專利名稱：基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人和測(cè)量技術(shù)，具體為一種基于視覺導(dǎo)引或視覺輔助機(jī)器人的磁
場(chǎng)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
雷達(dá)是利用微波波段電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備，具有全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)。因 此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且還廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)報(bào)、交通管制、資源 探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。 隨著雷達(dá)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，對(duì)其加工制造過程中各個(gè)零部件的生產(chǎn)工 藝、品質(zhì)的要求不斷提高；而質(zhì)量檢測(cè)作為產(chǎn)品質(zhì)量保證的一項(xiàng)重要手段，其檢測(cè)水平將直 接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。檢測(cè)技術(shù)作為雷達(dá)相關(guān)技術(shù)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容也越來越受到關(guān)注。 在新型雷達(dá)的研制過程中，對(duì)其關(guān)鍵部件的檢測(cè)水平提出了更高的要求，例如對(duì)速調(diào)管電 磁聚焦系統(tǒng)的磁場(chǎng)特性檢測(cè)等。因此，研制用于雷達(dá)關(guān)鍵部件檢測(cè)的特種檢測(cè)機(jī)器人也成 為了機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，且如何實(shí)現(xiàn)高速、高精度及智能化檢測(cè)則成為了品質(zhì)保 障的追求目標(biāo)。 從測(cè)量原理來看，磁測(cè)量的方法可概括分為磁_(tái)力法、電磁感應(yīng)法、磁通門法、電 磁效應(yīng)法、磁共振法、超導(dǎo)效應(yīng)法和磁光效應(yīng)法等，磁場(chǎng)測(cè)量則是通過某種工作原理的傳感 器實(shí)現(xiàn)的。將磁特性傳感器置于磁場(chǎng)環(huán)境中，會(huì)使傳感器發(fā)生響應(yīng)，輸出一定的電壓電流信 號(hào)，通過傳感器的輸出信號(hào)即可獲取磁場(chǎng)強(qiáng)度信息，最終由機(jī)器人實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)特性的自動(dòng)測(cè) 量。目前對(duì)于磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的研究工作中，研究者大都采用直接在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件上安裝單 個(gè)或多個(gè)磁特性傳感器，再配置相應(yīng)處理電路來實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的測(cè)量，例如，德國(guó)重離子研究中 心(GSI)在20世紀(jì)80年代開發(fā)的六自由度點(diǎn)測(cè)量機(jī)(參見A. Harvey用于磁場(chǎng)測(cè)量和校 正的機(jī)械裝備(A. Harvey，Mechanical equipment formagnet measurement and alignment CERN Accelerator School MagneticMeasurement and Alignment Proceedings(CERN 92-05) ， 1992,228-39)，整個(gè)床身采用大理石材料，具有3個(gè)平移自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由 度，檢測(cè)用霍爾探頭安裝于長(zhǎng)測(cè)臂末端；丹麥DANFYSIK公司開發(fā)的磁鐵定位系統(tǒng)(參見 0. Pagano， P. Rohmig， L. Walkiers等，丄EP磁透鏡全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)(A HighlyAutomated Measuring System for the LEP Magnetic Lenses Journal de PhysiqueColloque，1984， 45(C-1) :949-952)，能夠自動(dòng)調(diào)制磁體軸線與線圈軸線一致，精度能夠達(dá)到30 y m，提供磁 鐵定位的外部基準(zhǔn)設(shè)置功能。