CN111210469B - 基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法，包括：基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统；根据预设方式在位移参量测量系统中进行机器人机加工的位移参量测量实验，并获取位移参量测量实验中的所有散斑图像；对所有散斑图像进行处理，获取机器人机加工的位移参量。本发明方法可实现机器人机加工的主轴振动位移的测量，用于对不同型号的工业机器人的机加工性能进行评估；还可进行不同加工工艺参数、不同位姿下的工业机器人机加工振动位移测量，有益于进行工业机器人机加工振动建模研究，进一步可实现对机加工振动的有效抑制。

Description

基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法

技术领域

本发明涉及机器人的机加工技术领域，尤其涉及一种基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法。

背景技术

近年来，随着智能化的程度提高，机器人已经广泛应用于生产领域，例如抓取、喷涂、焊接等。在机器人末端安装主轴及相应刀具，还可用于机加工，相较于传统机床具有灵活性高、加工范围大、成本低的优点，通过位姿变换还能够轻易加工零件的复杂部位，避免主轴与零件产生干涉。但机器人由于自身串联多连杆的特性，刚度远低于传统数控机床，机加工过程中振动问题较为严重，导致刀具磨损严重、加工零件表面质量差等问题，这也是机器人在机加工领域大量应用的重要阻碍。

目前，对于机器人机加工振动问题的研究主要集中在理论分析和建模方面，但理论所得出的结果与实际相差较大，需要通过实验的方法进行测量。而现有的实验技术只能测得机器人在机加工过程中的力、加速度数据，无法直接测得振动位移，而振动位移又是影响被加工工件精度和表面粗糙度的直接参数。因此亟需一种测量方法对机器人机加工过程的主轴的振动位移进行精确测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对于机器人机加工过程主轴的振动位移没有较好的精确测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法，包括：

基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统；

根据预设方式在所述位移参量测量系统中进行所述机器人机加工的位移参量测量实验，并获取所述位移参量测量实验中的所有散斑图像；

对所有所述散斑图像进行处理，获取所述机器人机加工的位移参量。

优选地，所述机器人机加工位移参量包括所述机器人机加工的主轴振动位移。

优选地，基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统步骤包括：

设定所述位移参量测量系统包括机器人、设置于所述机器人末端的主轴、安装于所述主轴上的加工工具、待加工工件以及对应于所述主轴设置的数字图像测量装置；

设定所述数字图像测量装置包括设置在所述主轴上的散斑部、拍摄视野平行于所述散斑部的预设相机、摄影灯以及数字图像处理单元，其中，所述散斑部设置于所述主轴靠近所述加工工具的一端。

优选地，所述散斑部通过喷漆法在所述主轴末端制作而成。

优选地，根据预设方式在所述位移参量测量系统中进行所述机器人机加工的位移参量测量实验，并获取所述位移参量测量实验中的散斑图像步骤包括：

控制所述机器人处于未机加工状态，移动所述机器人主轴到加工区域，通过预设相机对所述机器人的主轴位置进行散斑部像素尺寸和实际尺寸的比例标定，并设定当前所述主轴的位置为标定位置；

控制所述机器人处于机加工状态，在所述主轴运动到所述标定位置时控制所述预设相机进行拍摄，以获取预设时间段内所述位移参量测量实验的所有散斑图像。

优选地，所述预设时间段小于1s。

优选地，设置所述预设相机的帧率大于等于主轴转速和刀具刃数之积的十二分之一。

优选地，对所有所述散斑图像进行处理，获取所述机器人机加工的位移参量步骤包括：

通过所述位移参量测量系统中数字图像测量装置的数字图像处理单元对所有所述散斑图像进行处理，获取所述机器人机加工的位移参量。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本发明实施例提供的基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法，可实现机器人机加工的主轴振动位移的测量，进一步可用于对不同型号的工业机器人的机加工性能进行评估；还可进行不同加工工艺参数、不同位姿下的工业机器人机加工振动位移测量，有益于进一步进行工业机器人机加工振动建模研究，同时还可以优化工艺参数及位姿组合，实现对机加工振动的有效抑制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了本发明实施例一基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例一基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法中一种位移参量测量系统的简化示意图；

其中，1为高速相机，2为待加工工件，3为刀具，4为散斑部，5为主轴。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

目前对于机器人机加工振动问题的研究主要集中在理论分析和建模方面，但理论所得出的结果与实际相差较大，需要通过实验的方法进行测量。而现有的实验技术只能得出机器人在机加工过程中的力、加速度数据，无法直接测得振动位移，，而振动位移又是影响被加工工件精度和表面粗糙度的直接参数。因此亟需一种测量方法对机器人机加工过程的主轴的振动位移进行准确测量。

实施例一

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法。

图1示出了本发明实施例一基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法的流程示意图；参考图1所示，本发明实施例基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法包括如下步骤。

步骤S101，基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统。

本实施例中，在进行机器人机加工位移参量测量之前，需提前搭建好位移参量测量系统，以在搭建的位移参量测量系统中进行位移参量测量实验，本发明具体基于数字图像相关技术构建位移参量测量系统。需要说明的是，利用本发明基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法可对机器人机加工中的多个位移参数进行测量，具体可利用本发明方法测量的位移参数包括机器人机加工的主轴振动位移。为了更详细地对本发明方法步骤进行说明，该步骤以及以下步骤均会以机器人机加工的主轴振动位移作为测量主体进行详细地说明。且本实施例中的机器人均为工业机器人。

