高精度头盔跟踪定位阵列装配与监控方法

技术领域

本发明涉及高精度头盔跟踪定位阵列，具体涉及一种高精度头盔跟踪定位阵列装配与监控方法。

背景技术

随着军用盔装显示技术的发展，高精度头盔定位瞄准线的测量越来越受到重视，目前国内所有军用显示头盔(HMD)均采用的是基于计算机视觉原理的头盔瞄准线测量定位方式，该方式需要在头盔上安装足够数量的跟踪定位阵列作为定位标识点(LED点光源、图像板等)，这些定位标识点数量多，呈空间几何分布，具备极高的安装位置精度。

对于高精度头盔跟踪定位阵列的装配：传统的装配方式主要靠大量的专用工装保证，由人工手动操作，效率低下，况且，头盔是一种非刚体结构，以及批次性的自然公差，造成人工操作时容易出现定位偏差，实施过程中也难以监控改正，最终造成产品报废，影响合格率；一般工业机械臂的自动装配补偿与监控方法，是通过在一段时间后发现产品装配精度出现问题，或测试结果不良等已出现偏差的情况下，再对整个自动装配系统进行校准以补偿偏差，或缩短定期对工业机械臂基座标系或TCP坐标系的校准周期时间和周期，其位置补偿和监控比较盲目和滞后，无法实时监控、提前预知并做出合理的位置补偿及修正，不适合于高精度的军品生产配套。

由上可知，目前的盔装显示头盔，尤其是军用显示头盔(HMD)，在装配跟踪定位阵列工序中，存在不能实现自动化装配、无法及时针对产品尺寸超差或安装精度丢失等情况进行校正的问题。

发明内容

本发明的目的提供一种高精度头盔跟踪定位阵列装配与监控方法，本方法能完成工业机械臂自动装配、测试轨迹的监控、零件安装补偿和修正，实现了头盔高精度跟踪定位阵列的自动化装配，能及时对出现的突发情况进行快速反应和处理。

本发明所采用的技术方案是：

一种高精度头盔跟踪定位阵列装配与监控方法，包括步骤：

S1.固定工业机械臂安装底座的位置，固定三坐标测量机位置并将其测试台面调平、设置坐标系，将待装配组件安装固定在三坐标测量机测试台面上，通过校验后的三坐标测量机探针对工业机械臂基坐标系和TCP坐标系进行校准，使工业机械臂基坐标系和TCP坐标系与三坐标测量机坐标系统一；

S2.示教模式下，通过三坐标测量机探针测量待装配点位置信息；装配模式下，此时已更换新批次的待装配组件并实现完全定位，通过三坐标测量机探针测量此时待装配点位置信息；

S3.手动完成示教模式产品装配过程机械臂自动运行轨迹，即装配轨迹，并将装配轨迹运行过程中各待装配位置点信息分别设置为变量；将示教模式和装配模式下待装配点位置信息做差，获得两次装配位置的偏差；

S4.对装配轨迹运行过程中各待装配位置点信息进行更新，根据两次装配位置的偏差进行自动补偿，更新获得新的机械臂自动运行轨迹，完成装配。

进一步地，工业机械臂安装底座通过地脚螺栓牢固定位。

进一步地，工业机械臂和三坐标测量机采用互锁设置，在三坐标测量机上复位原点位置安装金属位置传感器，只有在三坐标测量机位于复位原点时，才允许工业机械臂执行装配或测试操作。

进一步地，在步骤S1中，校验三坐标测量机探针的方法是，将校验球安装固定在三坐标测量机测试台面上，通过校验球对三坐标测量机探针进行校准，获得探针相应数据，整个过程校验球不取下，方便换针后或定期对探针进行校准。

进一步地，在步骤S1中，对工业机械臂基坐标系和TCP坐标系进行校准的方法是，多次测量工业机械臂法兰盘中心坐标数据，依次运动多次次工业机械臂，并在相应位置测量多组数据，并输入工业机械臂控制器中。

进一步地，利用工控机和PLC控制器对整个过程进行控制和监控；工控机上为Windows系统装有Labview测控软件，用于接收三坐标测量机的测试数据，并通过TCP/IP网口将数据传输给OPC服务器，OPC服务器将数据存储并传输给PLC控制器，PLC控制器进行示教数据与当次测量数据的运算处理，并将结果通过TCP/IP网口传输给工业机械臂，使工业机械臂根据各批次待装配产品的三坐标测量数据的偏差进行自动补偿，完成装配运行轨迹的修正。

