CN113043329B - 一种测量模组的精度标定试验装置 - Google Patents

Abstract

一种测量模组的精度标定试验装置，包括：安装座，安装座上沿第一方向相间隔地设置有第一安装部和第二安装部；沿第二方向布置的第一转轴，可转动地安装在第一安装部上，第一转轴上设置有第三安装部；沿第三方向布置的第二转轴，可转动地安装在第二安装部上，第二转轴上设置有第四安装部；第一角度检测机构，安装在安装座上、并与第一转轴配合使用，用于检测第一转轴的转角信息；第二角度检测机构，安装在安装座上、并与第二转轴配合使用，用于检测第二转轴的转角信息；和具有标定面的标定件，固定在第四安装部上，测量模组设置为可拆卸地固定在第三安装部上、并朝向标定面。该精度标定试验装置，能够解决测量模组的测量精度无法保证的技术难题。

Description

一种测量模组的精度标定试验装置

技术领域

本文涉及机器人设备技术领域，尤指一种测量模组的精度标定试验装置。

背景技术

机器人自主装配技术，利用测量模组和机器人所组成的机器人系统按照装配工艺的需求自动地完成装配任务。

目前机器人系统已成功应用于物流、码垛、焊接、加工等工业领域，推动了上述领域的自动化发展。装配是产品制造周期中最主要的环节之一，决定了产品的质量、寿命和性能。目前的机器人装配技术仅适用于大批量、工序固定、精度要求低的汽车和3C产品的装配任务要求，但远无法满足卫星、导弹、火箭等现代高精尖设备对总装的高精度要求，其主要原因是测量模组的测量精度无法保证，测量模组的测量精度低直接导致了机器人系统的最终装配精度低。

发明内容

测量模组包括激光位移传感器和工业相机，工业相机上安装有相机镜头。研究发现：激光位移传感器和工业相机的安装位姿误差是在激光位移传感器和工业相机安装好之后产生的，该误差无法避免却极大地影响测量模组的测量精度。

本申请提供了一种精度标定试验装置，能够解决测量模组的测量精度无法保证的技术难题。

本发明实施例提供的测量模组的精度标定试验装置，包括：安装座，所述安装座上沿第一方向相间隔地设置有第一安装部和第二安装部；沿第二方向布置的第一转轴，可转动地安装在所述第一安装部上，所述第一转轴上设置有第三安装部；沿第三方向布置的第二转轴，可转动地安装在所述第二安装部上，所述第二转轴上设置有第四安装部；第一角度检测机构，可安装在所述安装座上、并与所述第一转轴配合使用，用于检测所述第一转轴的转角信息；第二角度检测机构，可安装在所述安装座上、并与所述第二转轴配合使用，用于检测所述第二转轴的转角信息；和具有标定面的标定件，固定在所述第四安装部上，所述测量模组设置为可拆卸地固定在所述第三安装部上、并朝向所述标定面；其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向均相交。

在一示例性实施例中，精度标定试验装置还包括：第一锁定机构，与所述第一转轴配合使用，用于锁定和释放所述第一转轴；和第二锁定机构，与所述第二转轴配合使用，用于锁定和释放所述第二转轴。

在一示例性实施例中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向均垂直相交。

在一示例性实施例中，所述第三安装部位于所述第一转轴的侧面，所述第四安装部位于所述第二转轴的端部。

在一示例性实施例中，所述第一方向为左右方向，所述第二方向为前后方向，所述第三方向为上下方向，所述第三安装部位于所述第一转轴的侧面上部，所述第四安装部位于所述第二转轴的上端，所述标定面倾斜朝上布置。

在一示例性实施例中，所述第一角度检测机构具有第一连接轴，所述第一连接轴与所述第一转轴的一端相连接，且所述第一连接轴的轴线与所述第一转轴的轴线相重合。

在一示例性实施例中，所述第二角度检测机构具有第二连接轴，所述第二连接轴与所述第二转轴的一端相连接，且所述第二连接轴的轴线与所述第二转轴的轴线相重合。

在一示例性实施例中，所述第一转轴的另一端设置有第一旋转驱动件，所述第二转轴的另一端设置有第二旋转驱动件。

在一示例性实施例中，所述第一角度检测机构和所述第二角度检测机构均为编码器。

在一示例性实施例中，所述标定件为标定板，所述标定面为标定平面，所述标定平面上设置有参照标识。

在一示例性实施例中，所述第一安装部为第一轴孔，所述第一轴孔的孔壁和所述第一转轴之间设置有轴承和轴承端盖。

在一示例性实施例中，所述第二安装部为第二轴孔，所述第二轴孔的孔壁和所述第二转轴之间设置有轴承和轴承端盖。

在一示例性实施例中，所述第一锁定机构包括第一锁紧螺钉、第一压持件和第一止动件，所述第一止动件固定套装在所述第一转轴上，所述第一压持件压持所述第一止动件于所述安装座上，所述第一锁紧螺钉穿过所述第一压持件旋紧在所述安装座上，实现锁定所述第一转轴。

