本发明是一种基于多传感器测量的产品特征精确识别方法，该方法通过使用激光测距传感器及法向角测量单元进行测量并调整，保证了视觉传感器对基准特征识别时的垂直度及测量间距，实现了预制孔的偏差测量，解决了仅使用视觉传感器测量预制孔时相机的角度、距离对孔位置的测量精度的影响。通过将激光测距传感器、法向测量单元与视觉传感器相结合的方法，保证了孔位置测量数据与标定时数据的一致性，从而提高了孔的位置精度，保证了两端预置孔孔位测量的准确性，为后续待制孔孔位的准确性提供了保证。
1.一种基于多传感器测量的产品特征精确识别方法，所述产品特征是指位于产品表面上的孔或钉的结构特征，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤1：视觉传感器与机器人坐标值的标定
步骤1.1，机器人带动末端执行器运动到标定板前方位置，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作；
步骤1.2压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角；
步骤1.3当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，保证标定时视觉传感器与标定板平行，然后给末端执行器压紧装置发信号，压紧装置回退到零点位置并给机器人发信号；
步骤1.4机器人根据激光测距传感器的读数进行调整直至激光测距传感器与产品表面的距离为10mm停止；
步骤1.5视觉传感器启动标定程序，相机拍摄标定板，根据视觉传感器像素与标定板网格的距离完成视觉传感器与机器人坐标值的标定；
步骤2.1机器人带动末端执行器执行制孔程序，机器人带动末端执行器运动到位后，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作；
步骤2.2压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角；
步骤2.3当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，然后给末端执行器压紧装置发信号，让其继续运动并达到压紧力500N后停止；
步骤2.4末端执行器进给装置进行运动进行制孔及锪窝；
步骤2.5末端执行器进给装置及压紧装置依次退回零点，完成整个制孔流程；
步骤2.6机器人带动末端执行器运动到制孔位置，机器人带动末端执行器运动到预制孔前方到位后，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作；
步骤2.7压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角；
步骤2.8当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，保证标定时视觉传感器与标定板平行，然后给末端执行器压紧装置发信号，压紧装置回退到零点位置并给机器人发信号；
步骤2.9机器人根据激光测距传感器的读数进行调整直至激光测距传感器与产品表面的距离为10mm停止，记录机器人当前刀尖点位置；
步骤2.10在视觉测量工具坐标系下，机器人带动末端执行器运动到刀尖点位置，视觉测量单元启动，相机拍摄预置孔，根据预置孔测量值调整视觉测量坐标系值；
步骤2.11重复步骤2.6-步骤2.10过程，直至相机拍摄预置孔值的平面偏差小于
步骤3.1机器人根据离线程序带动末端执行器运动到预制孔前方到位后，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作；
步骤3.2压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角；
步骤3.3当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，保证标定时视觉传感器与标定板平行，然后给末端执行器压紧装置发信号，压紧装置回退到零点位置并给机器人发信号；
步骤3.4机器人根据激光测距传感器的读数进行调整直至激光测距传感器与产品表面的距离为10mm停止，记录机器人当前刀尖点位置；
步骤3.5在视觉测量工具坐标系下，机器人带动末端执行器运动到刀尖点位置，视觉传感器启动，视觉传感器对预制孔进行图像提取，提取出预制孔的中心位置与图像中心的偏差，当实际产品与产品数模一致时，预制孔的中心位置与图像中心重合；当实际产品与产品数模存在偏差时，预制孔的中心位置与图像中心存在偏差，机器人根据偏差值进行后续制孔位置的补偿。
一种基于多传感器测量的产品特征精确识别方法
技术领域