整個(gè)測(cè)量過程由微機(jī)控制，包括電源控制在內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng) 測(cè)量；美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一套新型的磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)ο冗M(jìn)光子源(APS)磁 性嵌入裝置的場(chǎng)積分及多極組件的磁場(chǎng)特性進(jìn)行測(cè)量，磁場(chǎng)特性的測(cè)量通過一個(gè)拉伸線包 實(shí)現(xiàn)(參見Yu. Eidelman， B. Deriy， 0. Makarov等，用于高級(jí)光子源的磁測(cè)量系統(tǒng)(.The New Magnetic Measurement System at the Advanced Photon Source 8thlnternational Conference on Accelerator&Large Experimental Physics ControlSystems，2001， 160-163)。硬件結(jié)構(gòu)包括幾臺(tái)伺服電機(jī)(用來平移或旋轉(zhuǎn)線包)和一塊高速數(shù)據(jù)采集卡(用來測(cè)量線包信號(hào))，使用一臺(tái)運(yùn)行Li皿x系統(tǒng)的PC機(jī)作為控制工作站。我國(guó)對(duì)磁場(chǎng)測(cè) 量裝置的研究起步較晚，如中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所CSR磁場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室結(jié)合蘭州重離 子加速器研究裝置(HIRFL)項(xiàng)目研發(fā)的單霍爾探頭點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)(參見何源，韓少斐，馬力禎 等.蘭州重離子加速器磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng).中國(guó)物理學(xué)會(huì)圓形加速器及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)，北 京中國(guó)物理學(xué)會(huì)，2000 :257-262)，是國(guó)內(nèi)最大的點(diǎn)測(cè)磁機(jī)。專為CSR磁鐵測(cè)量設(shè)計(jì)的六 維點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)有3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，具有測(cè)量范圍大、定位精度高及自動(dòng)化 程度高等特點(diǎn)，是一臺(tái)典型的磁場(chǎng)強(qiáng)度自動(dòng)測(cè)量設(shè)備；中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所生產(chǎn) 的同步輻射裝置平移長(zhǎng)線圈磁測(cè)機(jī)(參見張繼東，曹瓚，任芳林等.上海同步輻射裝置平移 長(zhǎng)線圈磁測(cè)機(jī)的研制.核技術(shù)，2003，26(5) :333-336)，利用計(jì)算機(jī)結(jié)合測(cè)量線圈、高精度 數(shù)字積分儀、高性能4軸步進(jìn)電機(jī)控制卡、高穩(wěn)定度電壓、直流電流傳感器、6位半數(shù)字電壓 表，通用接口總線(GPIB)接口卡、高精度編碼器和軟件等構(gòu)成SSRF高精度磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)， 用來對(duì)同步輻射裝置(SSRF)儲(chǔ)存環(huán)和增強(qiáng)器的二極磁鐵樣機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。這些專用 的磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備成本相對(duì)較高，應(yīng)用范圍受到一些實(shí)際條件的限制，通用性較差。
現(xiàn)有技術(shù)對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量主要是通過人工測(cè)量的方式進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量過程為手動(dòng)， 根本不能滿足對(duì)待測(cè)通孔軸線特定位置的定位要求，數(shù)據(jù)可靠性低，且人工測(cè)量過程不具 備過載保護(hù)裝置，因此設(shè)備安全性差。人工測(cè)量過程定位完全靠目測(cè)，沒有精度可言，檢測(cè) 位置也要靠人工控制，勞動(dòng)強(qiáng)度大?？傮w來說，目前的磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備多側(cè)重于對(duì)一定范圍內(nèi) 平均磁場(chǎng)的測(cè)量，且主要強(qiáng)調(diào)磁場(chǎng)測(cè)量傳感技術(shù)及設(shè)備的驅(qū)動(dòng)定位精度，普遍采用步進(jìn)或 伺服電機(jī)、光柵尺、大理石平臺(tái)等構(gòu)建磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，設(shè)備成本相對(duì)較高，適用 性受到一定程度的限制，尤其對(duì)于面向特殊對(duì)象的磁場(chǎng)測(cè)量，設(shè)備的自動(dòng)化及智能化程度 仍有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于視覺導(dǎo)引機(jī)器 人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，該裝置主要用于解決多注速調(diào)管電磁聚焦系統(tǒng)普遍面臨的深孔測(cè)量問 題，采用模塊化設(shè)計(jì)，具有系統(tǒng)集成度高，智能化程度好，成本相對(duì)較低，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，可 滿足多種磁場(chǎng)測(cè)量需求等特點(diǎn)。 