按预订的运动轨迹位移。截面大腔体工件由固定支撑架固定，姿态固定不动。截面小腔体工件固定在移动载物车的空间多方向和多角度调整平台上，通过调整空间多方向和多角度调整平台控制截面小腔体工件的姿态调整。控制台通过控制线和移动载物车相连，控制移动载物车的移动方向以多方向和多角度调整平台的多维姿态动作调整，便于截面小腔体工件进入或退出移动。

编码光源发出编码光，高清晰度工业相机获取图像后，将图像信息输入图像数据处理计算机，图像数据处理计算机根据光源信息和图像信息，判断出被拍摄物体的相对空间姿态并计算出调整数据，据此对承载截面小腔体工件的空间多方向和多角度调整平台进行精密定量调整，最后使截面小腔体工件的截面和高清晰度工业相机的像面坐标成平行状态。然后再根据像面的对称结构，判断和计算截面小腔体工件的截面的中心位置，再调整承载截面小腔体工件的空间多方向和多角度调整平台位置，使截面小腔体工件的截面和高清晰度工业相机的像面中心重合。这个过程是动态连续进行的，实现两个腔体的安全装卸过程。

装卸过程开始时，姿态动态自调整图像测控机安放到截面大腔体工件的一端固定位置（有支架调整和支撑），截面小腔体工件在另一端进入。启动后，先进行高清晰度工业相机的像面和截面大腔体工件的截面平行调整和中心线重合调整。截面平行调整的原理是通过截面大腔体工件的截面标志图像在高清晰度工业相机像面上的投影和图像深度信息来计算平行的误差角度，然后控制调整五维精密云台；中心线重合调整是计算截面大腔体工件截面的中心坐标和高清晰度工业相机像面中心坐标的误差，调节五维精密云台的上下和左右位移实现中心线重合。这个复位过程完成了进入或退出过程的准备工作。

开始嵌入：截面小腔体工件在移动载物车的作用下，进入截面大腔体工件。由于进入过程中，中心线会再度不重合，且二腔体的载面平行度也在发生变化，必须进行动态的连续调整。因为被进入的截面大腔体工件姿态是固定的，所以只要测控运动中的截面小腔体工件即可。截面小腔体工件在进入时，其载面图像以每秒钟1－3幅的速度被摄取和计算，发现误差、姿态动态自调整图像测控机发出误差数据，由控制台接收，对移动载物车和其上的空间多方向和多角度调整平台进行调整，使截面小腔体工件的进入姿态符合进入条件，保证安装工艺的完成。

标定：图像测量是一种非接触的方法，和测量距离，光源类型等外部条件有很大的关系，所以在上边准备嵌入阶段完成后，姿态动态自调整图像测控机要在当时的条件下进行测量的标定，以保证本次图像测量在安装过程中的图像数据的精度。

本发明的有益效果是本发明的装置是在电脑图像数据的引导下，自动进行，可保证安装过程的安全和高效率，还可延伸推广到多个工件的空间安装技术上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是关键部件姿态动态自调整图像测控机结构示意图。

图中：1 截面大腔体工件；2固定支撑架；3 截面小腔体工件；

4空间多方向和多角度调整平台； 5移动载物车； 6车轮 ； 7控制线；

8 控制台；9网线；10  网络交换机；11 其他附属设备；

12图像数据处理计算机； 12  支架；  14姿态动态自调整图像测控机；

15辅助光源；　16编码光源；　 17Ｚ形支撑架；    18微型工业控制计算机；    19  五维精密云台控制器；   20云台控制线；  21   五维精密云台；

22 高清晰工业相机；   23 底座。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例

横截面为不规则图形或圆形的截面大腔体工件1，截面稍大；腔体的中心轴线可以是直的，也可以是弯的；截面小腔体工件３和截面大腔体工件１是一样形状的腔体工件，但是截面要小于截面大腔体工件１，长度也可以不一样，截面大腔体工件１在固定支撑架２上，理论上截面小腔体工件３可以进入截面大腔体工件１，也可以退出来，要求在截面小腔体工件３进入或退出截面大腔体工件１时，不许发生任何碰触，允许截面小腔体工件３进入截面大腔体工件１时，任意位置最小间距５毫米，同时要求在截面大腔体工件１和截面小腔体工件３上不允许安装任何其他物体。

