基于机器视觉的多规格紧固件自动组套系统研究

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1、先进装配装备技术ADVANCEDASSEMBLYEQUIPMENTTECHNOLOGY基于机器视觉的多规格紧固件自动组套系统研究ResearchonAutomaticMatchingSystemforFastenerofVariousSpecificationsBasedonMachineVision中国空间技术研究院总装与环境工程部潘尚洁赵璐傅浩【摘要】针对航天器总装领域多规格紧固件管理需求，设计并搭建了紧固件自动组套系统。系统首先利用CCD设备对紧固件进行实时图像采集，然后通过图像处理技术获取待抓取对象及位置信息，最后在六自由度机械臂与电动夹持机构的相互配合下

2、实现紧固件的抓取及组套。自动组套系统可以同时满足单类紧固件出库和多类紧固件组套出库的需求。关键词：紧固件机器视觉自动组套系统【ABSTRACT】Accordingtothemanagementde—mandoffastenerofvariousspecificationsinthecauseofsatelliteassembly,automaticmatchingsystemisdesigned．Firstly,thereal—timeimageoffastenerisacquiredbyCCDdevice．Secondly,theoperatedobjectis

3、selectedanditspositioninformationisacquiredfromtheimagethrough-outimageprocessing．Atlast，withthecooperationofmanipulatorswithmulti·degreeoffreedomandelectricalclampingdevice，thefastenerisclampedandmatched．Theautomaticmatchingsystemisabletomeetthedemandoffastenerdeliveryaboutonespecifi

4、cationorvariousspecifi—cations．Keywords：FastenerMachinevisionAutomaticmatchingsystemDoI：10．160808．issnl671-833x．2015．21．116紧固件是一种提供结构连接的机械产品，也称为标准件。在航天器总装领域，紧固件通常指螺钉、弹垫、平垫等几大类。紧固件是航天器总装领域应用最广泛的零件之一，占到航天器全部物料数量的50％以上。总装过程中，紧固件的使用模式分为单类使用和多类组套使用两种模式，其中组套使用是指将弹垫、平垫分别套装到螺钉上作为一个组套进行使用。由于航天

5、器总装过程中使用的紧固件具有尺寸小、规格多等特点，传统的紧固件管理涉及到的各个环节，包括规格核实、计数、组套等均由库房管理人员手工完成。然而，传统的工作模式存在以下不足：(1)工作效率低。紧固件尺寸小、规格多、易重叠、难抓取，操作效率低。同时，紧固件出库频繁，重复作业116航空制造技术·2015年第21期进一步影响操作效率；(2)规格、数量控制存在风险。紧固件单次出库数量大、规格多。库房管理人员需要同步核实数量和规格，存在管理风险；(3)对总装实施主线支持不足。卫星总装过程中，紧固件一般需要组套使用，即将螺钉、弹垫、平垫作为一组操作对象使用。组套操作繁琐耗时，库房

6、管理人员多将此项工作转移至型号总装人员，从而占用了型号总装主线时间。针对传统紧固件管理中存在的不足，本文提出并搭建紧固件自动组套系统以取代手工作业完成紧固件规格核实、计数、组套等操作。紧固件自动组套系统主要由检测定位子系统、抓取执行子系统及中心控制子系统3部分组成。其中，中心控制子系统基于PLC控制器进行设计，完成各个子系统的指令传递及协作控制。检测定位子系统采用机器视觉技术，利用CCD设备对待抓取紧固件信息进行实时采集，并利用图像预处理及模板匹配技术实现标准件的规格核实及定位。抓取执行子系统以六自由度机械臂为基础，针对紧固件类型设计了可伸缩电动夹持机构，可以同时

7、满足螺钉、弹垫、平垫等紧固件的抓取。1紧固件检测及定位1．1检测及定位流程检测及定位技术是紧固件自动组套系统的核心，决定了紧固件抓取的准确性。待抓取紧固件按类型被分别放置在同一个料盒的不同分区。自动组套系统在每一次抓取操作前利用CCD设备对当前待抓取分区的紧固件位置信息进行采集。CCD设备采集到的原始图像为灰度图像。在获取紧固件图像信息后，对图像进行滤波、二值化、填充等处理，并最终获取可抓取紧固件的位置信息。通过图像处理最终可获得两方面信息：第一，识别放置在料盒中的紧固件的轮廓外形，进而获得其准确的位置信息；第二，识别可抓取的紧固件，通过分析图像的轮廓外形过滤掉重

8、叠的紧固件