畢超 郝雪 周鵬 楊輝

摘要：針對(duì)自動(dòng)鉆鉚過程中的鉚釘孔定位問題，應(yīng)用工業(yè)級(jí)攝像機(jī)、鏡頭、十字線投射器和夾持工裝等搭建了一套十字線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，并通過建立其單目成像模型和內(nèi)外部參數(shù)標(biāo)定，確立了十字投影光條上的采樣點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)與其三維空間坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。在應(yīng)用過程中，對(duì)于攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的多個(gè)鉚釘孔特征，提出了一種由被測(cè)鉚釘孔孔心的等效投影點(diǎn)的空間坐標(biāo)而合成出孔心空間坐標(biāo)的方法，從而完成被測(cè)鉚釘孔的定位任務(wù)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，鉚釘孔孔心坐標(biāo)XW、YW和ZW的單次測(cè)量的極限誤差均≤±0.06mm，因而該傳感器在檢測(cè)鉚釘孔的位置方面所能達(dá)到的重復(fù)性精度水平可以滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：定位；鉚釘孔；自動(dòng)鉆鉚；結(jié)構(gòu)光視覺

中圖分類號(hào)：TH74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.05.010

在航空航天領(lǐng)域中，蒙皮是覆蓋在飛機(jī)、火箭和導(dǎo)彈等飛行器骨架結(jié)構(gòu)之外的維形零件，用于保持機(jī)體的氣動(dòng)外形，主要分布于機(jī)身、機(jī)翼、尾翼和整流罩等部位。在飛行器的制造過程中，蒙皮類零件通常采用鉚接方式進(jìn)行裝配，其質(zhì)量高低會(huì)對(duì)飛行器的氣動(dòng)特性和服役性能產(chǎn)生很大影響[1]。當(dāng)前，隨著機(jī)械裝配與自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)鉆鉚技術(shù)與系統(tǒng)，不僅能夠克服人工鉆鉚方式的效率低、一致性差和勞動(dòng)強(qiáng)度高等缺點(diǎn)，而且降低了操作難度和生產(chǎn)成本，因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

在自動(dòng)鉆鉚過程中，“插釘入孔”是其中的重要環(huán)節(jié)之一，即通過多功能末端執(zhí)行器將鉚釘釘桿準(zhǔn)確插入到蒙皮上的鉚釘孔中，而鉚釘孔直徑的極限偏差為0.1～0.2mm[2]。在實(shí)際裝配現(xiàn)場(chǎng)，蒙皮本身及其定位夾具都存在著由制造、變形等引起的形位誤差，這些都會(huì)造成鉚釘孔在自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)中的定位偏差，使得實(shí)際孔位與理論孔位之間難以建立起精確的映射關(guān)系，導(dǎo)致鉚釘?shù)牟迦肜щy或失敗[3]。因此，為了確保鉚釘?shù)捻樌肟祝枰诓遽斨坝上鄳?yīng)的檢測(cè)模塊獲取到鉚釘孔的實(shí)際位置，并反饋給控制系統(tǒng)，使末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的空間方位，從而使鉚釘對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的鉚釘孔以完成插釘入孔任務(wù)。

