CN111923044B - 一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法，腕臂包括平腕臂和斜腕臂，平腕臂固定连接有两个相互平行的第一连接板，第一连接板上开设有若干个第一销孔，第二连接板上开设有若干个第二销孔，方法包括如下步骤：S1、将第二连接板插入到两个第一连接板之间；S2、利用相机沿第一销孔的轴向对第一销孔进行拍摄得到相对位置图像；S3、对相对位置图像进行解析得到第一销孔的透光面积；S4、若第一销孔的透光面积小于或者等于预设的阈值则调整第二连接板的位置然后返回S2，若第一销孔的透光面积大于预设的阈值则将销轴插入到第一销孔中。本发明提供一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法及装置，能够精确地安装销孔，进而实现平腕臂和斜腕臂的连接。

Description

一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法及装置

技术领域

本发明涉及腕臂加工技术领域，具体的说是一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法及装置。

背景技术

在牵引供电系统中，腕臂是接触网的重要组成部分，腕臂通常安装在支柱的上部，用于支撑接触悬挂，并且起到传递负荷的作用，腕臂一般使用圆形钢管制成，长度与接触悬挂的结构高度、支柱侧面限界以及支柱所处位置等因素相关。随着技术的发展，腕臂结构也不断发生变化，目前已经逐渐开始使用简统化腕臂。简统化腕臂主要由平腕臂、斜腕臂、组合承力索座、铝合金支撑、支撑连接器、组合定位环、管帽和定位器等部件组成。其中平腕臂和斜腕臂主要通过销轴相连接，腕臂固定连接有两个相互平行的第一连接板，第一连接板上开设有若干个第一销孔，第二连接板上开设有若干个第二销孔。在现有的腕臂加工技术中，平腕臂与斜腕臂的合装过程是一个难点，因为要完成销轴的自动安装必须使第一销孔和第二销孔完全对齐，受限于部件加工误差和移动过程的误差，现有技术中尚缺乏能够实现销轴精确安装的方法。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法及装置，能够精确地安装销孔，进而实现平腕臂和斜腕臂的连接。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法，所述腕臂包括平腕臂和斜腕臂，平腕臂固定连接有两个相互平行的第一连接板，第一连接板上开设有若干个第一销孔，第二连接板上开设有若干个第二销孔，所述方法包括如下步骤：

S1、将所述第二连接板插入到两个所述第一连接板之间；

S2、利用相机沿所述第一销孔的轴向对第一销孔进行拍摄得到相对位置图像；

S3、对相对位置图像进行解析得到第一销孔的透光面积；

S4、若第一销孔的透光面积小于或者等于预设的阈值则调整第二连接板的位置然后返回S2，若第一销孔的透光面积大于预设的阈值则将所述销轴插入到第一销孔中。

作为上述用于加工腕臂的销轴精确安装方法的进一步优化：S1的具体方法为：

S11、选定用于移动所述第二连接板的机器人，并且对机器人进行手眼标定得到相机坐标系与机器人坐标系的映射关系；

S12、利用机器人将第二连接板插入到两个所述第一连接板之间。

作为上述用于加工腕臂的销轴精确安装方法的进一步优化：S2的具体方法为：

S21、将所述相机设置在其中一个所述第一连接板的侧方，并且相机朝向所述第一销孔；

S22、在另外一个第一连接板的侧方设置背光光源，并且背光光源朝向第一销孔；

S23、启动背光光源后利用相机对第一销孔进行拍摄得到所述相对位置图像。

作为上述用于加工腕臂的销轴精确安装方法的进一步优化：S4中，调整所述第二连接板位置的具体方法为：

S41、从所述相对位置图像中提取所述第二销孔的轮廓线；

S42、根据第二销孔的轮廓线计算第二销孔相对于所述第一销孔的偏离值，并且将偏离值表示为向量；

S43、利用所述机器人移动根据偏离值所述第二连接板。

作为上述用于加工腕臂的销轴精确安装方法的进一步优化：S41的具体方法为：

S411、从所述相对位置图像中提取出所述第一销孔的透光区域的轮廓线；

S412、对透光区域的轮廓线进行边缘分割去除掉第一销孔的轮廓线，得到所述第二销孔的轮廓线。

作为上述用于加工腕臂的销轴精确安装方法的进一步优化：S42的具体方法为：

S421、根据所述第二销孔的轮廓线通过最小二乘法拟合求出第二销孔的圆心在相机坐标系下的坐标；

S422、通过相机坐标系与机器人坐标系的映射关系求出第二销孔的圆心在机器人坐标系下的坐标；

S423、计算在机器人坐标系下第二销孔的圆心与所述第一销孔的圆心之间的距离作为第二销孔相对于第一销孔的偏离值。

一种用于加工完毕的销轴精确安装装置，用于实现上述的方法，包括相机、背光光源和机器人，相机和背光光源分别位于平腕臂的两侧，并且相机和背光光源分别朝向两个所述第一销孔，机器人用于移动所述第二连接板。