见图２，23是底座， 五维精密云台21固定在底座23的上部前端，Ｚ形支撑架17有一定的刚性，固定在五维精密云台21的台面上，和云台的台面一起运动，高精密工业相机22　固定在云台21台面上的Ｚ形支撑架17的上位面上，编码光源16固定在云台21台面上的Ｚ形支撑架17的下位面上，辅助光源15固定在编码光源16上，微型工业控制计算机18固定在底座23的上部后端，五维精密云台控制器19固定在1８的上部，云台控制连线20连接五维精密云台21。

安装截面大腔体工件１和截面小腔体工件３的过程见图１，所有的部分都在地平面上。

截面大腔体工件1由固定支撑架2固定，是不动的，截面小腔体工件3固定在多方向和多角度调整平台4上，多方向和多角度调整平台4固定在移动载物车5上，车轮6在移动载物车5下，控制台8通过控制线7和移动载物车5相连，控制移动载物车5的移动方向和多方向和多角度调整平台4的姿态调整动作。

系统以网络交换机10为信息交换中心，通过网线9连接移动控制台8；通过网线9连接图像数据处理计算机12；通过网线9连接其他附属设备11；通过网线9连接姿态动态自调整图像测控机14；支架13在姿态动态自调整图像测控机14的下面，支撑姿态动态自调整图像测控机14，并可以调整其位置。

Claims (2)

1.一种二腔体工件空间嵌入/退出装卸图像自动测控装置，其特征在于，该装置包括高清晰度工业相机、编码光源、辅助光源、微型工业控制计算机和五维精密云台，高清晰度工业相机、编码光源、辅助光源安装在五维精密云台的台面Z形支撑架上；五维精密云台由图像数据处理计算机发出的数据控制做姿态变换运动；

五维精密云台固定在底座的上部前端；高清晰度工业相机固定在云台台面上的Z形支撑架的上位面上，编码光源固定在五维精密云台台面上的Z形支撑架的下位面上，辅助光源固定在编码光源上，微型工业控制计算机固定在底座的上部后端，五维精密云台控制器固定在微型工业控制计算机上面；

截面大腔体工件由固定支撑架固定，姿态固定不动；截面小腔体工件固定在移动载物车的空间多方向和多角度调整平台上，通过调整空间多方向和多角度调整平台控制截面小腔体工件的姿态调整；控制台通过控制线和移动载物车相连，控制移动载物车的移动方向以多方向和多角度调整平台的多维姿态动作调整，便于截面小腔体工件进入或退出移动。

2.权利要求1所述的装置的使用方法，其特征在于，装卸过程开始时，姿态动态自调整图像测控机安放到截面大腔体工件的一端固定位置，截面小腔体工件在另一端进入；启动后，先进行高清晰度工业相机的像面和截面大腔体工件的截面平行调整和中心线重合调整；截面平行调整的原理是通过截面大腔体工件的截面标志图像在高清晰度工业相机像面上的投影和图像深度信息来计算平行的误差角度，然后控制调整五维精密云台；中心线重合调整是计算截面大腔体工件截面的中心坐标和高清晰度工业相机像面中心坐标的误差，调节五维精密云台的上下和左右位移实现中心线重合；这个复位过程完成了进入或退出过程的准备工作；

开始嵌入：截面小腔体工件在移动载物车的作用下，进入截面大腔体工件；由于进入过程中，中心线会再度不重合，且二腔体的载面平行度也在发生变化，必须进行动态的连续调整；截面小腔体工件在进入时，其载面图像以每秒钟1－3幅的速度被摄取和计算，发现误差、姿态动态自调整图像测控机发出误差数据，由控制台接收，对移动载物车和其上的空间多方向和多角度调整平台进行调整，使截面小腔体工件的进入姿态符合进入条件，保证安装工艺的完成；

标定：姿态动态自调整图像测控机要在当时的条件下进行测量的标定，以保证本次图像测量在安装过程中的图像数据的精度。