當(dāng)前，針對(duì)鉚釘孔的定位或位置參數(shù)檢測(cè)問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了相關(guān)研究工作。例如，美國(guó)Electroimpact公司與英國(guó)空客公司聯(lián)合開發(fā)了一套機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)ONCE，其末端執(zhí)行器上集成有具有鉚釘孔定位功能的同步視覺模塊，用于確定和修正實(shí)際孔位與期望孔位之間的偏差，以通過實(shí)時(shí)補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確插釘。在國(guó)內(nèi)，蘇同標(biāo)等為檢測(cè)鉚釘孔的孔心位置而搭建出了一套孔位測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)用光電傳感器和光柵尺同時(shí)發(fā)出的信號(hào)來檢測(cè)鉚釘孔邊緣點(diǎn)的位置信息，進(jìn)而擬合出了孔心的坐標(biāo)[4]，但其采用了鉚釘板運(yùn)動(dòng)而夾釘機(jī)械手固定的插釘方式，不適用于大型飛機(jī)蒙皮類零件的自動(dòng)鉚接。謝松樂等提出了一種基于機(jī)器視覺的鉚接機(jī)送料裝置定位方法，利用單目電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）相機(jī)獲取鉚釘孔圖像，然后通過圖像預(yù)處理和質(zhì)心法進(jìn)行孔心坐標(biāo)值的亞像素級(jí)提取，所得結(jié)果能夠滿足鉚接工藝要求[5]，但使用時(shí)需要將CCD相機(jī)固定在待鉚接件的正上方，限制了其應(yīng)用范圍。勾江洋等針對(duì)飛機(jī)蒙皮、骨架上的裝配連接孔的快速、精確檢測(cè)需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套專用的在機(jī)視覺檢測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)連接孔圖像的精確提取與定位實(shí)現(xiàn)了連接孔的非接觸式快速檢測(cè)，重復(fù)性測(cè)量精度達(dá)到0.01mm[6]。但整個(gè)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量較大，且無法反饋蒙皮的三維輪廓信息，不便于集成于機(jī)器人自動(dòng)鉚接系統(tǒng)中的末端執(zhí)行器上。

為了實(shí)現(xiàn)蒙皮類零件上的鉚釘孔定位，本文基于結(jié)構(gòu)光三維視覺原理，應(yīng)用工業(yè)級(jí)攝像機(jī)、十字線投射器和夾持工裝等搭建了一套十字線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，并提出了一種由被測(cè)鉚釘孔孔心的等效投影點(diǎn)合成出孔心空間坐標(biāo)的方法。在該系統(tǒng)中，由十字線投射器將十字線結(jié)構(gòu)光投射于被測(cè)蒙皮表面并在其上形成受表面形貌調(diào)制的十字投影光條，而后通過攝像機(jī)采集其視野范圍內(nèi)的、同時(shí)包含十字投影光條和鉚釘孔的二維圖像，再經(jīng)由光條中心線提取和系統(tǒng)標(biāo)定等步驟獲取十字投影光條的位置與變化規(guī)律，并基于此解算得到鉚釘孔孔心的等效投影點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行疊加運(yùn)算而合成出鉚釘孔的孔心空間坐標(biāo)，從而完成被測(cè)鉚釘孔的定位任務(wù)。

1傳感器設(shè)計(jì)

蒙皮類零件的尺寸大而剛度小，在鉚接過程中會(huì)產(chǎn)生較大的變形量，因而無法同時(shí)保證蒙皮上的全部實(shí)際孔位與理論孔位之間的精確映射關(guān)系，由此導(dǎo)致總體裝配精度較低[7]。在自動(dòng)鉆鉚過程中，要實(shí)現(xiàn)鉚釘?shù)牟遽斎肟?，首先要?shí)現(xiàn)鉚釘孔的定位，即獲取鉚釘孔的空間位置。這就需要在多功能末端執(zhí)行器上集成具有鉚釘孔孔位檢測(cè)功能的傳感器，從而通過對(duì)每個(gè)鉚釘孔的實(shí)際位置進(jìn)行測(cè)量而調(diào)整末端執(zhí)行器的相對(duì)位姿[8]。在自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)上輔助以先進(jìn)的測(cè)量與檢測(cè)技術(shù)，可以極大地提高系統(tǒng)的柔性和鉚接質(zhì)量、效率[9]。在實(shí)際應(yīng)用中，鉚釘孔的位置參數(shù)可以由孔心在蒙皮外表面上的三維空間坐標(biāo)來表征。