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè) 量裝置，其特征在于該裝置包括配套和模塊化設(shè)計(jì)的可調(diào)整工作臺(tái)、測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng) 和控制系統(tǒng)；所述測(cè)量系統(tǒng)包括檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置、視覺導(dǎo)引定位裝置和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采 集裝置；所述機(jī)器人系統(tǒng)包括三維直角坐標(biāo)機(jī)器人；所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)及軟件；
所述的可調(diào)整工作臺(tái)主要由基座、三組調(diào)整機(jī)構(gòu)、置件臺(tái)、地腳輪和可調(diào)支腳組 成；置件臺(tái)由呈正三角形排列的三組調(diào)整機(jī)構(gòu)支承，調(diào)整機(jī)構(gòu)由螺帽、導(dǎo)套、蝸輪軸、蝸輪軸 軸承、蝸輪軸承悶蓋、箱體、蝸桿軸透蓋、蝸桿軸軸承和蝸桿軸及手輪構(gòu)成；蝸輪軸軸承通過 過盈配合安裝于蝸輪軸的兩端，蝸桿軸軸承通過過盈配合安裝于蝸桿軸的兩端，并均通過 過盈配合安裝于箱體內(nèi)，且由通過螺紋連接于箱體之上的蝸輪軸承悶蓋、蝸桿軸透蓋與導(dǎo) 套固定，螺帽與蝸輪軸軸端之間為螺紋傳動(dòng)；手輪安裝于蝸桿軸的軸端，通過手輪可上下調(diào) 整可調(diào)整機(jī)構(gòu)的支承高度，實(shí)現(xiàn)可調(diào)整工作臺(tái)的姿態(tài)調(diào)整； 所述的檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置主要包括數(shù)字百分表和連接桿；其中數(shù)字百分表通過螺紋連接固定在連接桿的一端；姿態(tài)測(cè)量之前，將連接桿的另一端固定到直角坐標(biāo)機(jī)器 人的Z臂滑塊的卡座上，姿態(tài)測(cè)量結(jié)束后，該裝置應(yīng)及時(shí)取下；所述的連接桿能夠折疊，且 長(zhǎng)度可調(diào)； 所述的視覺導(dǎo)引定位裝置主要包括一臺(tái)一體化攝像機(jī)和一塊圖像采集卡；一體化 攝像機(jī)安裝于三維直角坐標(biāo)機(jī)器人的Z軸運(yùn)動(dòng)單元的末端上；圖像采集卡安裝于工控機(jī) 內(nèi)，一體化攝像機(jī)與圖像采集卡和工控機(jī)之間通過線纜聯(lián)接； 所述的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置主要包括線纜連接的一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡、一臺(tái)特斯 拉計(jì)和一個(gè)霍爾探頭；霍爾探頭安裝于三維直角坐標(biāo)機(jī)器人的Z臂滑塊的連接卡座上，它 隨Z臂滑塊的移動(dòng)做平行于Z臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；特斯拉計(jì)安裝于控制柜8內(nèi)，霍爾探頭的信號(hào) 輸出線接入特斯拉計(jì)，特斯拉計(jì)的信號(hào)輸出線接入多功能數(shù)據(jù)采集卡，多功能數(shù)據(jù)采集卡 安裝于工控機(jī)內(nèi)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明裝置的可調(diào)整工作臺(tái)與機(jī)器人和控制系統(tǒng)采用分離式設(shè)計(jì)，便于電磁聚 焦系統(tǒng)等大型檢測(cè)對(duì)象的裝配、搬運(yùn)、安裝等操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，通過對(duì)置于可調(diào)整工 作臺(tái)之上的檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量與調(diào)整，以及通過直角坐標(biāo)機(jī)器人拖動(dòng)探頭精確運(yùn)動(dòng)， 可保證檢測(cè)過程中探頭按特定軌跡執(zhí)行測(cè)量，也即保證了檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和檢測(cè)設(shè)備的 安全性，同時(shí)也降低了測(cè)量成本。 2、本發(fā)明采用機(jī)器視覺技術(shù)作為導(dǎo)引定位手段，使測(cè)量裝置能夠自動(dòng)獲取檢測(cè)對(duì) 象上待測(cè)通孔孔心的精確位置。