【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械装配，具体涉及一种工程机械销轴装配系统以及该系统的激光精确定位装配方法。
技术介绍
1、目前，工程机械制造业中存在许多大型工件的精确装配，特别针对工程机械的轴销与轴孔之间的精确装配工艺非常广泛。由于工作场景复杂，目前一般采用人工的搬运和装配方式；由于有些场景装配销轴的重量可达20-50公斤，搬运及装配耗费体力，装配效率低下，而且存在严重的安全隐患。
2、目前一些工厂采用工业相机视觉定位引导工业机械臂抓取销轴进行装配的方法来改进工艺技术，这种方法是将相机和夹爪固定于机械臂末端，或者是在装配工件上方的位置，标定后通过相机对轴孔进行视觉定位，然后引导机械臂抓取销轴对准轴孔进行装配。其中，轴类装配对精度普遍要求较高，公差等级可达到it6-it7。由于现场环境较差，基于相机视觉的定位容易受到环境光、振动、粉尘等因素的影响，其定位精度和稳定性常常由于误差过大不能满足实际要求。
3、另外，也有采用激光三维扫描并对获得的点云数据进行算法处理的定位方式，这种方式虽然也有较高的抗环境干扰性能，但线扫激光成本高，且点云数据处理量大，算法复杂，对工控机要求高的缺点。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种工程机械销轴装配系统及其激光精确定位装配方法，该系统和方法可以消除环境光、振动等因素的影响，且能有效降低算法的复杂程度，降低系统的硬件成本。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一
4、工业机械臂、单点激光传感器、工控机、夹爪执行机构、工装平台及轴孔支架，所述夹爪执行机构安装在工业机械臂末端上，所述工业机械臂、单点激光传感器与所述工控机之间进行实时通信，所述夹爪执行机构具有用于抓取销轴工件的夹爪以及夹爪支架，所述轴孔支架放置在所述工装平台上，并通过限位块进行粗定位，所述单点激光传感器安装在所述夹爪支架一侧，所述工控机用于接收、处理来自所述单点激光传感器的数据以及实现激光工具坐标系坐标到基础坐标系的转换，根据所述单点激光传感器对所述轴孔支架上轴孔的精确定位结果来控制工业机械臂的运动，并通过夹爪精确抓取销轴移动到轴孔前方，从而实现机械臂抓取销轴对轴孔的精确装配。
5、根据本专利技术提供的一种工程机械销轴装配系统，还包括销轴存放工装台及限位筒，用于存放和定位待装配的销轴工件，便于机械臂夹爪准确抓取；地轨，所述工业机械臂通过其基座可以在地轨上运动，以适应更大范围的装配需求。
6、由此可见，本专利技术主要由工业机械臂、单点激光传感器、工控机、夹爪执行机构、工装台及粗定位装置等组成，将激光传感器布置在机械臂末端，工业机械臂通过以太网与工控机实时通信；通过控制单点激光传感器实时采集扫描的数据发送给工控机，通过算法实现对装配支架上轴孔的精确定位，实现机械臂抓取销轴与轴孔的精确装配。本专利技术使用激光传感器替代工业相机可以消除现场环境对定位精度和定位稳定性的影响，通过单点激光传感器替代激光三维扫描定位，可有效降低算法的复杂程度，降低系统的硬件成本。
7、一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，该方法应用于上述的一种工程机械销轴装配系统，其包括以下步骤：
8、启动工程机械销轴装配系统；
9、将待装配的销轴放置在销轴存放工装台上套筒中以保证抓取的准确性，并确保其处于机械臂夹爪抓取的范围；
10、将轴孔支架放置到轴孔工装平台上，并通过限位块进行粗定位；
11、通过工业机械臂带动点激光进行扫描运动规划，以确保激光能够覆盖轴孔区域；
12、启动安装在夹爪支架上的单点激光传感器，对轴孔支架上的轴孔执行激光扫描；其中，点激光在机械臂的带动下沿轴孔中心附近，执行x方向和y方向运动；
13、工控机实时采集激光扫描过程中测得的激光数据，并通过初步处理后将标定后的激光工具坐标测量数据转换为测量点的基础坐标数据，确保机械臂能够准确定位轴孔的位置；
14、根据定位获取的坐标数据，计算轴孔的中心位置及方向，控制工业机械臂进行运动，工业机械臂带动安装在末端的夹爪执行机构移动到销轴存放工装台上方，并通过夹爪精确抓取销轴；
15、夹爪执行机构继续带动销轴移动，直到销轴移动到轴孔的前方，在工控机的控制下，夹爪将销轴移动并对准轴孔，待销轴进入轴孔后，松开夹爪，完成装配。
16、将装配过程中的关键数据记录并保存，以便后续分析和优化。
17、根据本专利技术提供的一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，在进行激光扫描定位之前，还执行：
18、将机械臂夹爪中心设定为原点，中心轴方向为z轴设定第一工具坐标系，并进行标定，以确保夹爪位置与控制系统中的坐标一致；
19、将点激光镜头中心设为原点，激光线束方向为z轴设定第二工具坐标系，并进行标定，以确保激光扫描获取特征点坐标的准确；
20、完成以上标定后，在第二工具坐标系下，进行扫描测量，标定后的激光工具坐标测量数据可以转换为测量点的基础坐标数据。
21、根据本专利技术提供的一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，在执行执行x方向和y方向运动扫描时，扫描长度大于轴孔5-10cm；
22、当激光线束覆盖轴孔移动过程中，在扫描到孔边缘时测到的距离数据会产生跳变，此时可得到的工业机械臂下第二工具坐标系下到基础坐标系的靶点坐标，通过x方向和y方向移动得到4个跳变点，即轴孔边沿上的4个坐标点；通过对4个坐标点进行几何计算得到轴孔的中心轴位置和方向，并验证采集的特征点坐标的准确性和有效性。
23、根据本专利技术提供的一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，工控机在完成定位计算后，扫描定位流程结束，关闭激光发射器，把定位坐标数据发送给工业机械臂，切换到第一工具坐标系下，机械臂移动到定位坐标指定的位置，通过其末端的夹爪抓取销轴，执行装配动作。
24、根据本专利技术提供的一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，所述通过对4个坐标点进行几何计算得到轴孔的中心轴位置和方向，具体包括：
25、用单点激光扫描得到轴孔边沿圆上的4点空间坐标，使用其中三点用于计算圆心坐标o(x0,y0,z0)，然后计算轴孔内轴线方向向量ab×ac，接着使用第四点d(x4,y4,z4)进行定位的误差验证。
26、根据本专利技术提供的一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，在计算圆心坐标时，利用向量法结合线性方程组来求解由三个空间点a(x1,y1,z1),b(x2,y2,z2),c(x3,y3,z3)所确定的圆心o(x0,y0,z0)：
27、首先，定义向量和如下公式(1)：
28、
29、由于圆心o到a、b、c三点的向量都与平面abc垂直，且根据向量的点积性质，
30、将表示为(x0-x1,y0-y1,z0-z1)，代入公式(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种工程机械销轴装配系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
3.一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1或2所述的一种工程机械销轴装配系统，其包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过对4个坐标点进行几何计算得到轴孔的中心轴位置和方向，具体包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种工程机械销轴装配系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
3.一种工程机械销轴装配系统的激光精确定位装配方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1或2所述的一种工程机械销轴装配系统，其包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国富，周鹏鑫，唐蕾，刘伟，
申请(专利权)人：广东锰玛智行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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