為了實(shí)現(xiàn)孔位的實(shí)時(shí)測(cè)量補(bǔ)償，本文基于結(jié)構(gòu)光三維視覺原理，應(yīng)用工業(yè)級(jí)攝像機(jī)、鏡頭、十字線投射器和夾持工裝等搭建了一套十字線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，其硬件構(gòu)成如圖1所示，從而為插釘環(huán)節(jié)提供視覺反饋信息。十字線投射器用于標(biāo)記出被測(cè)蒙皮表面上的兩條空間曲線，從而通過其二維圖像解算得到蒙皮表面的三維輪廓信息。相比于點(diǎn)結(jié)構(gòu)光和一字線結(jié)構(gòu)光，十字線結(jié)構(gòu)光能夠配合攝像機(jī)采集到更多的三維幾何信息，卻不會(huì)過多地增加硬件成本和實(shí)現(xiàn)難度[10]。同時(shí)，攝像機(jī)具有較為開闊的視野，可以同時(shí)觀測(cè)到較多數(shù)量的鉚釘孔，這樣就可以減少攝像機(jī)的移動(dòng)而提高檢測(cè)效率。

在圖1中，工業(yè)級(jí)攝像機(jī)選用MER系列工業(yè)數(shù)字相機(jī)，該型相機(jī)采用全局曝光的ON MT9P031 CMOS傳感器，其傳感器尺寸為1/2.5"（英寸），像元數(shù)目為2592×1944，像元大小為2.2μm×2.2μm。為了配合攝像機(jī)的使用，選用了Computar系列機(jī)器視覺鏡頭，該型鏡頭為百萬像素定焦鏡頭，焦距為8mm，工作距離為0.1m～∞，光圈范圍為F1.4～F16C。另外，十字線投射器選用HW520AC12-16GD型激光投射器，其功率為12mW，可以發(fā)射出波長(zhǎng)為520nm的高穩(wěn)定綠色激光，最小線寬可達(dá)0.4mm。

2孔位測(cè)量原理

在本質(zhì)上，由十字線投射器發(fā)出的十字線結(jié)構(gòu)光為兩個(gè)相互垂直的光平面，投射到被測(cè)物體上后與物體表面相交而形成具有一定寬度的、由物體表面調(diào)制的十字投影光條，因而要實(shí)現(xiàn)該投影光條的精確定位，還需要提取出投影光條的中心線，并以光條中心線作為十字線結(jié)構(gòu)光的實(shí)際投射位置[11]。攝像機(jī)采集到疊加了此十字投影光條的飛機(jī)蒙皮圖像，并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中進(jìn)行處理，一方面要通過系統(tǒng)標(biāo)定解算出光條中心線的精確空間三維坐標(biāo)，而后基于這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)的擬合運(yùn)算等獲取十字投影光條的位置與變化規(guī)律；另一方面還要識(shí)別和提取出攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的鉚釘孔特征，并通過圖像中的鉚釘孔孔心與光條中心線之間的相互位置關(guān)系，在滿足精度要求的前提下進(jìn)一步推斷出該鉚釘孔的空間位置信息。

根據(jù)成像幾何理論，本文以十字線投射器與攝像機(jī)的坐標(biāo)關(guān)系為基礎(chǔ)建立了傳感器的單目成像模型，如圖2所示，而后通過系統(tǒng)標(biāo)定過程獲得了模型中的未知量。根據(jù)該模型可以將十字投影光條的二維圖像坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其實(shí)際的三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在圖2中，OW-XWYWZW為世界坐標(biāo)系，o-uv為圖像像素坐標(biāo)系，OC為攝像機(jī)光心；P是三維空間中投影光條上的某個(gè)采樣點(diǎn)，位于光平面與被測(cè)表面的交線（投影光條）上，而p為其在圖像平面上的透視成像點(diǎn)。設(shè)采樣點(diǎn)P在OW-XWYWZW中的三維坐標(biāo)為（XW， YW， ZW）。而其成像點(diǎn)p在o-uv中的二維坐標(biāo)為（u， v）。

