基于光机协同的孔轴类零件高精度智能测量系统

发布时间：2021-02-23 08:05

　　在精密机械系统中,功能性孔与轴的装配间隙,是影响整机精度和工作性能的重要因素。从孔轴装配的技术目标来看,即使是加工尺寸超出设计公差的孔与轴,只要超差方向一致、超差量大小相近,依然能够形成理想的配合关系,因此,相比传统公差配合理论下的装配,大批量选配可以获得更好的装配质量和零件制造的经济性,而快速准确测量大批量孔与轴的尺寸参数,是实现大批量选配的关键技术。现有的孔轴尺寸测量工具,主要适用于人工操作的单件或小批量测量场合,对于大批量选配测量,尚无测量精度高、精度稳定且一致性好的全自动智能测量设备。本文针对孔轴类零件大批量选配的测量问题,提出了工业机器人、视觉引导以及气动测量方法相结合的高精度智能测量方案,研究了融合CAD模型和视觉图像信息的零件智能识别技术、工业机器人视觉系统的标定技术以及基于网络最大流的大批量零件选配技术,最终设计并研制了测量系统。由于测量系统中孔轴类零件特征信息的缺失,单纯依靠机器视觉还无法实现系统智能化的要求。针对这个问题,本文提出了融合CAD模型和视觉图像信息的零件智能识别技术,通过程序自动获取零件CAD模型中的关键尺寸信息,以此作为零件识别的主要信息。针对轴类零件... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图像边

硕士学位论文基于光机协同的孔轴类零件高精度智能测量系统11图2.2气动测量压缩气体流量-间隙、压力-间隙关系图由上图可知，可以通过检测“背压”的大小，准确地获取物体和气动测头喷嘴处的间隙值，以孔的测量为例，在测量过程中，气动测量仪可以检测轴测头和待测孔之间的压力值，根据压力-间隙图，可以获取测头和待测孔之间的间隙，则待测孔的尺寸值即为气动测头的直径值加上间隙值，轴类零件的测量则用孔测头的直径减去间隙值。为了获取较高的测量精度，测头和待测零件之间的间隙量要控制的比较小，就本文的测量精度要求，间隙量需要控制在40um以内，由此带来了一个新的问题，如何确保测头能够顺利进入待测零件中，是决定测量是否成功的关键所在。本文拟采用视觉系统，对零件进行精确定位后，获取待测零件和测头的相对位置参数，再驱动执行器将待测零件移动到对应位置，具体的图像算法将在第3章详细论述。2.2.3柔顺装配技术分析如上文所述，由于测头和待测零件之间的间隙量比较小，在机器人执行测量过程的时候（本质上是孔轴的自动装配），极小的位姿偏差都会造成较大的装配力，从而导致测头和待测零件之间卡阻，零件表面划伤甚至损坏设备。针对这个问题，想通过提高执行器的运动精度和视觉检测定位的精度，技术上很难实现，而且成本也会提高很多。因此，比较常用的方法就是采用柔顺装配技术，即装配器末端可以按照环境变化做出些微变化，从而保证装配（测量过程）的顺利进行，这是一种较为经济实用的方法。柔顺一般分为主动柔顺和被动柔顺两大类，被动柔顺指的就是借助一些辅助的柔顺机构，柔顺机构能够按照外界的接触力，调整自身的位姿，从而实现柔顺装配；主动柔顺指的就是传感器反馈的信息检测装配状态，并且以反馈信息去控制执行端的

硕士学位论文基于光机协同的孔轴类零件高精度智能测量系统12图2.3气动测量孔轴接触示意图在装配过程中，轴会受到来自柔顺装置的三个作用力，主要包括水平力，插入力和力矩，将受力模型进行简化成上图，假设柔顺机存在一个存在水平方向的刚度和扭转刚度，与之对应的形变量分别为，，则柔顺装置对轴的水平力和扭转力矩如式（2.1）所示：=，=(2.1)图中为轴类零件半径，为轴类零件和孔类零件的初始夹角。孔轴零件自动装配一般包含四个步骤，分别为寻孔阶段、倒角接触状态、一点接触状态和两点接触状态[48]。由上文可知，高精度视觉系统的图像处理精度以及机器人的定位精度保证了孔和轴的轴线偏差不超过倒角范围，即本文只需研究孔轴装配的后三个步骤，示意图如下图2.4所示。（a）倒角接触阶段（b）一点接触阶段（b）两点接触阶段图2.4气动测量过程中孔轴接触状态图在装配过程中，孔轴接触之后，孔类零件会给轴类零件一些作用力，假设孔壁对轴的正压力为，静摩擦系数为。Whitney[49]对无倒角孔轴装配的几种形式进行了研究，对孔轴装配的一点接触和两点接触不产生卡阻的条件如式（2.2）所示：{||<|+(2+)|<2(2.2)上式不止针对图示位置，轴从右侧进入的情形与图示一致。将本例的水平力和

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本文编号：3047272