克服了人工操作孔心定位精度差、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，大幅 度提高了裝置的檢測(cè)效率和檢測(cè)精度。 3、本發(fā)明裝置既可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象磁場(chǎng)的自動(dòng)測(cè)量，也可以通過人機(jī)交互的形式 針對(duì)不同的檢測(cè)要求實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的自定義測(cè)量。本發(fā)明磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊不但能夠自動(dòng)繪制 磁場(chǎng)分布曲線，還能夠記錄檢測(cè)過程中的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，便于離線后對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與管 理，提高了裝置的自動(dòng)化和智能化水平。


圖1為本發(fā)明基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)三維 示意圖； 圖2為本發(fā)明基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置一種實(shí)施例的可調(diào)整工作臺(tái) 結(jié)構(gòu)三維示意圖； 圖3為本發(fā)明基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置一種實(shí)施例的可調(diào)整工作臺(tái) 的調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維示意圖； 圖4為本發(fā)明視基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置一種實(shí)施例的三維直角坐 標(biāo)機(jī)器人三維結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置一種實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)框圖；
圖6為本發(fā)明視基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置一種實(shí)施例的軟件結(jié)構(gòu)框
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案詳細(xì)說明如下 本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置(以下簡(jiǎn)稱裝置，參見圖1-6)
是根據(jù)中科院電子所的特殊檢測(cè)要求(針對(duì)雷達(dá)多注速調(diào)管電磁聚焦系統(tǒng)普遍面臨的深
孔檢測(cè)問題)開發(fā)的裝置。本發(fā)明裝置所要解決的技術(shù)實(shí)質(zhì)問題是，通過機(jī)器視覺技術(shù)獲
取速調(diào)管電磁聚焦系統(tǒng)各個(gè)待測(cè)通孔孔心的精確位置，由直角坐標(biāo)機(jī)器人拖動(dòng)探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)
各待測(cè)通孔的磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量。本發(fā)明裝置中最重要也是最根本的環(huán)節(jié)就是要讓機(jī)器人能夠
自動(dòng)完成磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量。在申請(qǐng)人檢索的范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)類似的文獻(xiàn)報(bào)道。 本發(fā)明裝置遵循機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)思想，采用了系統(tǒng)集成度高的模塊化設(shè)計(jì)，可
滿足多種檢測(cè)對(duì)象的測(cè)試要求。本發(fā)明裝置包括配套和模塊化設(shè)計(jì)的可調(diào)整工作臺(tái)、測(cè)量
系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。所述測(cè)量系統(tǒng)包括檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置、視覺導(dǎo)引定位裝
置和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采裝置集；所述機(jī)器人系統(tǒng)包括三維直角坐標(biāo)機(jī)器人；所述控制系統(tǒng)包括工