確定模型中未知量的過程分為兩個(gè)步驟，即攝像機(jī)標(biāo)定與光平面方程解算[12]。攝像機(jī)標(biāo)定就是獲取攝像機(jī)內(nèi)、外部參數(shù)的過程，本文采用張正友標(biāo)定法來完成攝像機(jī)標(biāo)定，并應(yīng)用棋盤格標(biāo)定板作為標(biāo)定靶標(biāo)[13]，標(biāo)定過程如圖3所示。雖然通過攝像機(jī)標(biāo)定可以得到采樣點(diǎn)p的圖像像素坐標(biāo)（u， v）與其世界坐標(biāo)（XW， YW， ZW）之間的映射關(guān)系，但其中的約束條件尚不充足，已知u、v無法求解出XW、YW和ZW。在這種情況下，還需要解算出兩個(gè)光平面π1和π2在世界坐標(biāo)系中的表達(dá)式，以此作為補(bǔ)充約束條件[14]。光平面π1和π2的方程通過多幅有十字線結(jié)構(gòu)光疊加的標(biāo)定板圖像進(jìn)行解算。

由于p同時(shí)位于世界坐標(biāo)系內(nèi)和光平面上，并被攝像機(jī)觀察到，因而可以將攝像機(jī)的標(biāo)定結(jié)果與兩個(gè)光平面的方程聯(lián)立起來，這樣就可以建立起傳感器的單目成像模型，從而確立十字投影光條上的采樣點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)與其三維空間坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，如式（1）所示：

在此基礎(chǔ)上，對(duì)與十字投影光條中心線相對(duì)應(yīng)的空間曲線L1和L2進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，從而得到每條空間曲線的參數(shù)方程，而后可以求取這兩條空間曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)。

由于式（1）僅僅適用于位于十字投影光條上的采樣點(diǎn)，因而當(dāng)被測(cè)鉚釘孔的孔心恰好位于L1和L2的交點(diǎn)處時(shí)，就可以根據(jù)L1和L2的參數(shù)方程求交點(diǎn)，從而計(jì)算出其孔心的空間坐標(biāo)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的鉚釘孔孔心不一定都位于L1和L2的交點(diǎn)上，甚至不位于L1或L2上，此時(shí)無法直接根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算。

因此，本文提出了一種由被測(cè)鉚釘孔孔心的等效投影點(diǎn)的空間坐標(biāo)而合成出孔心空間坐標(biāo)的方法。具體來說，十字線結(jié)構(gòu)光投射于飛機(jī)蒙皮上形成兩個(gè)投影光條，分別記為L(zhǎng)1和L2，L1位于光平面π1內(nèi)而L2位于光平面π2內(nèi)，并且被測(cè)鉚釘孔的孔心H與投影光條交點(diǎn)OS之間存在偏移。該方法的具體步驟如下。

（1）建立局部坐標(biāo)系OS-XYZ

為了便于后續(xù)的推導(dǎo)與計(jì)算，首先建立局部坐標(biāo)系OS-XYZ，如圖4所示，其原點(diǎn)OS位于L1與L2的交點(diǎn)處，Z軸為兩個(gè)光平面π1和π2之間的交線，X軸與光平面π2垂直，而Y軸與光平面π1垂直。因此，XOSZ平面即為光平面π1，YOSZ平面即為光平面π2。

（2）確定孔心H的等效投影點(diǎn)HX和HY

在世界坐標(biāo)系OW-XWYWZW中，兩個(gè)投影光條L1和L2的空間位置已知，對(duì)于鉚釘孔的孔心H，過H作一平面與光平面π2平行，該平面與L1相交于HX，則HX即為孔心H在XOSZ平面上的等效投影點(diǎn)；再過H做另一平面與光平面π1平行，該平面與L2相交于HY，則HY即為孔心H在YOSZ平面上的等效投影點(diǎn)。由于飛機(jī)蒙皮表面為光順的空間連續(xù)曲面，并且在局部小范圍內(nèi)可以通過一定的3D曲面方程進(jìn)行解析與重構(gòu)，因而在誤差允許范圍內(nèi)，L1和L2的參數(shù)方程可以在一定程度上表征出蒙皮曲面的變化規(guī)律。

