基于视觉技术的工件重定位问题的研究

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在重型机械、矿山机械等部门中,箱体、工作台、立柱等大型超重型工件在加工时需要很长的辅助时间,使得设备的制造成本和制造难度相应加大。实际中,常常会出现加工、修补、重新定位等问题,而大型工件的重定位极为困难。长期以来,在加工现场采用的方法都是借助百分表、千分表等各种测试工具进行人工定位。这种方法不仅耗时长、效率低、精度难于保证,而且有时可能会因为重定位精度不高而使工件报废,这对于大型超重型工件来说,无疑大大提高了生产成本。另外,在自动化车间,各种各样的零件加工也存在着自动重定位问题。所以,找到一种方便、快捷(自动)的方法来解决工件的重定位问题就显得尤为重要,成为减轻工件重复安装定位的工作量和难度、缩短施工准备周期、降低工装成本及提高生产效率、保证加工出合格产品的重要环节。 针对上述生产实际问题,研制了基于双目视觉测量技术的工件重定位系统。主要研究目的是利用双目视觉测量系统,实时输出工件重定位过程中工件到达正确定位位置所需的旋转量和平移量,并把结果实时显示到屏幕上,从而指导操作人员快速、准确的实现重定位。 系统的主要工作原理是:在机床和工件上各安装一定的标志点,利用非接触式光学定位的方法提取这些点的位置信息,即求出各标志点在虚拟世界坐标系下的三维坐标;其次,通过一系列的坐标变换,获得机床和工件的相对空间位置;最后,根据获得的数据对工件进行有目的的位置调整,从而实现工件的在线重定位。本系统是以Visual C++6.0和Matcom为工具实现的。对摄像机标定问题采用了线性模型+误差补偿的方法,既克服了线性标定误差大的缺点,又避免了非线性模型难以求解且耗时的弊端,具有实用价值;其次,通过对加工现场的了解,采用作为标志点,利用非接触式光学定位方法提取空间点的位置信息;然后,在工件重定位试验中,运用两个摄像机对同一目标从不同位置成像,利用双目立体视觉技术,求出了标志点在虚拟世界坐标系下的三维坐标;根据三个点构建一个坐标系的原理,求得了重定位过程中工件、机床坐标系和世界坐标系之间的转换矩阵,并依据矢量三角形法则,得到工件坐标系与机床工作台坐标系的转换矩阵,从而求出工件上某点在机床坐标系下的坐标;最后,通过一系列算法,求出工件到达正确定位位置所需的移动量,并把两者的相互位置关系示意图显示到屏幕上,方便地实现了工件的重定位。 应用此项技术代替人工完成工件的定位与重定位问题,不仅可以大大节省工件的重定位时间,避免接触式方法难以精确瞄准的困难,而且可以解决诸如人工操作需要技术积累、效率低、易疲劳等问题,在很大程度上提高了生产自动化水平和智能化水平。随着视觉测量技术的不断成熟和发展,可以预计它在现代和未来制造业中将具有较高的应用价值和广泛的应用前景。
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