業(yè)控制計(jì)算機(jī)(工控機(jī))及軟件。 本發(fā)明裝置所述的可調(diào)整工作臺(tái)1(參見圖2、1、3)系本發(fā)明基于檢測(cè)對(duì)象的特殊 測(cè)試要求而獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)的。它采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來調(diào)整工作臺(tái)，主要由基座11、三組調(diào)整機(jī) 構(gòu)12、置件臺(tái)13、地腳輪15和可調(diào)支腳14及手輪16組成。置件臺(tái)13由呈正三角形排列 的三組調(diào)整機(jī)構(gòu)12支承，調(diào)整機(jī)構(gòu)12(參見圖3)由螺帽121、導(dǎo)套122、蝸輪軸123、蝸輪 軸軸承124、蝸輪軸承悶蓋125、箱體126、蝸桿軸透蓋127、蝸桿軸軸承128和蝸桿軸129構(gòu) 成。蝸輪軸軸承124通過過盈配合安裝于蝸輪軸123的兩端，蝸桿軸軸承128通過過盈配 合安裝于蝸桿軸129兩端，并均通過過盈配合安裝于箱體126內(nèi)，并由通過螺紋連接于箱體 126之上的蝸輪軸承悶蓋125、蝸桿軸透蓋127與導(dǎo)套122固定。螺帽121與蝸輪軸123軸 端之間為螺紋傳動(dòng)。手輪16安裝于蝸桿軸129的軸端，通過手輪16可上下調(diào)整可調(diào)整機(jī) 構(gòu)12的支承高度，即調(diào)整可調(diào)整工作臺(tái)1的俯仰角和滾動(dòng)角，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)整工作臺(tái)1的 姿態(tài)調(diào)整。為了提高調(diào)節(jié)精度，實(shí)施例中所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)采用傳動(dòng)比為i = 20的蝸輪蝸桿 機(jī)構(gòu)，以獲得較大傳動(dòng)比，三組調(diào)整機(jī)構(gòu)12呈正三角形等間隔分布在直徑450mm的圓上。 實(shí)施例的手輪16設(shè)計(jì)為帶有刻度指示功能的專用手輪16，該手輪16每旋轉(zhuǎn)一周調(diào)整置件 臺(tái)13的支承點(diǎn)上下移動(dòng)0. 25mm，即手輪16每轉(zhuǎn)動(dòng)10° ，調(diào)整置件臺(tái)13的支撐點(diǎn)上下移動(dòng) 0. 0069mm。所述的手輪16調(diào)整可調(diào)整工作臺(tái)1的姿態(tài)，也意味著調(diào)整置件臺(tái)13高低位置。 為了減少置件臺(tái)13自身的重量，置件臺(tái)13的臺(tái)面板為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，或者說置件臺(tái)13的臺(tái)面 板中心為空心圓結(jié)構(gòu)?？招膱A的直徑或圓環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑理應(yīng)小于被測(cè)件的尺寸。
本發(fā)明裝置所述的機(jī)器人系統(tǒng)主要包括三維直角坐標(biāo)機(jī)器人5 ;機(jī)器人5的下端 安裝在支架6上。所述三維直角坐標(biāo)機(jī)器人5主要包括托板510、 X軸運(yùn)動(dòng)單元59、 X軸拖 鏈58、Y軸運(yùn)動(dòng)單元52、Y軸拖鏈53、Z軸運(yùn)動(dòng)單元51、Z軸拖鏈55。其中X軸運(yùn)動(dòng)單元59 及X軸拖鏈58水平安裝在支架6上，Y軸運(yùn)動(dòng)單元52和Y軸拖鏈53垂直于X軸運(yùn)動(dòng)單元 59，并水平安裝在X軸運(yùn)動(dòng)單元59的滑塊上，Z軸運(yùn)動(dòng)單元51和Z軸拖鏈55垂直于X軸運(yùn) 動(dòng)單元59、 Y軸運(yùn)動(dòng)單元52安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)單元52的滑塊上。多注速調(diào)管電磁聚焦系統(tǒng) 2要求較大范圍的高精度檢測(cè)，因此要求測(cè)量過程中霍爾探頭10運(yùn)動(dòng)精密、平穩(wěn)，而霍爾探 頭10的運(yùn)動(dòng)精度及平穩(wěn)性完全由三維直角坐標(biāo)機(jī)器人5的運(yùn)動(dòng)特性決定。因此，機(jī)器人應(yīng) 具有定位精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、快速、結(jié)構(gòu)尺寸小的特點(diǎn)，要求運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件具有體積小、重量
6輕、承載能力大、可控性好等特點(diǎn)?？紤]到不同型號(hào)檢測(cè)對(duì)象的測(cè)試要求，實(shí)施例選用日本 小金井(K0GANEI)公司的一體化單軸伺服電動(dòng)執(zhí)行器作為直角坐標(biāo)機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū) 動(dòng)裝置，X軸運(yùn)動(dòng)單元59選用C系列ABFC14電動(dòng)執(zhí)行器，重復(fù)定位精度±0. Olmm，最高運(yùn) 動(dòng)速度600mm/s，行程為350mm ;Y軸運(yùn)動(dòng)單元52和Z軸運(yùn)動(dòng)單元51選用R系列ABTR5電 動(dòng)執(zhí)行器，重復(fù)定位精度±0. 02mm，最高運(yùn)動(dòng)速度400mm/s，行程分別為300mm和550mm。