在一示例性实施例中，所述第二锁定机构包括第二锁紧螺钉、第二压持件和第二止动件，所述第二止动件固定套装在所述第二转轴上，所述第二压持件压持所述第二止动件于所述安装座上，所述第二锁紧螺钉穿过所述第二压持件旋紧在所述安装座上，实现锁定所述第二转轴。

本发明实施例提供的精度标定试验装置，通过第一角度检测机构和第二角度检测机构能够便捷地构造大量的空间关系明确的测量位姿，可为测量模组安装误差标定提供丰富、准确的数据，利用该数据通过标定算法运算即可求得激光位移传感器和工业相机的安装位姿误差，机器人系统通过结合该安装位姿误差即可达到提升测量模组的测量精度的目的。而且，该精度标定试验装置能够同时标定测量模组的工业相机和激光位移传感器，还能够单独标定激光位移传感器或工业相机。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1所示为本发明的测量模组的精度标定试验装置的立体结构示意图，测量模组安装在精度标定试验装置上；

图2为图1中第一旋转轴系的立体结构示意图，第一旋转轴系安装在精密底座上；

图3为图2的分解结构示意图；

图4图1中第二旋转轴系的立体结构示意图，第二旋转轴系安装在精密底座上；

图5为图4的分解结构示意图；

图6为图1中测量模组的立体结构示意图。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

如图6所示，测量模组包括安装板1、快装快拆装置2、快装快拆装置3、安装架4、激光位移传感器安装板5、激光位移传感器安装板6、激光位移传感器7、激光位移传感器8、工业相机安装板9、工业相机10和相机镜头11。安装板1通过快装快拆装置2和快装快拆装置3与安装架4固定。安装架4通过激光位移传感器安装板5与激光位移传感器7固定连接，通过激光位移传感器安装板6与激光位移传感器8固定连接，通过工业相机安装板9与工业相机10固定连接，同时工业相机与相机镜头11通过螺纹连接。

如图1至图5所示，该精度标定试验装置，包括第一旋转轴系、第二旋转轴系和安装座。第一旋转轴系和第二旋转轴系左右间隔、并固定在安装座上。安装座为精密底座15。

如图1至图3所示，第一旋转轴系：安装板1的下端与阶梯轴12(即：第一转轴)通过螺纹连接件(如螺钉)固定连接，即安装板1的下端固定在阶梯轴12上的a位置处(如图3所示)，第三安装部位于a位置。阶梯轴12通过轴承13和轴承14安装在精密底座15的第一轴孔上。阶梯轴端盖16(即：轴承端盖)与精密底座15通过螺栓固定连接、并顶住轴承14的外圈。阶梯轴端盖17(即：轴承端盖)与精密底座15通过螺栓固定连接，并顶住轴承13的外圈。阶梯轴12的一端穿过阶梯轴端盖17与旋转手轮18(即：第一旋转驱动件)固定连接，另一端穿过阶梯轴端盖16与止动垫片19(即：第一止动件)固定连接；压紧垫片20(即：第一压紧件)的一个端面与止动垫片19重合，另一个端面与止动旋钮21、止动旋钮22、止动旋钮23和止动旋钮24(即：四个第一锁紧螺钉)的端面重合；编码器支架25将编码器26(即：第一角度检测机构)与精密底座15固定；编码器26的旋转输入轴(即：第一连接轴)通过止动垫片19与阶梯轴12固定连接。阶梯轴12沿前后方向布置。第一锁定机构包括止动旋钮21、止动旋钮22、止动旋钮23、止动旋钮24、压紧垫片20和止动垫片19。

