融合机器视觉的挡泥板多角度调节装配系统的制作方法

本发明涉及机器视觉与自动化装配，具体为融合机器视觉的挡泥板多角度调节装配系统。

背景技术：

1、现有挡泥板装配主要依靠机器视觉技术对孔位区域和边缘进行非接触检测，以引导姿态调整与安装；然而，由于挡泥板具有局部刚度不均、边缘易变形、孔位分散且易受振动干扰的特点，单纯依靠视觉识别进行装配控制存在如下技术问题：常出现判定孔位对中但实际边缘未贴合的误判现象；且由于缺乏力觉反馈，局部受力异常升高时无法被及时识别，紧固过程中极易发生工件的再次偏移；

2、同时，现有装配系统中的视觉检测、姿态执行、受力判断与紧固控制往往相互割裂，缺乏围绕同一装配状态的连续判断与协同切换机制，导致系统在多角度调节和异常工况下难以兼顾装配精度与稳定性；

3、因此，现有技术亟需一种多状态协同的挡泥板装配控制方案，以综合处理孔位偏差、轮廓贴合、姿态及受力变化，解决单一视觉控制与多模块割裂导致的贴合不良、受力异常和紧固偏移等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供融合机器视觉的挡泥板多角度调节装配系统，避免在装配过程中单纯依靠图像识别结果进行装配控制而导致视觉上对中但实际边缘未贴合、局部受力升高未被识别、位移不真实以及紧固中再次偏移等问题，且更易对孔位偏差、轮廓贴合状态、姿态变化、受力变化和紧固过程进行综合处理，实现挡泥板装配过程中的精确调节、稳定贴合和可靠紧固。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、融合机器视觉的挡泥板多角度调节装配系统，用于对待装配工件进行多角度调节装配，待装配工件包括挡泥板，包括：

4、视觉检测模块，用于采集待装配工件的孔位区域和边缘贴合区域的图像，基于图像的清晰度和完整性生成视觉有效标志，并输出孔位偏差和轮廓稳定情况的视觉检测结果；

5、姿态调节模块，包含多轴驱动电机、夹持机构和位置编码器，多轴驱动电机用于驱动夹持机构调节待装配工件的姿态，位置编码器用于输出位置变化量；

6、受力检测模块，连接多轴驱动电机，获取多轴驱动电机的电机电流、估算转矩和跟随误差，并基于归一化处理后的电机电流、估算转矩和跟随误差得到受力指标及受力变化率；

7、振动判断模块，在连续设定采样周期内，当位置变化量的幅值达到预设的位移测量精度对应的最小有效位移阈值且方向一致时，生成有效位移标志；

8、状态判断模块，用于根据孔位偏差、轮廓稳定情况、受力指标、有效位移标志和视觉有效标志，按预设状态切换条件将装配状态在粗定位状态、贴合状态、紧固状态和异常回退状态间切换；

9、紧固模块，包含拧紧执行机构，用于在装配状态切换为紧固状态时执行紧固；

10、协调控制模块，分别与视觉检测模块、姿态调节模块、受力检测模块、振动判断模块、状态判断模块以及紧固模块通信连接，根据装配状态向姿态调节模块和紧固模块发送控制指令。

11、进一步地，视觉检测模块包括工业相机、光源、触发控制器和图像处理单元；

12、工业相机在触发控制器控制下采集图像；

13、图像处理单元用于在图像的清晰度达到预设清晰度阈值和图像的完整性达到预设完整性阈值时生成视觉有效标志；

14、图像处理单元基于图像提取孔位中心坐标与目标安装中心坐标并计算孔位偏差；

15、图像处理单元用于根据连续采样周期内的边缘拟合误差判定轮廓稳定情况，并在边缘拟合误差小于预设拟合阈值时确定轮廓稳定情况为稳定，在边缘拟合误差大于或等于预设拟合阈值时确定轮廓稳定情况为不稳定，将孔位偏差、轮廓稳定情况和视觉有效标志发送至协调控制模块。

16、进一步地，多轴驱动电机包括俯仰调节轴、偏航调节轴和横摆调节轴，姿态调节模块还包括伺服驱动器，伺服驱动器输出跟随误差；

17、位置编码器将调节位置发送至协调控制模块，由预设目标姿态与调节位置比较得出姿态误差向量；

18、协调控制模块将孔位偏差转化为孔位偏差向量，将俯仰调节轴、偏航调节轴和横摆调节轴各自对应的归一化受力分量构成为归一化受力反馈向量，并根据孔位偏差向量、姿态误差向量和归一化受力反馈向量控制姿态调节模块进行姿态调整。

19、进一步地，受力检测模块对获取的电机电流、估算转矩和跟随误差进行零点补偿和低通滤波，并对电机电流、估算转矩和跟随误差进行归一化处理；

20、将归一化处理后的电机电流、估算转矩和跟随误差按预设固定权重系数进行加权求和，得到受力指标，预设固定权重系数之和为1；

21、受力检测模块根据相邻采样周期的受力指标计算受力变化率，并在受力指标大于或等于预设受力阈值或受力变化率大于或等于预设变化率阈值时，向协调控制模块发送异常受力标志。

22、进一步地，状态判断模块的预设状态切换条件包括：

23、当孔位偏差不大于预设的第一孔位阈值且受力指标在连续设定的控制周期数内达到预设的第一受力阈值时，状态判断模块将粗定位状态切换为贴合状态；

24、当孔位偏差不大于预设的第二孔位阈值、轮廓稳定情况为稳定、受力指标连续达到预设的第二受力阈值、有效位移标志有效且视觉有效标志有效时，判定满足紧固条件，状态判断模块将贴合状态切换为紧固状态；