有益效果：本发明能够确保销轴能够顺利穿过第一销孔和第二销孔将第一连接板和第二连接板连接起来，进而实现平腕臂和斜腕臂的连接。

附图说明

图1是销轴的安装方式示意图；

图2是本发明安装装置的整体结构示意图；

图3是安装方法中第二连接板插入到两个第一连接板之间时的相对位置图像示意图；

图4是安装方法中第一次调整之后的相对位置图像示意图；

图5是安装方法中第一销孔和第二销孔完全对齐时的相对位置图像示意图。

附图说明：1-平腕臂，2-斜腕臂，3-第一连接板，4-第一销孔，5-第二连接板，6-第二销孔，7-销轴，8-相机，9-背光光源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至5，一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法，腕臂包括平腕臂1和斜腕臂2，平腕臂1固定连接有两个相互平行的第一连接板3，第一连接板3上开设有若干个第一销孔4，第二连接板5上开设有若干个第二销孔6，方法包括S1至S4。

S1、将第二连接板5插入到两个第一连接板3之间。

S2、利用相机8沿第一销孔4的轴向对第一销孔4进行拍摄得到相对位置图像。相对位置图像用于表征当前第一连接板3和第二连接板5的相对位置，因为相机8是沿第一销孔4的轴向对第一销孔4拍摄的，所以在相对位置图像中第一销孔4和第二销孔6都为圆形，后续可以根据第一销孔4的圆心和第二销孔6的圆心确定第一连接板3和第二连接板5的相对位置。

S3、对相对位置图像进行解析得到第一销孔4的透光面积。因为相机8的拍摄对象是第一销孔4，所以能够感应到穿过第一销孔4的光线，当第一销孔4和第二销孔6完全对齐，销轴7能够顺利穿过第一销孔4和第二销孔6的时候，透光面积与第一销孔4的截面积相等，当第一销孔4和第二销孔6不完全对齐的时候，透光面积小于第一销孔4的截面积，因此通过计算第一销孔4的截面积能够判断当前状态下销轴7能否顺利穿过第一销孔4和第二销孔6。此外，因为相机8的位置是固定的，因此相对位置图像的尺寸及其对应的实际环境的面积都是固定的，因此能够通过计算透光区域中像素点总数占相对位置图像像素点总数的比例来计算出透光区域的面积，是本领域的常规技术手段，不再赘述。

S4、若第一销孔4的透光面积小于或者等于预设的阈值则调整第二连接板5的位置然后返回S2，若第一销孔4的透光面积大于预设的阈值则将销轴7插入到第一销孔4中。在实际情况中，因为销轴7穿过第一连接板3和第二连接板5的过程中会对第一销孔4和第二销孔6的内壁产生挤压，并且第一销孔4和第二销孔6的孔径均略大于销轴7的直径，因此实际上只要第一销孔4和第二销孔6的连通面积大于销轴7的截面积即可，又因为第一销孔4和第二销孔6的连通面积在相对位置图像中直接表现为透光面积，因此能够直接利用透光面积判断销轴7能够顺利安装。预设的阈值可以设置为销轴7的截面积，在实际应用中根据需求进行确定即可。因为腕臂加工过程中的误差以及第二连接板5移动过程中的误差是难以避免的，因此很难一次使第一销孔4和第二销孔6完全对齐，通过不断修正的方式，可以确保最终将第一销孔4和第二销孔6完全对齐。

采用本方法，能够确保销轴7能够顺利穿过第一销孔4和第二销孔6将第一连接板3和第二连接板5连接起来，进而实现平腕臂1和斜腕臂2的连接。

S1的具体方法为S11至S12。

S11、选定用于移动第二连接板5的机器人，并且对机器人进行手眼标定得到相机坐标系与机器人坐标系的映射关系。机器人可以采用六轴机器人，具有更高的灵活度，便于精确控制斜腕臂2的位置，进而精确对第二连接板5的位置进行调整。通过对相机8和机器人进行手眼标定完成坐标系转换，能够快速地根据相对位置图像对机器人进行控制，提高了安装效率，相机8与机器人的手眼标定是本领域的常规技术，在此不在赘述。

S12、利用机器人将第二连接板5插入到两个第一连接板3之间。

S2的具体方法为S21至S23。

S21、将相机8设置在其中一个第一连接板3的侧方，并且相机8朝向第一销孔4。

S22、在另外一个第一连接板3的侧方设置背光光源9，并且背光光源9朝向第一销孔4。考虑到腕臂装配现场环境复杂，并且平腕臂1和斜腕臂2都需要进行支撑，这就导致第一销孔4中透出的光线非常微弱，进而导致无法顺利地计算透光面积，因此增加了背光光源9，通过背光光源9保证相对位置图像的亮度，确保能够准确地计算出透光面积。

S23、启动背光光源9后利用相机8对第一销孔4进行拍摄得到相对位置图像。

S4中，调整第二连接板5位置的具体方法为S41至S43。

S41、从相对位置图像中提取第二销孔6的轮廓线。

S42、根据第二销孔6的轮廓线计算第二销孔6相对于第一销孔4的偏离值，并且将偏离值表示为向量。第二销孔6与第一销孔4之间的偏离值主要用于表征第二销孔6与第一销孔4的相对位置，因此包括了距离和方向两个因素，所以偏离值需要表示为向量。