本發(fā)明所述的姿態(tài)測(cè)量裝置主要包括數(shù)字百分表3和連接桿9 (參見圖1)。其中 數(shù)字百分表3通過螺紋連接固定在連接桿9的一端。姿態(tài)測(cè)量之前，將裝有數(shù)字百分表3 的連接桿9的另一端固定到直角坐標(biāo)機(jī)器人5的Z臂51滑塊的卡座54上；姿態(tài)測(cè)量結(jié)束 后，該裝置應(yīng)及時(shí)取下。所述連接桿9能夠折疊，且長(zhǎng)度可以調(diào)整，以保證檢測(cè)對(duì)象處于數(shù) 顯百分表3的工作范圍之內(nèi)。實(shí)施例中的數(shù)顯百分表3不具有通訊功能，測(cè)量結(jié)果需人工 錄入到測(cè)量軟件中。但依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)完全可以設(shè)計(jì)具備通訊功能的數(shù)顯百分表3，測(cè)量結(jié)果 可自動(dòng)錄入到測(cè)量軟件中。 本發(fā)明的視覺導(dǎo)引定位裝置主要包括一臺(tái)一體化攝像機(jī)4和一塊圖像采集卡；一 體化攝像機(jī)4安裝于三維直角坐標(biāo)機(jī)器人5的Z軸運(yùn)動(dòng)單元51的末端上；圖像采集卡安裝 于工控機(jī)7內(nèi)，一體化攝像機(jī)4與圖像采集卡和工控機(jī)7之間通過線纜聯(lián)接。視覺導(dǎo)引定 位系統(tǒng)完成本發(fā)明裝置的視覺導(dǎo)引定位功能。由于本發(fā)明裝置要完成對(duì)不同型號(hào)檢測(cè)對(duì)象 的測(cè)試任務(wù)，同時(shí)視場(chǎng)范圍也有較大變化，因此要求攝像機(jī)的工作距離和放大倍數(shù)不能固 定，且系統(tǒng)檢測(cè)要求速度快、自動(dòng)化程度高，不宜采用頻繁更換不同放大倍數(shù)鏡頭和手動(dòng)調(diào) 節(jié)焦距的方法，因此一體化攝像機(jī)4應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)焦和自動(dòng)變倍功能。實(shí)施例中采用美國(guó) Honeywell公司的GC-655P —體化攝像機(jī)和中國(guó)大恒圖像公司的DH-CG410圖像采集卡使 用，像素?cái)?shù)為768X576，像素尺寸為4. 17iimX4. 17踐。 本發(fā)明所述的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置(參見圖5)主要包括線纜連接的一塊多功能數(shù) 據(jù)采集卡、一臺(tái)特斯拉計(jì)和一個(gè)霍爾探頭10 ;其中，霍爾探頭10安裝于三維直角坐標(biāo)機(jī)器 人5的Z臂滑塊的連接卡座57之上，它隨Z臂滑塊的移動(dòng)做平行于Z臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；特斯 拉計(jì)安裝于控制柜8內(nèi)，霍爾探頭10的信號(hào)輸出線接入特斯拉計(jì)，特斯拉計(jì)的信號(hào)輸出線 接入多功能數(shù)據(jù)采集卡，多功能數(shù)據(jù)采集卡安裝于工控機(jī)7內(nèi)。為保護(hù)霍爾探頭10的安全， 在霍爾探頭10與Z臂滑塊的連接卡座57處裝有過載保護(hù)裝置56。實(shí)施例中特斯拉計(jì)為北 京大西洋儀器工程責(zé)任有限公司的SG-43型產(chǎn)品，多功能數(shù)據(jù)采集卡選用美國(guó)國(guó)家儀器公 司(National Instruments,NI)的NI PCI-6220型多功能數(shù)據(jù)采集卡。為了減小外界的噪 聲干擾，實(shí)施例中將特斯拉計(jì)的輸出信號(hào)用雙絞線以差分方式接入多功能數(shù)據(jù)采集卡。
本發(fā)明裝置的軟件設(shè)計(jì)也采用模塊化方式，將不同測(cè)試內(nèi)容設(shè)計(jì)成單獨(dú)的功能模 塊。所述系統(tǒng)軟件基于LabVIEW平臺(tái)開發(fā)，軟件結(jié)構(gòu)(參見圖6)按工作邏輯關(guān)系主要包括 運(yùn)動(dòng)控制模塊、姿態(tài)測(cè)量及調(diào)整模塊、視覺定位模塊、磁場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)模塊、磁場(chǎng)手動(dòng)檢測(cè)模 塊和系統(tǒng)管理模塊六部分。每個(gè)程序模塊相互獨(dú)立，集成在同一個(gè)主程序框架中，并通過主 程序?qū)崿F(xiàn)各個(gè)程序模塊之間的通訊。這樣設(shè)計(jì)既可以靈活實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)充、升級(jí)和維護(hù)，又 有利于移植用于其它場(chǎng)合。 本發(fā)明裝置所述的控制系統(tǒng)包括安裝在控制柜8內(nèi)部的供電電源，直角坐標(biāo)機(jī)器 人控制電路和特斯拉計(jì)與多功能數(shù)據(jù)采集卡之間的信號(hào)調(diào)理電路。所述供電電源具體包括 7個(gè)供電電源工控機(jī)電源、測(cè)量系統(tǒng)電源、一體化攝像機(jī)電源、X軸伺服系統(tǒng)電源、Y軸伺服系統(tǒng)電源、Z軸伺服系統(tǒng)電源和三個(gè)控制器IO專用電源。安裝于控制柜8面板的部件包括 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(工控機(jī))屏幕和鍵盤、電源指示、故障指示、電源開關(guān)和伺服系統(tǒng)手動(dòng)復(fù) 位按鈕。工控機(jī)7、直角坐標(biāo)機(jī)器人5和一體化攝像機(jī)4之間的通訊功能是通過串行口擴(kuò)展 卡實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)施例中采用研華科技股份有限公司產(chǎn)品PCI-1610A4串行口擴(kuò)展卡。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。 本發(fā)明裝置的工作流程主要包括檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量及調(diào)整、待測(cè)孔心定位及磁場(chǎng)