本发明的有益效果是：

本方法能完成工业机械臂自动装配、测试轨迹的监控、零件安装补偿和修正，实现了头盔高精度跟踪定位阵列的自动化装配，能及时对出现的突发情况进行快速反应和处理，降低废品和残品率，实现真正的高效、智能、高合格率的自动化生产要求，并能提供数据底单。

附图说明

图1是本发明实施例中高精度头盔跟踪定位阵列装配与监控方法的流程图。

图2是本发明实施例中基于Labview工控软件的监控系统示意图。

具体实施方式

下图结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种高精度头盔跟踪定位阵列装配与监控方法，包括步骤：

S1.固定工业机械臂安装底座的位置，固定三坐标测量机位置并将其测试台面调平、设置坐标系，将待装配组件安装固定在三坐标测量机测试台面上，通过校验后的三坐标测量机探针对工业机械臂基坐标系和TCP坐标系(工具坐标系)进行校准，使工业机械臂基坐标系和TCP坐标系与三坐标测量机坐标系统一；

S2.示教模式下，通过三坐标测量机探针测量待装配点位置信息(X1，Y1，Z1，I1，J1，K1)；装配模式下，此时已更换新批次的待装配组件并实现完全定位，通过三坐标测量机探针测量此时待装配点位置信息(X2，Y2，Z2，I2，J2，K2)；

S3.手动完成示教模式产品装配过程机械臂自动运行轨迹，即装配轨迹，并将装配轨迹运行过程中各待装配位置点信息分别设置为变量(X，Y，Z，A，B，C)；将示教模式和装配模式下待装配点位置信息做差，获得两次装配位置的偏差(ΔX，ΔY，ΔZ，ΔI，ΔJ，ΔK)；

S4.对装配轨迹运行过程中各待装配位置点信息进行更新，根据两次装配位置的偏差进行自动补偿(X＝X+ΔX；Y＝Y+ΔY；Z＝Z+ΔZ；A＝A+ΔI；B＝B+ΔJ；C＝C+ΔK)，更新获得新的机械臂自动运行轨迹，完成装配。

本方法能完成工业机械臂自动装配、测试轨迹的监控、零件安装补偿和修正，实现了头盔高精度跟踪定位阵列的自动化装配，能及时对出现的突发情况进行快速反应和处理，降低废品和残品率，实现真正的高效、智能、高合格率的自动化生产要求，并能提供数据底单。

在本实施例中，工业机械臂安装底座通过地脚螺栓牢固定位。

在本实施例中，工业机械臂和三坐标测量机采用互锁设置，在三坐标测量机上复位原点位置安装金属位置传感器，只有在三坐标测量机位于复位原点时，才允许工业机械臂执行装配或测试操作，防止三坐标测量机和工业机械臂同时工作发生碰撞或干涉，损坏仪器或设备。

在本实施例中，在步骤S1中，校验三坐标测量机探针的方法是，将校验球安装固定在三坐标测量机测试台面上，通过校验球对三坐标测量机探针进行校准，获得探针相应数据，整个过程校验球不取下，方便换针后或定期对探针进行校准。

在本实施例中，在步骤S1中，对工业机械臂基坐标系和TCP坐标系进行校准的方法是，多次测量工业机械臂法兰盘中心坐标数据，依次运动多次次工业机械臂，并在相应位置测量多组数据，并输入工业机械臂控制器中。

如图2所示，在本实施例中，利用工控机和PLC控制器对整个过程进行控制和监控；工控机上为Windows系统装有Labview测控软件，用于接收三坐标测量机的测试数据，并通过TCP/IP网口将数据传输给OPC服务器，OPC服务器将数据存储并传输给PLC控制器，PLC控制器进行示教数据与当次测量数据的运算处理，并将结果通过TCP/IP网口传输给工业机械臂，使工业机械臂根据各批次待装配产品的三坐标测量数据的偏差进行自动补偿，完成装配运行轨迹的修正。实现了数据传送至Labview OPC客户端，方便测量数据和偏差修正数据的记录和观察，实现对整个系统运行数据的实时监控，各硬件通讯采用TCP/IP网口方式，通讯设置简单方便，数据传输实时性好，符合自动装配工业领域对数据实时性要求高的特点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。