CN114812459A - 一种大型零部件对接位姿检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型零部件对接装配技术领域，具体涉及一种大型零部件对接位姿检测方法。本发明的目的是为降低大型零部件装配过程中的成本、提高装配效率，减少外部因素对装配精度的影响。所采用的的技术方案如下步骤：将移动部件放置在可进行各个自由度移动的姿态调节平台上，给出移动部件和固定部件位置关系；在移动部件和固定部件对接面附近设置的安装点上安装测距传感器；检测出两个部件之间的距离，计算出两个部件之间的位置偏差和对接面之间的距离：姿态调节控制系统控制姿态调节平台实现两个部件之间的轴线重合；控制姿态调节平台直至两部件安装面完全对接。本发明方法简单、实施方便、装配成本低，大大提高了检测效率，可满足大批量工业化生产的需求。

Description

一种大型零部件对接位姿检测方法

技术领域

本发明涉及大型零部件对接装配技术领域，具体涉及一种大型零部件对接位姿检测方法。

背景技术

大型零部件装配具有作业数量大、装配关系复杂等特点，随着我国工业的不断进步发展，对大型零部件装配时的精度、效率以及成本等要求越来越高。

目前检测方法原理都是通过测量角度等矢量并建立地面基准点(ERS)，来进行几个坐标系的转换获得其空间位置，涉及到很多矢量运算。在大型零部件数字化装配过程中，常用的光学、图像等检测方法，经常会受到光线遮挡等问题的影响，而另外经常使用的激光跟踪仪等设备成本高，且需要建立地面基准点(ERS)并转移到全局坐标系下，然而随着外界环境因素如温度、湿度、空气扰动尤其在检测过程中转站等因素带来的影响，ERS点会发生微小位移，偏离理论坐标值，检测精度会受到较大影响，导致在装配过程中对大型零部件的对接检测产生偏差，影响大型零部件装配整体质量。

发明内容

有鉴于此，本发明为降低大型零部件装配过程中的成本、提高装配效率，减少外部因素对装配精度的影响，提供一种大型零部件对接位姿检测方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种大型零部件对接位姿检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将移动部件放置在可进行各个自由度移动的姿态调节平台上，可移动部件的对接截面空间位置用o′x′y′z′表示；固定部件对接截面的坐标为oxyz，在执行对接前，二者存在平移位置偏差Δx，Δy，角度偏差α,β,γ，z方向为两部件对接轴方向，Δz为两对接面之间的距离；

步骤2：在移动部件和固定部件对接面附近设置的安装点，安装点上安装测距传感器，来持续检测移动部件与固定部件对应点之间的距离；

步骤3：通过利用测距传感器检测出两个部件之间的距离，利用空间位置求解算法，计算出两个部件之间的位置偏差Δx，Δy，α,β,γ和对接面之间的距离Δz；

步骤4：将求解的两部件之间空间位置偏差数据发送到姿态调节控制系统，由该系统控制姿态调节平台实现两个部件之间的轴线重合；

步骤5：控制姿态调节平台，将可移动部件向固定部件靠近，此过程中持续检测和调整可移动部件姿态，直至两部件安装面完全对接，此时可移动部件的位置偏差和z项距离都为零，即：Δx＝0，Δy＝0，α＝0，β＝0，γ＝0，Δz＝0。

步骤2中的测距传感器随着部件之间姿态变化不断实现连续监测对应点之间距离，传感器带有连接两部件对应点的拉绳，且拉绳可以随着距离的变化自行伸缩。

步骤2中的安装点为连接法兰孔位置。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

本发明不同于常用的激光跟踪仪等设备需要建立地面基准点和坐标系转换等方法来确定具体的矢量方位，只需要根据移动部件和固定部件对应点位置间的距离这几个标量数据就可以正确确定机身在装配过程中的姿态，方法简单，实施方便，大大提高了检测效率。

本发明只需要根据移动部件和固定部件对应点位置间的距离这几个标量数据就可以正确确定机身在装配过程中的姿态，得到的位置数据不仅可以用于自动控制装配过程，也可以用于辅助人工调节。相对于光学、图像等检测方法，可以避免光线遮挡问题，提高姿态的检测精度，减少装配成本，降低人工的工作强度，提高装配效率。

本发明采用可以伸缩的接触式传感器能够不间断检测两部件之间多点距离，因此可以实时进行测量，而且测量精度高，设备成本低，减少了装配成本，大幅提高整体的检测效率，满足大批量工业化生产的需求。

附图说明

图1为本发明的大型零部件对接位姿检测方法原理示意图；

图2为本发明在移动部件姿态调节后与固定部件的对应点重合且完成对接时的示意图；

图3为本发明的具体实例1的方法示意图；

图4为本发明的具体实例2的方法示意图；

图5为本发明的具体实例3的方法示意图。

标记说明：1、可移动部件；2、固定部件；3、传感器测距拉绳；4、测距传感器；5、姿态调节平台；6、姿态调节控制系统；7、固定支座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明大型零部件对接位姿检测方法原理如图1所示，包括可进行各个自由度移动的姿态调节平台5和固定支座7，可移动部件1放置于姿态调节平台5上，固定部件2设置于固定支座7上，可移动部件1与固定部件2相对面连接法兰孔位置安装测距传感器4，测距传感器4与姿态调节控制系统6电性连接。

上述测距传感器4是一种可以随着部件之间姿态变化不断可以实现连续监测对应点之间距离，传感器带有可连接两部件对应点的拉绳，且拉绳可以随着距离的变化自行伸缩，可以为拉绳位移传感器等。