分布測(cè)量三個(gè)步驟 1.檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量及調(diào)整 操作人員通過天車等輔助設(shè)備將檢測(cè)對(duì)象(速調(diào)管電磁聚焦系統(tǒng)2)安裝放置到 可調(diào)整工作臺(tái)1的置件臺(tái)13的臺(tái)面上，然后由操作者移動(dòng)測(cè)量機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與可調(diào)整工作臺(tái) 1聯(lián)接。在檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量之前，操作人員要先將數(shù)字百分表3通過連接桿9安裝于直角 坐標(biāo)機(jī)器人5的卡座54之上，通過對(duì)檢測(cè)對(duì)象上表面三個(gè)設(shè)定點(diǎn)的高度測(cè)量計(jì)算得到可調(diào) 整工作臺(tái)1的調(diào)整機(jī)構(gòu)12所對(duì)應(yīng)的調(diào)整量，然后由操作人員通過手輪16完成可調(diào)整工作 臺(tái)1的姿態(tài)調(diào)整，保證磁場(chǎng)測(cè)量過程中探頭511垂直于檢測(cè)對(duì)象的上基準(zhǔn)面。姿態(tài)調(diào)整結(jié) 束后，將數(shù)字百分表3和連接桿9由直角坐標(biāo)機(jī)器人5的卡座54上取下。
2.待測(cè)孔心定位 工作臺(tái)姿態(tài)調(diào)整結(jié)束后，通過直角坐標(biāo)機(jī)器人5拖動(dòng)攝像機(jī)4運(yùn)動(dòng)使得檢測(cè)對(duì)象 置于鏡頭下方，調(diào)整放大倍數(shù)和焦距，利用系統(tǒng)軟件計(jì)算得到各待測(cè)通孔中心在直角坐標(biāo) 機(jī)器人坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
3.磁場(chǎng)分布測(cè)量 由直角坐標(biāo)機(jī)器人5根據(jù)各孔心坐標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，拖動(dòng)霍爾探頭10按設(shè)定采樣間 距依次完成各通孔軸線方向磁場(chǎng)分布的測(cè)量。磁場(chǎng)測(cè)量過程中，通過帶通濾波盡量減少噪 聲干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象與測(cè)量機(jī)器人主體之間相對(duì)姿態(tài)的測(cè)量，以 保證檢測(cè)過程中探頭與檢測(cè)對(duì)象上表面之間的垂直關(guān)系，從而保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性與檢 測(cè)設(shè)備的安全性。視覺導(dǎo)引定位系統(tǒng)主要完成檢測(cè)對(duì)象上表面各待測(cè)通孔孔心位置的精確 獲取，保證磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程中磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處 理及存儲(chǔ)。所述各個(gè)模塊在實(shí)際應(yīng)用中相結(jié)合使用，以達(dá)到電磁聚焦系統(tǒng)磁場(chǎng)特性的自動(dòng) 測(cè)量目的。
權(quán)利要求
一種基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于該裝置包括配套和模塊化設(shè)計(jì)的可調(diào)整工作臺(tái)、測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述測(cè)量系統(tǒng)包括檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置、視覺導(dǎo)引定位裝置和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置；所述機(jī)器人系統(tǒng)包括三維直角坐標(biāo)機(jī)器人；所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)及軟件；所述的可調(diào)整工作臺(tái)主要由基座、三組調(diào)整機(jī)構(gòu)、置件臺(tái)、地腳輪和可調(diào)支腳組成；置件臺(tái)由呈正三角形排列的三組調(diào)整機(jī)構(gòu)支承，調(diào)整機(jī)構(gòu)由螺帽、導(dǎo)套、蝸輪軸、蝸輪軸軸承、蝸輪軸承悶蓋、箱體、蝸桿軸透蓋、蝸桿軸軸承和蝸桿軸及手輪構(gòu)成；蝸輪軸軸承通過過盈配合安裝于蝸輪軸的兩端，蝸桿軸軸承通過過盈配