如图1、图4和图5所示，第二旋转轴系：阶梯轴27通过轴承28和轴承29安装在精密底座15的第二轴孔上；阶梯轴端盖30(即：轴承端盖)与精密底座15通过螺栓固定连接、并顶住轴承29的外圈。阶梯轴端盖31(即：轴承端盖)与精密底座15通过螺栓固定连接、并顶住轴承28的外圈。阶梯轴27的一端穿过阶梯轴端盖30、止动垫片32(即：第二止动件)和压紧垫片33(即：第二压紧件)，与旋转手轮38(即：第二旋转驱动件)固定连接。止动垫片32的一个端面与阶梯轴端盖30贴合，另一个端面与压紧垫片33贴合。止动旋钮34、止动旋钮35、止动旋钮36和止动旋钮37(即：四个第二锁紧螺钉)穿过压紧垫片33的通孔，与精密底座15通过螺栓固定连接。阶梯轴27的另一端穿过与精密底座15固定连接的阶梯轴端盖31，与标定板39(即：标定件)通过螺栓固定连接，即：标定板39固定在阶梯轴27另一端的b位置处(如图5所示)，第四安装部位于b位置；标定板39与编码器42的旋转输入轴(第二连接轴)固定连接，在标定板39的标定平面(即：标定面)的中心安装有用于工业相机10标定的棋盘格标定板40；编码器42通过编码器支架41与精密底座15固定连接。阶梯轴27沿上下方向布置。第二锁定机构包括止动旋钮34、止动旋钮35、止动旋钮36、止动旋钮37、压紧垫片33和止动垫片32。

如图1、图2、图4和图6所示，编码器26和编码器42时刻记录阶梯轴12和阶梯轴27的转角信息，根据所记录的转角信息计算出激光位移传感器7和激光位移传感器8当前的测量位姿。在此基础上，激光位移传感器7和激光位移传感器8射出激光，测量出与标定板39的距离信息；工业相机10测量出棋盘格标定板40中心的空间位置(即：参照标识所在位置)。

如图1、图2和图6所示，通过依次拧松止动旋钮21、止动旋钮22、止动旋钮23和止动旋钮24，此时压紧垫片20与阶梯轴端盖16从两侧对止动垫片19的压紧力消失，同时压紧垫片20和阶梯轴端盖16对止动垫片19的摩擦力随之消失；止动垫片19失去摩擦力对其旋转运动趋势的约束，与止动垫片19固定连接的阶梯轴12具备旋转运动能力(即：阶梯轴12被释放)；此时通过调整旋转手轮18的空间角度，即可调整与旋转手轮18固定连接的阶梯轴12的空间角度，并运动到新的测量位置；此时依次拧紧止动旋钮21、止动旋钮22、止动旋钮23和止动旋钮24，压紧垫片20在止动旋钮21、止动旋钮22、止动旋钮23和止动旋钮24的作用下，将止动垫片19压紧在压紧垫片20和阶梯轴端盖16之间；同时压紧垫片20和阶梯轴端盖16上产生了阻碍止动垫片19运动的摩擦力；由此止动垫片19和阶梯轴12被固定(即：阶梯轴12被锁定)；阶梯轴12固定后，与阶梯轴12固定连接的编码器26记录此时的转角信息；由此，第一旋转轴系运动到新的测量位置，并由编码器26记录准确的运动信息。

如图1、图4和图6所示，通过依次拧松止动旋钮34、止动旋钮35、止动旋钮36和止动旋钮37，此时压紧垫片33与阶梯轴端盖30从两侧对止动垫片32的压紧力消失，同时压紧垫片33和阶梯轴端盖30对止动垫片32的摩擦力随之消失；止动垫片32失去摩擦力对其旋转运动趋势的约束，与止动垫片32固定连接的阶梯轴27具备旋转运动能力(即：阶梯轴27被释放)；此时通过调整旋转手轮38的空间角度，即可调整与旋转手轮38固定连接的阶梯轴27的空间角度，并运动到新的测量位置；此时依次拧紧止动旋钮34、止动旋钮35、止动旋钮36和止动旋钮37，压紧垫片33在止动旋钮34、止动旋钮35、止动旋钮36和止动旋钮37的作用下，将止动垫片32压紧在压紧垫片33和阶梯轴端盖30之间；同时压紧垫片33和阶梯轴端盖30上产生了阻碍止动垫片33运动的摩擦力；由此止动垫片33和阶梯轴27被固定(即：阶梯轴27被锁定)；阶梯轴27固定后，与阶梯轴27固定连接的编码器42记录此时的转角信息；由此，第二轴系运动到新的测量位置，并由编码器42记录准确的运动信息。

当第一旋转轴系和第二旋转轴系均运动到新的测量位置时，根据所记录的转角信息计算出激光位移传感器和工业相机在该测量位置下的测量位姿；在此基础上，激光位移传感器7和激光位移传感器8射出激光，测量出该测量位置下的与标定板39的距离信息；工业相机10测量出该测量位置下的棋盘格标定板40中心的空间位置。

根据标定需求，多次重复上述过程，直至构造出数量足够多的标定数据，上述数据通过标定算法运算即可求得激光位移传感器和工业相机的安装位姿误差，机器人系统通过结合该安装位姿误差即可达到提升测量模组的测量精度的目的。