[0001] 本发明是一种基于多传感器测量的产品特征精确识别方法，属于机械装配自动化技术领域。
背景技术
[0002] 在飞机的装配制造过程中，存在最多的装配类型是飞机蒙皮和肋板、桁条之间的连接装配，制孔操作就是需要将蒙皮和背面支撑的肋板和桁条一起打穿，然后再加以铆钉拉紧。因此，需要飞机壁板上孔的排布非常规整，并沿着肋条或桁架的方向直线延伸分布。
[0003] 由于飞机工件通常大而薄，它跟肋板之间的关系很可能因为人为装配的因素产生一定的误差，因此工件的数学模型和实际模型之间的一致性往往较差，运行离线编程系统直接生成的制孔程序并不能满足位置精度上的要求。因此，根据实际生产现场的工艺要求在工件表面预先设置预制孔，通过测量预制孔的位置，对待制孔点进行位置补偿的手段是控制位置偏差必不可少的环节。在所有的测量方法中，由于视觉测量的高精度和非接触测量的优点，使其成为能够集成在末端执行器上的最佳方案。但是由于视觉测量只能获得平面信息，不能获得预制孔的空间坐标信息，对于复杂构件单目视觉测量存在较大误差，因此通过增加其他测量传感器有效的保证视觉测量的精度是问题的关键。
发明内容
[0004] 本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种基于多传感器测量的产品特征精确识别方法，其目的是通过激光测距传感器、法向角测量单元与视觉传感器三者的结合，保证了产品表面上孔或钉中心位置的测量数据准确，为后续待制孔孔位的准确性提供了保证。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0006] 该种基于多传感器测量的产品特征精确识别方法中，所述产品特征是指位于产品表面上的孔或钉的结构特征，其特征在于：该识别方法首先采用法向角测量单元确定产品表面待测位置结构特征的法线并调整激光测距传感器和视觉传感器的中心轴与法线重合，使用激光测距传感器测量视觉传感器与产品表面待测位置结构特征的距离，最后使用视觉传感器对产品表面待测位置结构特征进行图像提取。
[0007] 在一种实施中，所述产品表面待测位置结构特征是指孔或钉的中心点位置。
[0008] 在一种实施中，法向角测量单元采用同名的一项专利技术，该专利的专利号为201310493155.9。
[0009] 在一种实施中，调整视觉传感器与产品表面待测位置结构特征之间的距离等于视觉传感器的标定距离。
[0010] 在一种实施中，法向角测量单元、激光测距传感器和视觉传感器安装在工业机器人1的末端执行器2上。进一步，法向角测量单元、激光测距传感器和视觉传感器安装在由工业机器人1和末端执行器2作为主要组件的机器人自动制孔系统上。机器人1带动末端执行器2执行产品表面上的孔或钉的结构特征离线程序位置，法向角测量单元通过测量接触端与产品表面接触后，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角，当法向角大于读数设定值时，机器人根据法向角进行调整直至读数小于设定值，保证视觉传感器测量平面与产品表面平行，使用激光测距传感器测量视觉传感器与产品表面的距离，再使用视觉传感器对产品表面上的孔或钉的结构特征进行图像提取，提取出产品表面上的孔或钉的中心位置与图像中心的偏差。当实际产品与产品数模一致时，产品表面上的孔或钉的中心位置与图像中心重合；当实际产品与产品数模存在偏差时，产品表面上的孔或钉的中心位置与图像中心存在偏差，机器人根据偏差值进行后续制孔位置的补偿，保证飞机壁板上孔的排布非常规整。
[0011] 本发明具有的优点和有益效果；通过在视觉传感器使用过程中增加法向角测量单元和激光测距传感器解决仅使用视觉传感器测量产品表面上孔或钉结构特征识别时视觉传感器的测量角度、测量距离对测量精度的影响。通过增加法向角测量单元保证视觉传感器对产品表面上的孔或钉结构特征识别时视觉传感器与产品表面平行，通过增加激光测距传感器保证视觉传感器与产品表面待测位置结构特征之间的距离与视觉传感器的标定距离一致。通过三种传感器相结合的方式保证了视觉传感器对产品表面上的孔或钉的中心位置的精确识别及提取。
附图说明
[0012] 图1为机器人自动制孔系统及部件位置分布
[0013] 图2为视觉传感器与机器人坐标值的标定流程图
[0014] 图3为视觉传感器坐标系与刀具坐标系的标定流程图
[0015] 图4为预制孔特征精确识别流程图
具体实施方式
[0016] 参见附图1所示，本实施方式以飞机部件产品上的预制孔为例进行预制孔特征的精确识别，为此搭建了机器人自动制孔系统。机器人自动制孔系统包括机器人1、末端执行器2、标定板、工件3、工装4，末端执行器2包括压紧装置5、进给装置6，法向角测量单元7，激光测距传感器8、视觉传感器9，末端执行器2安装到机器人1六轴法兰盘上。标定板为固定长度的网格，其安装在机器人前的工件3上，工件3安装在工装4上。
