白车身装配特征机器人在线检测技术与系统研究

摘要

汽车白车身是整车的重要组成部分,其制造质量和精度直接影响到汽车内外饰的匹配,决定了整车的性能。严格控制白车身尺寸精度是保证汽车制造质量和生产效率的关键。因此,通过测量焊接成型的白车身上各零部件中的装配特征位姿,实现对白车身总成尺寸的实时监控,具有极为重要的工程意义。国内外现有技术中,主要有接触式检测和非接触式检测。其中,基于机器视觉的非接触式机器人检测技术效率高、柔性大、精度适中,是白车身装配特征在线检测技术的研究趋势。但现有非接触式检测系统仍存在光照控制难度大、测量头位姿限制多、引入机器人运动误差等不足,因此有必要研究一种新的在线检测技术,以弥补这些不足。
　　研究了一种基于线激光扫略的白车身装配特征在线检测技术,提出了摆动式线激光单目视觉测量头白车身装配特征机器人在线检测系统方案:由机器人携带测量头运动到最佳测量位置;通过测量头转台带动测量头摆动并触发摄像机拍摄,采集一组装配特征的线激光扫略图像;经图像光刀点云提取、空间光刀点云整合以及装配特征位姿参数拟合计算,实现白车身装配特征的自动、稳定、精密检测。
　　研究了摆动式线激光单目视觉测量头,包括对测量头光路结构、测量头转台安装的优化设计以及测量头光学元器件和机械零部件的合理选型。
　　针对现有激光视觉测量头标定方法中的不足,以及测量头摆动运动的标定需求,提出了无位姿约束的测量头光学参数标定方法和简便的测量头单轴转台标定方法。共用同一块平面靶标。运用图像靶标特征点所构成向量簇叉积方向集合的射影不变性和交比不变原理实现无位姿约束的测量头标定。实施了标定实验,获得了理想的标定结果。
　　研究了白车身装配特征图像的矢量化计算方法。提出了面向白车身上圆孔、螺纹孔、复合孔槽、圆柱、折边等装配特征的光刀点云提取方法和位姿参数计算方法。光刀点云的提取从图像中央开始遍历,并添加了图像正确性、区域连通性判断算法;位姿参数的计算通过建立局部坐标系实现点云的降维计算。通过实验进行了验证。
　　开发了白车身装配特征在线检测系统样机,在某白车身制造厂进行了大量在线检测实验。通过实验对测量的绝对精度、重复精度及检测效率作了评价,获得了理想的工程应用效果。对测量误差来源作了分析,并对未来的研究方向作了展望。

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第一章 绪论

1.1 白车身装配特征在线检测技术概述

1.2 研究问题的提出

1.3 当前研究现状

1.4 本文研究目标及内容

第二章 白车身装配特征线激光扫略测量方案研究

2.1 整体测量方案

2.2 线激光单目视觉测量头设计

2.3 本章小结

第三章 摆动式线激光视觉测量头在线标定研究

3.1 标定原理

3.2 标定方法及步骤

3.3 标定实验及结果评价

3.4 本章小结

第四章 白车身装配特征图像矢量化计算研究

4.1 白车身装配特征计算目标及流程

4.2 装配特征光刀点云提取方法

4.3 装配特征位姿参数拟合计算方法

4.4 实验验证

4.5 本章小结

第五章 系统开发与实验验证

5.1 在线检测系统开发

5.2 在线检测系统实验验证

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果