该精度标定试验装置具有如下有益效果：

1.通过两个编码器能便捷地构造大量的空间关系明确的测量位姿，为测量系统安装误差标定提供丰富、准确的数据；

2.能够用于激光位移传感器和工业相机同时标定，避免单独标定时重复构造相同测量位姿的工作量，提高了整体标定效率；

3.采用方便转动的旋转手轮控制阶梯轴和阶梯轴转动，转动到合适的测量位姿能通过止动旋钮保持该测量位姿，并采用精密的编码器记录转角，便于根据实际标定需求快速构造测量位姿；

4.不仅能标定包括工业相机和激光位移传感器的多传感器融合的测量模组，还具备单独标定激光位移传感器或工业相机的能力；

5.根据不同旋转轴系的特点，设计对应的旋转驱动件(包括第一旋转驱动件和第二旋转驱动件)及锁定机构(包括第一锁定机构和第二锁定机构)，便于操作者使用。

综上所述，本发明实施例提供的精度标定试验装置，通过第一角度检测机构和第二角度检测机构能够便捷地构造大量的空间关系明确的测量位姿，可为测量模组安装误差标定提供丰富、准确的数据，利用该数据通过标定算法运算即可求得激光位移传感器和工业相机的安装位姿误差，机器人系统通过结合该安装位姿误差即可达到提升测量模组的测量精度的目的。而且，该精度标定试验装置能够同时标定测量模组的工业相机和激光位移传感器，还能够单独标定激光位移传感器或工业相机。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种测量模组的精度标定试验装置，其特征在于，包括：

安装座，所述安装座上沿第一方向相间隔地设置有第一安装部和第二安装部；

沿第二方向布置的第一转轴，可转动地安装在所述第一安装部上，所述第一转轴上设置有第三安装部；

沿第三方向布置的第二转轴，可转动地安装在所述第二安装部上，所述第二转轴上设置有第四安装部；

第一角度检测机构，与所述第一转轴配合使用，用于检测所述第一转轴的转角信息；

第二角度检测机构，与所述第二转轴配合使用，用于检测所述第二转轴的转角信息；和

具有标定面的标定件，固定在所述第四安装部上，所述测量模组设置为可拆卸地固定在所述第三安装部上、并朝向所述标定面；

其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向均相交。

2.根据权利要求1所述的精度标定试验装置，其特征在于，还包括：

第一锁定机构，与所述第一转轴配合使用，用于锁定和释放所述第一转轴；和

第二锁定机构，与所述第二转轴配合使用，用于锁定和释放所述第二转轴。

3.根据权利要求1所述的精度标定试验装置，其特征在于，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向均垂直相交。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的精度标定试验装置，其特征在于，所述第三安装部位于所述第一转轴的侧面，所述第四安装部位于所述第二转轴的端部。

5.根据权利要求4所述的精度标定试验装置，其特征在于，所述第一方向为左右方向，所述第二方向为前后方向，所述第三方向为上下方向，所述第三安装部位于所述第一转轴的侧面上部，所述第四安装部位于所述第二转轴的上端，所述标定面倾斜朝上布置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的精度标定试验装置，其特征在于，

所述第一角度检测机构具有第一连接轴，所述第一连接轴与所述第一转轴的一端相连接，且所述第一连接轴的轴线与所述第一转轴的轴线相重合；

所述第二角度检测机构具有第二连接轴，所述第二连接轴与所述第二转轴的一端相连接，且所述第二连接轴的轴线与所述第二转轴的轴线相重合。

7.根据权利要求6所述的精度标定试验装置，其特征在于，所述第一转轴的另一端设置有第一旋转驱动件，所述第二转轴的另一端设置有第二旋转驱动件。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的精度标定试验装置，其特征在于，所述标定件为标定板，所述标定面为标定平面，所述标定平面上设置有参照标识。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的精度标定试验装置，其特征在于，

所述第一安装部为第一轴孔，所述第一轴孔的孔壁和所述第一转轴之间设置有轴承和轴承端盖；

所述第二安装部为第二轴孔，所述第二轴孔的孔壁和所述第二转轴之间设置有轴承和轴承端盖。

10.根据权利要求2所述的精度标定试验装置，其特征在于，

所述第一锁定机构包括第一锁紧螺钉、第一压持件和第一止动件，所述第一止动件固定套装在所述第一转轴上，所述第一压持件压持所述第一止动件于所述安装座上，所述第一锁紧螺钉穿过所述第一压持件旋紧在所述安装座上，实现锁定所述第一转轴；

所述第二锁定机构包括第二锁紧螺钉、第二压持件和第二止动件，所述第二止动件固定套装在所述第二转轴上，所述第二压持件压持所述第二止动件于所述安装座上，所述第二锁紧螺钉穿过所述第二压持件旋紧在所述安装座上，实现锁定所述第二转轴。

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