CN113280760A - 一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精密微小零件自动装配技术领域，提供了一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法。通过竖直方向机器视觉，测量组成万向支架的框架类组件中任意两个零件的偏心量，通过水平方向机器视觉，测量两个零件特征端面的相对偏转角，建立误差补偿模型，计算该角度引起竖直方向机器视觉测量偏心量的误差，补偿到偏心量测量的结果中，即得到两个零件的真实偏心量，解决单机器视觉测偏心量时，因两个零件相对不平行状态难以确定，导致两个零件的偏心量测量结果不同。该发明为微小框架组件自动装配后提供了精确的偏心量测量结果，从而直接影响后续偏心量的自动调整，能够提高精密装配的准确性和效率。

Description

一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法
技术领域
本发明属于精密微小零件自动装配技术领域，涉及一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法。
背景技术
随着精密微小零件自动化装配技术的不断发展，对陀螺仪等带有框架类组件的装配偏心量精度要求越来越高，其装配精度直接影响该类零件的使用性能，偏心量的精确测量则是精密装配的必要前提，待测零件的特征端面的不平行则是影响测量结果的重要因素。此外，基于机器视觉的偏心量自动测量方法能够提高工作效率，符合自动化装配的核心思想。
目前投入生产使用的偏心量测量方法多为接触式测量方法，即通过电感测微仪或者三坐标测量仪等工具，将测头打在被测两圆环中的其中一个，转动另一个圆环，电感测微仪的读数最大与最小的差值即为偏心量。由于其为接触式测量，因此测量结果会受到接触力的影响，同时需要设计专门的夹具来固定零件进行测量，基准统一问题也需要考虑。
公开号为CN112344884A的专利，公开了一种用于框架组件的偏心量和间隙测量装置，运用单机器视觉测量两个零件特征端面的偏心量，然而，针对万向支架类组件的特点，任意两个零件之间均有一个旋转自由度未被完全限制，当两个零件相对不平行时，其特征端面的两个中心发生相对位移，造成偏心量测量的误差，此方法不再适用。
本发明结合框架类组件的特点，在与测量方向垂直的方向上增加一套机器视觉，此时可测量两个零件的相对偏转角度，将该角度带入建立的误差补偿模型，即可得到测量方向的测量偏心量误差，提高偏心量测量精度。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对目前使用机器视觉测量框架类组件的偏心量，因被测端面不平行状态难以完全确定，导致的偏心量测量结果不准确问题。本发明提供一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法，在竖直方向的相机测量偏心量的基础上，在零件水平方向增加一个相机测量零件的倾斜程度，计算得两个零件的特征端面的相对偏转角度，将偏转角度带入建立的偏心量测量误差补偿模型，补偿竖直方向相机测得的偏心量。
本发明的技术方案如下：
一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法，基于竖直机器视觉测量框架类组件的偏心量时，在水平方向上增加一套水平机器视觉，用来测量组成框架类组件的零件特征端面不平行导致的偏转角度，将偏转角度带入建立的误差补偿模型，对竖直机器视觉测量偏心量进行补偿；
具体方法表现为：
步骤一：通过精密位移滑台带动水平相机移动，使零件的目标特征出现在相机视野中，继续调整相机在景深方向移动，使目标特征呈现最清晰的状态，此时具有偏心量要求的两个零件的特征端面的不平行，在水平相机的视野中，表现为两条不平行的直线，由于水平相机视场和景深较小，待测零件的目标特征实际为一条弧线，所以需要精密位移滑台带动水平相机移动至不同位置采集照片，以获取清晰完整的目标特征；
