[发明专利]一种基于激光扫描的机器人钻铆法向找正方法及装置

说明书

本发明提出了一种基于激光扫描的机器人钻铆法向找正方法及装置，通过机械旋转的方式使用激光距离传感器S1和激光距离传感器S2对蒙皮表面进行扫描测量，得到两组十字交叉的测量点数据，然后分别选出两组测量点数据中离交叉点最近的10个测量点数据近似计算扫描先在钻铆点位处的切矢量，并根据两条扫描曲线的切矢量的叉积计算得到在蒙皮表面的加工法向角度偏差δ。本发明通过上述操作实现了快速高效精准的机器人钻铆法向找正。

技术领域

本发明属于机器人钻铆精度控制领域，具体地说，涉及一种基于激光扫描的机器人钻铆法向找正方法及装置。

背景技术

随着智能制造的不断发展，机器人自动钻铆系统在国外得到了广泛的应用和研究，如EI公司，GE公司等都已经开发出了比较成熟的系统。在国内随着高等院校及科研院所研究的不断深入，机器人自动钻铆技术也得到了飞跃的发展，如南京航空航天大学，西北工业大学等都开发出了相关的系统。随着机器人自动钻铆系统的不断推广和应用，如何保证加工质量和稳定性成为了当前研究的重点。铆钉孔的垂直度是飞机装配过程中一个十分重要的指标，它将直接影响飞机的装配质量和强度，以及飞机的使用寿命。因此，保证铆钉孔的垂直度是机器人自动钻铆系统中的一个非常关键的技术指标。

对于法向自动找正方法，国内外已经做了大量的研究。其中二次曲面拟合法通过对加工曲面进行拟合，计算出曲面加工点的法向方向，此方法数据采集时间长并且计算效率低；四点法通过采集加工点周围四个点进行平面拟合，利用平面法向代替加工点法向，此方法无法对具有孔及铆钉凸台的特征进行识别和处理，同时四点法针对曲面法向找正需要经过多次计算才能实现最终的法向找正。

发明内容

本发明针对现有技术计算效率低，数据采集时间长、需要多次计算等问题，提出了一种基于激光扫描的机器人钻铆法向找正方法及装置，通过机械旋转的方式使用激光距离传感器S1和激光距离传感器S2对蒙皮表面进行扫描测量，得到两组十字交叉的测量点数据，并根据扫描测量点数据计算得到在蒙皮表面的加工法向角度偏差。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种基于激光扫描的机器人钻铆法向找正方法，设置相互垂直的激光距离传感器S1、激光距离传感器S2，通过旋转激光距离传感器S1、激光距离传感器S2得到两组十字交叉的测量点数据，然后分别选出两组测量点数据中离交叉点最近的10个测量点数据近似计算扫描先在钻铆点位处的切矢量，并根据两条扫描曲线的切矢量的叉积计算得到在蒙皮表面的加工法向角度偏差。

为了更好地实现本发明，进一步地，在设置相互垂直的激光距离传感器S1、激光距离传感器S2后，对激光距离传感器S1、激光距离传感器S2进行标定，具体的标定步骤包括：

步骤S1.建立TCP坐标系，设定激光距离传感器S1、激光距离传感器S2在TCP坐标系下的坐标为，其中下标i=1，2；表示激光距离传感器S1、激光距离传感器S2的编号；

步骤S2.设定激光距离传感器S1、激光距离传感器S2的激光光线发射方向为；

步骤S3.设定基准平面D，得到所述激光距离传感器S1、激光距离传感器S2在基准平面D上的投影点、投影点；

步骤S4.计算得到激光距离传感器S1、激光距离传感器S2的激光发射点沿着发射方向至基准平面D的距离，其中下标i=1、2；

步骤S5.计算出投影点、投影点的坐标，所述坐标由距离与发射方向的乘积加上坐标计算得出，即

；

其中，。

为了更好地实现本发明，进一步地，在求出坐标后，根据坐标的的值计算出TCP坐标系的原点到基准平面D的距离d；具体计算方法为：将系数a乘以的值、系数b乘以、系数c乘以的值相加得到距离d的值，即。