（3）計(jì)算HX和HY的三維坐標(biāo)

在攝像機(jī)所采集到的包含十字投影光條與鉚釘孔的圖像上進(jìn)行類似操作，如圖5所示。為了便于表達(dá)，三維空間中的投影光條分別用L1和L2來表示，而二者在攝像機(jī)成像平面上的像也用L1和L2來表示。在圖4和圖5中，oS即為OS的像點(diǎn)，而h為H的像點(diǎn)；Y軸在成像平面上映射為該圖像中光條L2在oS處的切線q2，X軸在成像平面上映射為光條L1在oS處的切線q1。在圖像中，過h作與切線q2平行的直線，與L1相交于點(diǎn)h1，再過h作與切線q1平行的直線，與L2相交于點(diǎn)h2。根據(jù)透視成像原理，h1即為HX的像點(diǎn)，而h2即為HY的像點(diǎn)。

因此，在圖像像素坐標(biāo)系o-uv中，通過識(shí)別和提取出投影光條L1和L2的中心線坐標(biāo)以及像點(diǎn)h的坐標(biāo)，可以進(jìn)一步解算出交點(diǎn)oS的圖像坐標(biāo)以及切線q1和q2的方程，進(jìn)而基于這些數(shù)據(jù)計(jì)算出h1和h2的圖像坐標(biāo)。由于h1和h2分別位于光條L1和L2上，因而根據(jù)式（1）可以解算得到與之對(duì)應(yīng)的HX和HY的三維坐標(biāo)，分別表示為（XHX， YHX， ZHX）和（XHY， YHY， ZHY）。

3試驗(yàn)過程與結(jié)果

為了驗(yàn)證所搭建的十字線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器在鉚釘孔定位方面的可行性和有效性，本文選取一個(gè)具有一定表面曲率的飛機(jī)蒙皮模擬樣件作為被測(cè)物，應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)分布于其外表面上多個(gè)鉚釘孔開展孔位參數(shù)的檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

在試驗(yàn)過程中，由攝像機(jī)采集到的同時(shí)包含十字投影光條和鉚釘孔的圖像如圖7所示，通過圖像處理分割出其中的十字投影光條和鉚釘孔特征，如圖8所示，并進(jìn)一步識(shí)別并提取出光條中心線L1、L2與每個(gè)鉚釘孔的孔心，分別如圖9和圖10所示。

首先，根據(jù)單目成像模型、參數(shù)標(biāo)定結(jié)果和本文所提出的方法，對(duì)模擬樣件上的1號(hào)鉚釘孔的孔心三維坐標(biāo)連續(xù)進(jìn)行了10次重復(fù)性測(cè)量，以驗(yàn)證系統(tǒng)的重復(fù)性檢測(cè)精度，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，對(duì)于該鉚釘孔來說，XW、YW和ZW的測(cè)量結(jié)果的平均值分別為-12.743mm、55.525mm和4.961mm，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.017mm、0.019mm和0.017mm，則單次測(cè)量的極限誤差（置信系數(shù)取3）分別為±0.051mm、±0.057mm和±0.051mm。根據(jù)機(jī)器人自動(dòng)鉚接系統(tǒng)對(duì)于插釘姿態(tài)調(diào)整的需求，該系統(tǒng)在檢測(cè)鉚釘孔的位置方面所能達(dá)到的重復(fù)性精度水平可以滿足使用要求。

然后，對(duì)攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的13個(gè)鉚釘孔的孔心三維坐標(biāo)逐一進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，本文所設(shè)計(jì)和搭建的十字線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，能夠很好地適應(yīng)鉚釘孔的外形特征（淺圓柱通孔）和尺度大?。?？2～10mm），可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)鉚釘孔的定位檢測(cè)，這樣就能夠減少機(jī)器人的移動(dòng)而提高檢測(cè)效率。