S43、利用机器人移动根据偏离值第二连接板5。

S41的具体方法为S411至S412。

S411、从相对位置图像中提取出第一销孔4的透光区域的轮廓线。

S412、对透光区域的轮廓线进行边缘分割去除掉第一销孔4的轮廓线，得到第二销孔6的轮廓线。因为相机8和第一连接板3的位置都是固定的，因此在相对位置图像中第一销孔4的轮廓线也是固定的，所以从透光区域的轮廓线中直接将第一销孔4的轮廓线去除掉即可得到第二销孔6的轮廓线，简单快捷。

S42的具体方法为S421至S423。

S421、根据第二销孔6的轮廓线通过最小二乘法拟合求出第二销孔6的圆心在相机坐标系下的坐标。最小二乘法拟合是本领域的常规技术，在此不再赘述。

S422、通过相机坐标系与机器人坐标系的映射关系求出第二销孔6的圆心在机器人坐标系下的坐标。

S423、计算在机器人坐标系下第二销孔6的圆心与第一销孔4的圆心之间的距离作为第二销孔6相对于第一销孔4的偏离值，第二销孔6与第一销孔4之间的连线在机器人坐标系中的角度即可作为偏离值的角度。

图3至5是本方法的相对位置图像的一个实例，其中白色区域为透光区域，灰色区域为不透光区域，圆形圆心为第一销孔4的圆形，方形圆心为第二销孔6的圆心，在实际情况中两个圆心均不存在，仅为了便于区分第一销孔4和第二销孔6而增加。通过图3至5可以看出，通过多次调整，能够实现第一销孔4和第二销孔6完全对齐的效果，最红保证销轴7能够顺利将平腕臂1和斜腕臂2连接起来。

一种用于加工完毕的销轴精确安装装置，用于实现上述的方法，包括相机8、背光光源9和机器人，相机8和背光光源9分别位于平腕臂1的两侧，并且相机8和背光光源9分别朝向两个第一销孔4，机器人用于移动第二连接板5。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法，所述腕臂包括平腕臂（1）和斜腕臂（2），平腕臂（1）固定连接有两个相互平行的第一连接板（3），第一连接板（3）上开设有若干个第一销孔（4），第二连接板（5）上开设有若干个第二销孔（6），其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1、将所述第二连接板（5）插入到两个所述第一连接板（3）之间；

S1的具体方法为：

S11、选定用于移动所述第二连接板（5）的机器人，并且对机器人进行手眼标定得到相机坐标系与机器人坐标系的映射关系；

S12、利用机器人将第二连接板（5）插入到两个所述第一连接板（3）之间；

S2、利用相机（8）沿所述第一销孔（4）的轴向对第一销孔（4）进行拍摄得到相对位置图像；

S2的具体方法为：

S21、将所述相机（8）设置在其中一个所述第一连接板（3）的侧方，并且相机（8）朝向所述第一销孔（4）；

S22、在另外一个第一连接板（3）的侧方设置背光光源（9），并且背光光源（9）朝向第一销孔（4）；

S23、启动背光光源（9）后利用相机（8）对第一销孔（4）进行拍摄得到所述相对位置图像；

S3、对相对位置图像进行解析得到第一销孔（4）的透光面积；

S4、若第一销孔（4）的透光面积小于或者等于预设的阈值则调整第二连接板（5）的位置然后返回S2，若第一销孔（4）的透光面积大于预设的阈值则将所述销轴（7）插入到第一销孔（4）中；

S4中，调整所述第二连接板（5）位置的具体方法为：

S41、从所述相对位置图像中提取所述第二销孔（6）的轮廓线；

S42、根据第二销孔（6）的轮廓线计算第二销孔（6）相对于所述第一销孔（4）的偏离值，并且将偏离值表示为向量；

S43、利用所述机器人移动根据偏离值所述第二连接板（5）。

2.如权利要求1所述的一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法，其特征在于：S41的具体方法为：

S411、从所述相对位置图像中提取出所述第一销孔（4）的透光区域的轮廓线；

S412、对透光区域的轮廓线进行边缘分割去除掉第一销孔（4）的轮廓线，得到所述第二销孔（6）的轮廓线。

3.如权利要求2所述的一种用于加工腕臂的销轴精确安装方法，其特征在于：S42的具体方法为：

S421、根据所述第二销孔（6）的轮廓线通过最小二乘法拟合求出第二销孔（6）的圆心在相机坐标系下的坐标；

S422、通过相机坐标系与机器人坐标系的映射关系求出第二销孔（6）的圆心在机器人坐标系下的坐标；

S423、计算在机器人坐标系下第二销孔（6）的圆心与所述第一销孔（4）的圆心之间的距离作为第二销孔（6）相对于第一销孔（4）的偏离值。

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