图2示出了本发明实施例一基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法中一种位移参量测量系统的简化示意图，参考图2所示，当将机器人机加工的主轴振动位移作为测量主体时，设定的位移参量测量系统包括工业机器人、安装在工业机器人末端上的主轴5、安装在主轴5上的加工工具、数字图像测量装置以及待加工工件2。优选地，加工工具为刀具3。同时设定数字图像测量装置包括设置在主轴5上的散斑部4、预设相机和与预设相机配套设置的摄影灯以及数字图像处理单元。其中，预设相机的拍摄视野平行于散斑部4设置，而配套设置的摄像灯则用于在测量时为预设相机提供稳定光源，摄像灯的位置可根据实际需求进行调整。同时散斑部4可直接通过喷漆法在主轴5的末端部位喷涂而成，也可先在纸张上喷涂，再将纸张粘贴在主轴5末端部位来形成。优选地，数字图像测量装置中的数字图像处理单元可选取Vic-3D 8，预设相机为MIRO LAB310的高度相机，高速相机的控制软件为Phantom Camera Control。

步骤S102，根据预设方式在位移参量测量系统中进行机器人机加工的位移参量测量实验，并获取位移参量测量实验中的所有散斑图像。

具体地，根据实际情况设置位移参量测量实验过程。当将机器人机加工的主轴振动位移作为测量主体时，首先控制工业机器人处于未机加工状态，将安装在工业机器人末端的主轴5移动到加工区域内，而后进行散斑部图像标定，并获取主轴5的标定位置。进一步上述标定位置的获取过程包括：预设相机对工业机器人主轴5上的散斑部4进行对标，得到像素尺寸和实际尺寸的比例，记录当前工业机器人主轴5的位置，设定当前工业机器人主轴5的位置为标定位置。标定位置的标定可确保工业机器人在位移参量测量过程中获取清晰的散斑图像。上述加工区域设定为：工业机器人可通过安装在主轴5末端的加工工具不进行较大移动即可对待加工工件2进行加工的区域。

标定完成之后，控制工业机器人处于正常工作的机加工状态，当工业机器人状态稳定后，选取预设时间段获取位移参量测量实验中的散斑图像。具体在预设时间段内，每当主轴5运动到标定位置时即控制高度相机进行拍摄，以获取预设时间段内位移参量测量实验的所有散斑图像。需要说明的是，为了确保散斑部4在垂直于图像表面方向的运动位移在计算时可忽略不计，需设定预设时间段时间小于1s，从而忽略主轴5在垂直于图像表面方向运动对散斑图像的影响。同时还需要根据主轴转速调整预设相机的相机帧率，以保证高度相机在一个振动周期内至少采集五张散斑图像。进一步地，高速相机1的相机帧率可通过如下公式进行计算：

其中FPS为相机帧率(单位：帧/秒)，n为主轴转速(单位：转/分钟)，t为刀具刃数。

步骤S103，对所有散斑图像进行处理，获取机器人机加工的位移参量。

具体地，对采集到的所有散斑图像进行处理，以获取测量的位移参数。对散斑图像的处理过程可以包括：选取散斑图像中心预设大小的区域为计算区域，而后通过图像处理工具对计算区域进行数据采集，再通过采集的数据人为计算出机器人机加工主轴的位移参量。但上述过程处理比较复杂，且人为计算量也较大，为此本实施例位移参量测量系统中还设置了数字图像处理单元，即可通过位移参量测量系统自带的数字图像处理单元对所有散斑图像进行处理，以获取机器人机加工的位移参量。

本发明实施例提供的基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法，可实现机器人机加工的主轴振动位移的测量，进一步可用于对不同型号的工业机器人的机加工振动性能进行评估；还可进行不同加工工艺参数、不同位姿下的工业机器人机加工振动位移测量，有益于进一步进行工业机器人机加工振动建模研究，同时还可优化工加工工艺参数及位姿组合，实现对机加工振动的有效抑制。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种基于数字图像相关技术的机器人机加工位移参量测量方法，包括：

基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统；

根据预设方式在所述位移参量测量系统中进行所述机器人机加工的位移参量测量实验，并获取所述位移参量测量实验中的所有散斑图像；

对所有所述散斑图像进行处理，获取所述机器人机加工的位移参量；

其中，所述机器人机加工位移参量包括所述机器人机加工的主轴振动位移；

且基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统步骤包括：设定所述位移参量测量系统包括主轴，设定数字图像测量装置包括设置于所述主轴上的散斑部；

根据预设方式在所述位移参量测量系统中进行所述机器人机加工的位移参量测量实验，并获取所述位移参量测量实验中的所有散斑图像步骤包括：

控制所述机器人处于未机加工状态，移动所述机器人主轴到加工区域，通过预设相机对所述的散斑部进行标定，并设定当前所述主轴的位置为标定位置；

控制所述机器人处于机加工状态，在所述主轴运动到所述标定位置时控制所述预设相机进行拍摄，以获取预设时间段内所述位移参量测量实验的所有散斑图像；

其中，所述预设时间段小于1s，所述预设相机的帧率大于等于主轴转速和刀具刃数之积的十二分之一。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于数字图像相关技术搭建机器人机加工的位移参量测量系统步骤包括：

设定所述位移参量测量系统包括机器人、设置于所述机器人末端的主轴、安装于所述主轴上的加工工具、待加工工件以及对应于所述主轴设置的数字图像测量装置；

设定所述数字图像测量装置包括拍摄视野平行于所述散斑部的预设相机、摄影灯以及数字图像处理单元，所述散斑部设置于所述主轴靠近所述加工工具的一端。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述散斑部通过喷漆法制作于所述主轴末端。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所有所述散斑图像进行处理，获取所述机器人机加工的位移参量步骤包括：

通过所述位移参量测量系统中数字图像测量装置的数字图像处理单元对所有所述散斑图像进行处理，获取所述机器人机加工的位移参量。