步骤二：将水平相机采集的图片，通过数字图像处理方法，使目标特征显示为可扫点状态，通过扫描目标特征，拟合出两条倾斜直线，直线斜率的反正切即偏转角，计算两个零件的相对偏转角，带入已经建立的误差补偿模型，计算得到需要补偿的值；
步骤三：竖直相机移动到零件正上方，使目标轮廓清晰，采集照片并进行数字图像处理，提取两个零件的目标特征轮廓，将两轮廓之间在水平方向上的左侧间隙减去右侧间隙，即为两个零件在这个方向的偏心，将步骤二中计算的补偿值补偿到该方向测量的偏心，得到水平方向偏心值，同理可计算垂直此方向两个零件的偏心及补偿值，对两个方向计算的偏心值用勾股定理即可得到两个零件的偏心量。
所述的误差补偿模型具体如下：组成框架类组件的零件不平行的原因，是由于零件绕框架的连接轴旋转，零件特征端面和旋转中心有距离，导致零件特征端面中心偏移，该中心偏移值，等于水平面内垂直旋转轴方向两零件目标轮廓的前后间隙变化值相加的一半，该方向上，两个零件旋转前的单侧间隙即为两零件目标特征轮廓距中心位置差，两个零件旋转后的单侧间隙为两个零件旋转后的目标特征轮廓距中心位置在旋转前的平面上投影的差，单侧间隙变化值即为两次计算得到的距中心位置差的差，同理可计算另一侧目标轮廓间隙变化值，前后两侧间隙变化值相加的一半，即为该方向上单机器视觉测量两个不平行特征端面偏心的误差补偿值。
本发明的有益效果：
(1)基于单机器视觉测量偏心量时，两个零件不平行，导致两个零件的中心偏移引起的测量不准确问题，增加水平相机获取两个零件的不平行度，通过建立的补偿模型，对测量偏心量的测量误差进行补偿；
(2)解决框架类组件装配结束后，有偏心量要求的两个零件平行状态不确定，导致每次误差补偿值不同的问题，弥补采用提前标定相关平面的不平行度，补偿固定值到偏心量测量结果中的缺陷；
(3)建立了单机器视觉测量偏心量的误差补偿模型，测量得到两个零件相对偏转角，计算得需要补偿得值，提高自动化测量效率；
(4)此方法为非接触式测量方法，采用机器视觉和图像处理技术，能够提高测量的效率且不会对零件产生接触损伤。
附图说明
图1为双机器视觉测量偏心量装置的示意图。
图2为所述框架组件示意图。
图3为所述水平相机成像简化图。
图4为所述偏心量测量误差补偿模型。
图5为所述竖直相机成像简化图。
图中：1水平光源、2水平机器视觉镜头、3水平相机、4X轴精密位移滑台、5Y轴精密位移滑台、6工装夹具、7X轴精密位移滑台、8Y轴精密位移滑台、9Z轴精密位移滑台、10竖直相机、11竖直机器视觉镜头、12竖直光源、 13零件内环外上端面轮廓、14零件外环上端面外轮廓、15螺轴、CD为零件内环上端面外轮廓、AB为零件旋转前外环上端面外轮廓、A1B1为零件旋转后外环上端面外轮廓、E和F为直线交点、O为旋转中心、X为外环上端面外轮廓半径， Y为外环上端面外轮廓距离旋转中心垂直距离、tanα等于Y除以X的值、θ为两个零件相对偏转角度、(Δ1+Δ2)/2为偏心量测量误差补偿值。
具体实施方式
接下来结合附图和技术方案，对本发明的具体实施方式进行详细介绍。
本发明为一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法，测量装置如图 1，所用的装置包括水平机器视觉模块1，竖直机器视觉模块2，零件固定模块3，通过三个模块的配合，可以将具有偏心量要求的两个圆环(如图2所示)，在任意不平行状态下，引起的基于单机器视觉测量偏心量的误差，进行准确补偿；
所述水平机器视觉模块1，主要由水平光源1、水平机器视觉镜头2、水平相机3、X轴精密位移滑台4、Y轴精密位移滑台5组成，所述X轴精密位移滑台4和Y轴精密位移滑台5带动水平相机3移动到拍照清晰的位置，水平光源 1调节光照强度，使目标特征呈现清晰的状态；
所述竖直机器视觉模块2，主要由X轴精密位移滑台7、Y轴精密位移滑台 8、Z轴精密位移滑台9、竖直相机10、竖直机器视觉镜头11、竖直光源12组成，同样X轴精密位移滑台7、Y轴精密位移滑台8和Z轴精密位移滑台9带动竖直相机10移动到拍照清晰的位置，竖直光源12通过控制光照强度使目标轮廓呈现清晰的状态；
