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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明属于智能制造技术领域，提出一种基于视觉测量的航空工装定位器刚体运动实时监测方法。对双目相机测量噪声进行辨识与消除，以保证系统原始测量数据的可靠性；构建以局部坐标测量结果为输入的定位器刚体运动实时解算模型；在飞机工装定位器不受装配过程中零件、操作人员等遮挡的可视区域粘贴视觉反光靶标点，利用双目相机进行靶标点坐标的实时测量，将测量结果输入构建的解算模型中，实现装配过程中定位器刚体运动的快速解算与实时监测。该方法只需对定位器上局部点三维坐标进行实时监测，即可准确、快速地解算其全局刚体运动，实现工装定位精度的在线监测和装配质量的实时评估。

主权项：1.一种基于视觉测量的航空工装定位器刚体运动实时监测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：双目相机测量误差辨识与消除首先将视觉反光靶标点布置在定位器监测点处，同时保持定位器不受载，即其刚体运动为0，使用双目相机进行首次测量，得到靶标点初始坐标值；再使用双目相机对上述靶标点坐标进行连续采集，获取X、Y、Z坐标测量值各1000组；然后，将所有测量值减去靶标点初始坐标值，获得靶标点位移值；由于测量过程中，各监测点静止未发生运动，故所得靶标点位移值即为测量误差；进而，通过计算三个坐标方向所有测量误差数据的均值与标准差，拟合出双目相机测量误差分布形式，而后选用适合的滤波算法实现测量噪声的剔除；步骤2：定位器刚体运动实时解算模型的构建首先，基于工装预设的基准点对测量基准进行统一，统一在工装定位器数模坐标系下进行后续计算；假设定位器上视觉靶标点初始位置为Pit，当定位器发生刚体运动后，其上的视觉靶标点位置为Pis，则定位器的刚体运动解算模型中，旋转矩阵R和平移矩阵T表达如下：Pit＝T+RPis1可利用定位器发生刚体运动前后双目相机测得的视觉靶标点坐标，基于SVD分解来求解刚体运动解算模型中的旋转矩阵R和平移矩阵T；即求解优化问题： 基于SVD分解将Pit、Pis视作刚体运动前后定位器坐标系Pt、Ps的点集，假设μP、μQ分别为刚体运动前后定位器坐标系的质心，则基于质心定理，其表示为： 其中，n为粘贴的用于坐标转换的视觉反光靶标点的数量；定义Pit′＝Pit-μP、Pis′＝Pis-μQ，带入式2得： 定义： 则要使Δ最小化，应求解μ的最大值，即： 对S进行奇异值分解，得到S＝UBVT，其中B是对角矩阵，U和V是正交单位矩阵；则式2中优化问题解为： 至此，实现旋转矩阵R和平移矩阵T的求解，则对于定位器结构上初始坐标为的任意一点，其刚体运动后的坐标的求解模型为： 进而，其刚体运动的三维位移表示为： 步骤3：装配过程中定位器刚体运动实时监测将视觉反光靶标点布置在航空工装定位器的测点位置，将双目相机连接至计算机，实现定位器上各靶标点坐标的实时测量；至此，建立工装定位器刚体运动实时监测系统；完成上述传感器布置及接线后，正常进行飞机部件装配工作，将双目相机测量到的坐标值输入构建的刚体运动解算模型中，刚体运动解算模型将实时输出装配载荷作用下工装定位器的刚体运动。

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