合安裝于蝸桿軸的兩端，并均通過過盈配合安裝于箱體內(nèi)，且由通過螺紋連接于箱體之上的蝸輪軸承悶蓋、蝸桿軸透蓋與導(dǎo)套固定，螺帽與蝸輪軸軸端之間為螺紋傳動(dòng)；手輪安裝于蝸桿軸的軸端，通過手輪可上下調(diào)整可調(diào)整機(jī)構(gòu)的支承高度，實(shí)現(xiàn)可調(diào)整工作臺(tái)的姿態(tài)調(diào)整；所述的檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置主要包括數(shù)字百分表和連接桿；其中數(shù)字百分表通過螺紋連接固定在連接桿的一端；姿態(tài)測(cè)量之前，將連接桿的另一端固定到直角坐標(biāo)機(jī)器人的Z臂滑塊的卡座上，姿態(tài)測(cè)量結(jié)束后，該裝置應(yīng)及時(shí)取下；所述的連接桿能夠折疊，且長(zhǎng)度可調(diào)；所述的視覺導(dǎo)引定位裝置主要包括一臺(tái)一體化攝像機(jī)和一塊圖像采集卡；一體化攝像機(jī)安裝于三維直角坐標(biāo)機(jī)器人的Z軸運(yùn)動(dòng)單元的末端上；圖像采集卡安裝于工控機(jī)內(nèi)，一體化攝像機(jī)與圖像采集卡和工控機(jī)之間通過線纜聯(lián)接；所述的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置主要包括線纜聯(lián)接的一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡、一臺(tái)特斯拉計(jì)和一個(gè)霍爾探頭；霍爾探頭安裝于三維直角坐標(biāo)機(jī)器人的Z臂滑塊的連接卡座上，它隨Z臂滑塊的移動(dòng)做平行于Z臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；特斯拉計(jì)安裝于控制柜內(nèi)，霍爾探頭的信號(hào)輸出線接入特斯拉計(jì)，特斯拉計(jì)的信號(hào)輸出線接入多功能數(shù)據(jù)采集卡，多功能數(shù)據(jù)采集卡安裝于工控機(jī)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)采用傳動(dòng)比為i = 20的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)；所述手輪為帶有刻度指示的專用手輪，該手輪每旋轉(zhuǎn)一周調(diào)整置件臺(tái)的支承點(diǎn)上下移動(dòng)0. 25mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于所述置件臺(tái)的臺(tái)面板為圓環(huán)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于將特斯拉計(jì)的輸出信號(hào)用雙絞線以差分方式接入多功能數(shù)據(jù)采集卡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于在所述霍爾探頭與Z臂滑塊的連接卡座處裝有過載保護(hù)裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于所述一體化攝像機(jī)具有自動(dòng)調(diào)焦和自動(dòng)變倍功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于視覺導(dǎo)引機(jī)器人的磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于該裝置包括配套和模塊化設(shè)計(jì)的可調(diào)整工作臺(tái)、測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述的可調(diào)整工作臺(tái)主要由基座、三組調(diào)整機(jī)構(gòu)、置件臺(tái)、地腳輪和可調(diào)支腳組成，通過手輪可實(shí)現(xiàn)可調(diào)整工作臺(tái)的姿態(tài)調(diào)整；所述測(cè)量系統(tǒng)包括檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置、視覺導(dǎo)引定位裝置和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，檢測(cè)對(duì)象姿態(tài)測(cè)量裝置主要包括數(shù)字百分表和連接桿；視覺導(dǎo)引定位裝置主要包括線纜連接的一臺(tái)一體化攝像機(jī)和一塊圖像采集卡；磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置主要包括線纜連接的一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡、一臺(tái)特斯拉計(jì)和一個(gè)霍爾探頭；所述機(jī)器人系統(tǒng)包括三維直角坐標(biāo)機(jī)器人；所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)及軟件。
文檔編號(hào)G01R33/07GK101702010SQ20091007088
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者劉今越, 李鐵軍, 楊冬, 趙海文 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)