所述零件固定模块3，主要由零件工装夹具6组成，所述工装夹具6夹持零件，防止装配零件过程中零件位置发生偏移。
具体偏心量测量误差补偿方法如下：
(1)X轴精密位移滑台4和Y轴精密位移滑台5带动水平相机3移动到拍摄零件内环上端面外轮廓13和零件外环上端面外轮廓14最清晰的位置，此时两个特征端面的相对不平行，在水平相机3的视野中，表现为两条不平行的直线，如图3中13、14两条直线；
(2)水平相机3采集图片，通过数字图像处理方法将相机采集的图片进行处理，使处理后的图片呈现出清晰的目标特征，通过扫描目标特征，拟合出两条倾斜直线，将其斜率分别保存下来，直线斜率的反正切即偏转角，计算两个零件的偏转角θ，带入建立的误差补偿模型(如图4)，
Figure RE-GDA0003154989820000051
Figure RE-GDA0003154989820000052
计算得到竖直机器视觉测量偏心量时需要补偿的值(Δ1+Δ2)/2；
(3)X轴精密位移滑台7、Y轴精密位移滑台8和Z轴精密位移滑台9带动竖直相机10移动到零件正上方拍照清晰位置，竖直光源12通过控制光照强度使目标轮廓呈现最清晰的状态，如果两个零件不平行，此时竖直相机的成像如图5所示；
(4)竖直相机10采集图片，对采集的照片进行数字图像处理，提取两个圆环的目标轮廓，两个目标轮廓之间水平方向左侧间隙减去右侧间隙的一半，即为两圆在这个方向的偏心，同理可计算垂直此方向两个目标轮廓的偏心，并将步骤2中计算得到的因两个零件不平行引起的误差值(Δ1+Δ2)/2补偿到该偏心值，将两个方向上的偏心值，通过勾股定理计算得两个零件的偏心量。

Claims (2)

1.一种基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法，其特征在于：基于竖直机器视觉测量框架类组件的偏心量时，在水平方向上增加一套机器视觉，用来测量组成框架类组件的零件特征端面不平行导致的偏转角度，将偏转角度带入建立的误差补偿模型，对竖直机器视觉测量的偏心量进行补偿；
具体方法表现为：
步骤一：通过精密位移滑台带动水平相机移动，使零件的目标特征出现在相机视野中，继续调整相机在景深方向移动，使目标特征呈现最清晰的状态，此时具有偏心量要求的两个零件的特征端面的不平行，在水平相机的视野中，表现为两条不平行的直线，由于水平相机视场和景深较小，待测零件的目标特征实际为一条弧线，所以需要精密位移滑台带动水平相机移动至不同位置采集照片，以获取清晰完整的目标特征；
步骤二：将水平相机采集的图片，通过数字图像处理方法，使目标特征显示为可扫点状态，通过扫描目标特征，拟合出两条倾斜直线，直线斜率的反正切即偏转角，计算两个零件的相对偏转角，带入已经建立的误差补偿模型，计算得到需要补偿的值；
步骤三：竖直相机移动到零件正上方，使目标轮廓清晰，采集照片并进行数字图像处理，提取两个零件的目标特征轮廓，将两轮廓之间在水平方向上的左侧间隙减去右侧间隙，即为两个零件在这个方向的偏心，将步骤二中计算的补偿值补偿到该方向测量的偏心，得到水平方向偏心值，同理可计算垂直此方向两个零件的偏心及补偿值，对两个方向计算的偏心值用勾股定理即可得到两个零件的偏心量。
2.根据权利要求1所述的基于双机器视觉的偏心量测量误差补偿方法，其特征在于：所述的误差补偿模型具体如下：组成框架类组件的零件不平行的原因，是由于零件绕框架的连接轴旋转，零件特征端面和旋转中心有距离，导致零件特征端面中心偏移，该中心偏移值，等于水平面内垂直旋转轴方向两零件目标轮廓的前后间隙变化值相加的一半，该方向上，两个零件旋转前的单侧间隙即为两零件目标特征轮廓距中心位置差，两个零件旋转后的单侧间隙为两个零件旋转后的目标特征轮廓距中心位置在旋转前的平面上投影的差，单侧间隙变化值即为两次计算得到的距中心位置差的差，同理可计算另一侧目标轮廓间隙变化值，前后两侧间隙变化值相加的一半，即为该方向上单机器视觉测量两个不平行特征端面偏心的误差补偿值。
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