25、第一孔位阈值大于第二孔位阈值；第一受力阈值小于第二受力阈值；若孔位偏差持续大于第一孔位阈值超过预设时间，则状态判断模块切换为异常回退状态，协调控制模块控制姿态调节模块退回初始位置。

26、进一步地，协调控制模块在贴合状态下，根据将孔位偏差转换得到的孔位偏差向量和由多轴驱动电机的各调节轴所对应的受力指标转化得到的归一化受力分量构成的归一化受力反馈向量生成预补偿位移向量；

27、协调控制模块限制预补偿位移向量的模值不大于预设的夹持机构最大允许行程；

28、姿态调节模块执行预补偿位移向量后，协调控制模块在设定的稳定确认时间内重新获取视觉检测结果和受力指标，并在满足紧固条件时，允许紧固模块动作。

29、进一步地，振动判断模块对连续设定采样周期内的位置变化量进行方向一致性判断；

30、当位置变化量的幅值不小于预设的位移测量精度对应的最小有效位移阈值，且在连续设定采样周期内位置变化量方向相同的采样次数占比达到预设比例时，判定有效位移标志为有效；否则，判定有效位移标志为无效；

31、当有效位移标志无效时，协调控制模块禁止姿态调节模块执行位移大于预设步长的姿态调节，并在有效位移标志连续无效且受力指标上升时，将姿态调节速度切换至预设低速档，并将稳定确认时间切换至预设延长值。

32、进一步地，紧固模块还包括紧固驱动器、转矩检测单元和角度检测单元；紧固模块按照低速接触段、预紧段、稳定确认段和最终紧固段执行紧固；

33、在低速接触段，拧紧执行机构以第一转速运行至紧固转矩达到接触阈值；在预紧段，以第二转速运行至紧固转矩达到预紧阈值；在稳定确认段，保持紧固转矩稳定预设时间；在最终紧固段，运行至紧固角度达到目标紧固角度；

34、每完成一个紧固阶段，向协调控制模块发送由转矩检测单元和角度检测单元获取的当前阶段紧固转矩和紧固角度；

35、当紧固转矩大于或等于当前阶段预设转矩上限，或者紧固转矩和紧固角度偏离预设转矩范围和预设角度范围时，协调控制模块停止紧固，控制姿态调节模块降低夹持约束，并切换至异常回退状态。

36、进一步地，协调控制模块在粗定位状态下向视觉检测模块发送全局采样指令并禁止紧固模块动作，在贴合状态下向视觉检测模块发送局部区域采样指令，在紧固状态下维持姿态调节模块的目标位置不变并使姿态调节模块执行预设阻尼保持控制；

37、当视觉有效标志连续超过预设周期数无效时，协调控制模块暂停姿态调节模块动作并重新触发视觉检测模块，超过预设视觉恢复时间上限时切换至异常回退状态；

38、紧固完成且孔位偏差、受力指标、调节位置和紧固转矩均处于对应预设阈值范围内时，由协调控制模块向上位机发送装配合格信号并存储装配数据。

39、本发明的有益效果：

40、1、本发明通过工业相机、光源、触发控制器和图像处理单元采集孔位区域及边缘贴合区域图像，基于图像清晰度、目标完整性和边缘拟合误差生成视觉有效标志及轮廓稳定结果，并通过候选轮廓筛选和连续采样提高孔位识别及贴合判断的稳定性；将孔位偏差由图像平面偏差换算为对应俯仰、偏航和横摆调节轴的三轴孔位偏差向量，结合姿态误差向量和归一化受力反馈向量逐轴生成具有明确步长、方向和速度的姿态调节指令，提升挡泥板多角度调节的准确性和可控性；

41、2、本发明对各调节轴的电机电流、估算转矩和跟随误差进行零点补偿、低通滤波及归一化处理，按照固定权重形成轴向受力分量及综合受力指标，并结合受力变化率识别异常受力，能够减少空载偏移、瞬时波动和局部受力被掩盖造成的误判；通过孔位偏差、轮廓稳定情况、受力指标、有效位移标志和视觉有效标志的连续周期联合判定，使装配状态在粗定位状态、贴合状态、紧固状态和异常回退状态之间有序切换，避免仅依据单次图像或单次反馈作出装配结论；

42、3、本发明在贴合状态下根据三轴孔位偏差向量与归一化受力反馈向量生成受限幅的预补偿位移向量，并依据位移方向与受力变化关系确定受力释放方向，减小视觉对中但边缘未贴合以及局部受力升高引起的柔性变形和重复调整；通过对位置变化量进行最小有效位移及方向一致性判断，确认姿态调节后的实际位移可信度，并在位移无效且受力上升时限制大步长调节、降低调节速度和延长稳定确认时间，降低机械振动、编码器抖动及间隙回差对装配判断的影响；

43、4、本发明在满足孔位对中、轮廓稳定、持续贴合、有效位移和视觉有效条件后，按照低速接触、预紧、稳定确认和最终紧固阶段执行分段紧固，并结合转矩和角度范围进行过程监控，在异常时停止紧固、降低夹持约束并执行异常回退；同时根据不同装配状态切换全局采样、局部区域采样和姿态阻尼保持控制，在视觉持续无效时暂停姿态动作并重新触发检测，紧固完成后复核孔位偏差、受力指标、调节位置和紧固转矩并存储装配数据，从而提高挡泥板装配过程的精度、贴合稳定性、紧固可靠性和异常工况下的安全性。