[发明专利]一种视觉引导下的光学玻璃安装装置及安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视觉引导下的光学玻璃安装装置及安装方法。

背景技术

激光惯性约束核聚变实验是目前国际上最前沿的研究课题之一，该实验通过控制激光的分阶段放大，最后形成高能激光压缩氘氚靶内爆实现可控核聚变反应。激光惯性约束核聚变实验中，大型光学玻璃是放大器工作物质和核心材料，主要用于主激光系统中，作为功率放大器和多路或主放大器使用。因而，光学玻璃的安装质量对于激光系统乃至聚变实验都至关重要。光学玻璃的质量较重(每块约50公斤)、造价昂贵，并且要求安装过程中不能在光学玻璃表面留下痕迹，不能损失光学玻璃的边缘。

目前国内神光三原型装置中光学玻璃的安装方式是人工结合气动助力装置：通过两个技术人员将光学玻璃从工作台上抬起来，放到助力装置的支撑夹上，手工操作助力装置的夹持机构并将其移动到机柜前方，然后将光学玻璃从支撑夹上取出安放到机柜上。这种方式费时费力、效率低下；并且由于人手与光学玻璃的接触会造成边缘毛刺，在表面留下污渍或表面的瑕疵，从而影响光学玻璃的光学性能，导致光学玻璃在实验过程中爆裂，从而导致对试验装置造成破坏性的损失。

美国国家点火装置中采用了洁净型工业机器人安装装置：在技术人员的操作下，三自由度机械臂从工作台上抓取光学玻璃，并搬运到机架上，通过人工调整将光学玻璃安装到机架上。文献“Assembly and Maintenanceof Full Scale NIF Amplifiers in the Amplifier Module PrototypeLaboratory”(J.A.Horvath，Proc.SPIE Vol.3492，pp.601-608)，“Assemblingand Installing LRUs for NIF”(R.E.Bonanno，Proc.SPIE Vol.3492，pp.137-145)等都报导了采用洁净型三自由度的机械手，在人工操作机械手完成对大型光学玻璃操作，但是都没有给出具体的操作流程。这种方式，需要通过人眼观测光学玻璃位置，然后由技术人员控制机械臂抓取光学玻璃。在这个过程中，大型光学玻璃的调姿对安装工艺过程复杂，安装精度由操作人员控制，劳动量大，并且操作人员的疏忽会损坏大型光学玻璃。因而，如何增加工业机器人作业系统的检测及自主操作功能，使其取代工人完成更多的任务是改进安装质量、提高生产效率、提高系统安全性的一个关键问题。

发明内容

为了解决现有光学玻璃安装系统在搬运、安装过程效率低、并非常容易污染光学玻璃甚至损坏光学元件，无法保证安装精度，因而本发明的目的是提出一种视觉引导下的光学玻璃安装方法及安装装置。

为达成所述目的，本发明的第一方面是提供一种利用视觉引导下的光学玻璃安装装置的光学玻璃安装方法，该方法包括如下步骤：

步骤a：将抓取装置安装在工业机器人的末端法兰上；将上部视觉识别单元的两个摄像头安装在工作台上方的支架上，并将摄像头的视频信号线与控制机柜连接；将前端视觉定位单元安装在工业机器人的手臂上，启动机器人系统；

步骤b：工业机器人通过上部视觉识别单元的两个摄像头同时采集工作台上光学玻璃的图像；

步骤c：在控制计算机中分别采用两套独立的第一识别算法和第二识别算法提取光学玻璃的边缘轮廓，计算并提取光学玻璃顶点的位置数据信息；如果第一识别算法与第二识别算法的计算结果相近，则认为已经有效识别光学玻璃，则执行步骤d，如果第一识别算法与第二识别算法的计算结果相差较大，则返回步骤b，重新采集光学玻璃图像；

步骤d：根据控制计算机计算得到的光学玻璃中心点的位置数据信息，控制计算机在线规划工业机器人的运动轨迹，并控制工业机器人末端运动到抓取作业的第一位置，此时前端视觉定位单元与工作台平行；

步骤e：前端视觉定位单元提取光学玻璃图像，在控制计算机中采用光学玻璃定位算法对光学玻璃进行定位，获得光学玻璃在工业机器人坐标系下的坐标；在线规划工业机器人的抓取作业轨迹；在运动过程中前端视觉定位单元检测光学玻璃的位置，实时调整作业轨迹；

步骤f：抓取装置通过真空吸条吸附光学玻璃的四周边缘，将光学玻璃搬运到玻璃框架正前方的安全位置，设定玻璃框架的安全位置的安全值，此时光学玻璃与玻璃框架的安装面平行；

步骤g：前端视觉定位单元提取玻璃框架图像，在控制计算机中采用玻璃框架定位算法对玻璃框架中心的位置进行定位，根据定位结果，在线规划工业机器人的安装作业路径，将光学玻璃安装到玻璃框架中。