姿态调节控制系统6通过检测出可移动部件1与固定部件2对应点间的距离，利用对应点之间距离的数学关系或者根据距离之间的变化趋势来控制大部件的空间姿态，进而控制调整可动部件在装配过程中的姿态，构建出部件装配过程中的姿态自动调节系统。在整个装配过程中传感器持续检测部件对应点之间的距离，控制系统不断调节对接部件的空间姿态，直到两部件的对应点重合完成对接。

本发明传感器确定两部件的空间位置关系，不仅可以用于自动控制装配过程，也可以用于人工装配大部件过程。

本实施例提供一种大型零部件对接位姿检测方法，包括如下步骤：

将移动部件放置在可以进行各个自由度移动的姿态调节平台上，可移动部件的对接截面空间位置用o′x′y′z′表示，固定部件对接截面的坐标oxyz，在执行对接前，二者存在平移位置偏差Δx，Δy，角度偏差α,β,γ，z方向为两部件对接轴方向，Δz为两对接面之间的距离。

将移动部件与固定部件对接面附近设置的安装点(如连接法兰孔位置)上安装测距传感器(如拉绳传感器，拉绳可以随着零部件的位置变化自行伸缩)，在对接过程中来持续检测两部件对应点之间的距离。

如图3-5所示，利用可以伸缩的接触式传感器(如拉绳传感器)，实时连续检测出移动部件与固定部件对应点位置间的距离(可在对应点间进行测距，也可在对应点间进行交叉测距)，利用空间位置求解算法，计算出两个部件之间的位置偏差Δx，Δy，α,β,γ和对接面之间的距离Δz。

将求解的两部件之间空间位置偏差数据发送到姿态调节控制系统，由该系统控制姿态调节平台，将可移动部件向固定部件靠近，此过程中持续检测和调整可移动部件姿态，直至两部件安装面完全对接，此时可移动部件的位置偏差和z项距离都为零，即：Δx＝0，Δy＝0，α＝0，β＝0，γ＝0，Δz＝0，最终如图2所示来完成大型零部件的装配。

具体过程如图3所示，孔1，2，3，4所在对接截面的坐标为o′x′y′z′，孔1’，2’，3’，4’所在对接截面的坐标为oxyz，孔1与孔1’为相对应孔，孔2与孔2’为相对应孔，孔3与孔3’为相对应孔，孔4与孔4’为相对应孔；孔1与孔2在机身切面上为对称关系，孔3与孔4在机身切面上为对称关系；当移动部分机身移动到相对于固定机身的某位置时，通过安装在o′x′y′z′与oxyz对接截面法兰孔位置上的可以伸缩的接触式测距传感器，测量出孔1与孔2的距离为固定长度L₁，孔2与其对应的孔2’距离为长度L₂，孔1与孔2’的距离为长度L₃，孔1与其对应的孔1’距离为长度L₄，孔4与孔4’的距离为长度L₅，孔3与孔3’的距离为长度L₆。

步骤一：可以先通过调节L₂、L₄、L₅和L₆的长度使孔1所在的切面与孔1’所在切面处于平行位置。例如可以使L₂、L₄、L₅和L₆中距离较短的一个保持距离不变，将其它长度调节成和较短的一样长。

步骤二：判断L₃是否为L₁、L₂和L₃中长度最长的，若不是将其调整成为其中长度最长，并使两个部件之间的轴线重合。

步骤三：调整移动机身位置，使L₁、L₂和L₃的关系为L₃ ²＝L₁ ²+L₂ ²，并最终使两部件安装面完全对接，此时可移动部件的位置偏差和z项距离都为零，即：Δx＝0，Δy＝0，α＝0，β＝0，γ＝0，Δz＝0。

图4和图5为可采用多点对接的方式进行，方法与上述方法相同。

本发明通过部件上对应点之间的距离关系通过距离数据来调整装配过程中的姿态问题。拉绳位移传感器只是为了获取距离这个标量数据用的，因为在调节过程中部件位置一直在发生变化，因此，使用的是可以伸缩的接触式传感器(如拉绳传感器)。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种大型零部件对接位姿检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将移动部件放置在可进行各个自由度移动的姿态调节平台上，可移动部件的对接截面空间位置用o′x′y′z′表示；固定部件对接截面的坐标为oxyz，在执行对接前，二者存在平移位置偏差Δx，Δy，角度偏差α,β,γ，z方向为两部件对接轴方向，Δz为两对接面之间的距离；

步骤2：在移动部件和固定部件对接面附近设置的安装点，安装点上安装测距传感器，来持续检测移动部件与固定部件对应点之间的距离；

步骤3：通过利用测距传感器检测出两个部件之间的距离，利用空间位置求解算法，计算出两个部件之间的位置偏差Δx，Δy，α,β,γ和对接面之间的距离Δz；

步骤4：将求解的两部件之间空间位置偏差数据发送到姿态调节控制系统，由该系统控制姿态调节平台实现两个部件之间的轴线重合；

步骤5：控制姿态调节平台，将可移动部件向固定部件靠近，此过程中持续检测和调整可移动部件姿态，直至两部件安装面完全对接，此时可移动部件的位置偏差和z项距离都为零，即：Δx＝0，Δy＝0，α＝0，β＝0，γ＝0，Δz＝0。

2.根据权利要求1所述的一种大型零部件对接位姿检测方法，其特征在于：步骤2中的测距传感器随着部件之间姿态变化不断实现连续监测对应点之间距离，传感器带有连接两部件对应点的拉绳，且拉绳可以随着距离的变化自行伸缩。

3.根据权利要求1或2所述的一种大型零部件对接位姿检测方法，其特征在于：步骤2中的安装点为连接法兰孔位置。

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