[0017] 在对飞机部件产品上的预制孔进行特征的精确识别前，首先参见附图2进行视觉传感器与机器人坐标值的标定；其次参见附图3进行视觉传感器坐标系与刀具坐标系的标定；最后参见附图4进行预制孔特征精确识别，其具体包括如下步骤：
[0018] 步骤1：视觉传感器与机器人坐标值的标定
[0019] 步骤1.1，机器人带动末端执行器运动到标定板前方位置，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作。
[0020] 步骤1.2压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角。
[0021] 步骤1.3当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，保证标定时视觉传感器与标定板平行，然后给末端执行器压紧装置发信号，压紧装置回退到零点位置并给机器人发信号。
[0022] 步骤1.4机器人根据激光测距传感器的读数进行调整直至激光测距传感器与产品表面的距离为10mm停止。
[0023] 步骤1.5视觉传感器启动标定程序，相机拍摄标定板，根据视觉传感器像素与标定板网格的距离完成视觉传感器与机器人坐标值的标定。
[0024] 步骤2视觉传感器坐标系与刀具坐标系的标定
[0025] 步骤2.1机器人带动末端执行器执行制孔程序，机器人带动末端执行器运动到位后，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作。
[0026] 步骤2.2压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角。
[0027] 步骤2.3当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，然后给末端执行器压紧装置发信号，让其继续运动并达到压紧力500N后停止。
[0028] 步骤2.4末端执行器进给装置进行运动进行制孔及锪窝。
[0029] 步骤2.5末端执行器进给装置及压紧装置依次退回零点，完成整个制孔流程。
[0030] 步骤2.6机器人带动末端执行器运动到制孔位置，机器人带动末端执行器运动到预制孔前方到位后，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作。
[0031] 步骤2.7压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角。
[0032] 步骤2.8当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，保证标定时视觉传感器与标定板平行，然后给末端执行器压紧装置发信号，压紧装置回退到零点位置并给机器人发信号。
[0033] 步骤2.9机器人根据激光测距传感器的读数进行调整直至激光测距传感器与产品表面的距离为10mm停止，记录机器人当前刀尖点位置。
[0034] 步骤2.10在视觉测量工具坐标系下，机器人带动末端执行器运动到刀尖点位置，视觉测量单元启动，相机拍摄预置孔，根据预置孔测量值调整视觉测量坐标系值。
[0035] 步骤2.11重复步骤2.6-步骤2.10过程，直至相机拍摄预置孔值的平面偏差小于0.05mm。
[0036] 步骤3：预制孔特征精确识别
[0037] 步骤3.1机器人根据离线程序带动末端执行器运动到预制孔前方到位后，给末端执行器压紧装置发信号，让压紧装置进行压紧动作。
[0038] 步骤3.2压紧装置运动直至与产品表面接触，并达到预压紧力200N后停止，法向角测量单元接触端与工件接触，通过位移传感器的读数计算出产品表面的法向角。
[0039] 步骤3.3当法向角大于读数0.05°时，机器人根据法向角测量单元计算出的工件的法向角进行调整直至读数小于0.05°，保证标定时视觉传感器与标定板平行，然后给末端执行器压紧装置发信号，压紧装置回退到零点位置并给机器人发信号。
[0040] 步骤3.4机器人根据激光测距传感器的读数进行调整直至激光测距传感器与产品表面的距离为10mm停止，记录机器人当前刀尖点位置。
[0041] 步骤3.5在视觉测量工具坐标系下，机器人带动末端执行器运动到刀尖点位置，视觉传感器启动，视觉传感器对预制孔进行图像提取，提取出预制孔的中心位置与图像中心的偏差。当实际产品与产品数模一致时，预制孔的中心位置与图像中心重合；当实际产品与产品数模存在偏差时，预制孔的中心位置与图像中心存在偏差，机器人根据偏差值进行后续制孔位置的补偿。