因此，該檢測(cè)系統(tǒng)是對(duì)飛機(jī)蒙皮鉚釘孔的方位檢測(cè)難題而開展的一次積極探索，可以為實(shí)現(xiàn)蒙皮鉚接過程中的在線、實(shí)時(shí)伺服插釘提供一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)支撐。該項(xiàng)技術(shù)采用非接觸式的檢測(cè)手段獲取工業(yè)相機(jī)視野范圍內(nèi)的全部鉚釘孔的孔心坐標(biāo)，而且傳感器具有體積小、重量輕和成本低等優(yōu)點(diǎn)，適于作為前端傳感器集成于自動(dòng)鉚接系統(tǒng)的末端執(zhí)行器上，在鉚釘插入前將鉚釘孔的空間位置信息反饋給控制系統(tǒng)，從而為蒙皮類零件、大型骨架、壁板和機(jī)身結(jié)構(gòu)件等在自動(dòng)鉚接過程中的插釘入孔環(huán)節(jié)提供“參考”。

4結(jié)論

為了實(shí)現(xiàn)蒙皮上鉚釘孔特征的空間位置檢測(cè)，本文基于結(jié)構(gòu)光三維視覺原理，搭建出了一套十字線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，可以將十字投影光條上的采樣點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的三維空間坐標(biāo)。在應(yīng)用過程中，對(duì)于攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的多個(gè)鉚釘孔特征，提出了應(yīng)用孔心的兩個(gè)等效投影點(diǎn)的空間坐標(biāo)而合成出其空間坐標(biāo)的方法，從而完成被測(cè)鉚釘孔的定位任務(wù)。應(yīng)用該傳感器對(duì)飛機(jī)蒙皮模擬樣件上的鉚釘孔坐標(biāo)（XW，YW，ZW）進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，并分析系統(tǒng)的重復(fù)性測(cè)量精度，各個(gè)坐標(biāo)分量的單次測(cè)量極限誤差均≤±0.06mm，而且能夠很好地適應(yīng)鉚釘孔的外形特征和尺度大小，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)鉚釘孔的定位檢測(cè)，從而驗(yàn)證了該傳感器的可行性及有效性。

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（責(zé)任編輯余培紅）

作者簡(jiǎn)介

畢超（1987-）男，碩士，高級(jí)工程師。主要研究方向：精密測(cè)試技術(shù)及儀器。

Tel：18519777805

E-mail：773721278@qq.com

郝雪（1991-）女，碩士，工程師。主要研究方向：精密測(cè)量技術(shù)、機(jī)器視覺測(cè)量與算法。

E-mail：1548525747@qq.com

周鵬（1996-）男，碩士研究生。主要研究方向：機(jī)器視覺測(cè)量與算法。

E-mail：1142285223@qq.com

楊輝（1967-）男，博士，研究員。主要研究方向：超精密加工機(jī)理、超精密加工工藝、超精密加工設(shè)備基礎(chǔ)元部件及其集成技術(shù)。

E-mail：yanghui303@gmail.com

Study on Position Inspection Technology for Rivet Holes Based on Cross Structured Light

Bi Chao*，Hao Xue，Zhou Peng，Yang Hui

Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Precision Manufacturing Technology，Beijing Precision Engineering Institute for Aircraft Industry，Beijing 100076，China

Abstract： Deal with the position inspection difficulties of rivet holes in the procedure of automatic drilling and riveting， a vision sensor based on cross structured light was built up by industrial CCD， lens， cross semiconductor laser and fixture， etc.. The mapping relationship between the 2D image coordinates and the 3D spatial coordinates of the sample points on the cross projection strips were determined by establishment of the monocular imaging model of the sensor and calibration of its internal and external parameters. During the application， for the rivet holes within the field of view of the industrial CCD， a 3D coordinates composition method of their centers by the 3D coordinates of their equivalent projection points was proposed in the paper， which could be used to realize the position inspection assignment of the measured rivet hole. As the experiment results showes， the limit errors of single measurement of spatial coordinates of the rivet holes， i.e. XW， YWand ZW， are all smaller than±0.06mm. Therefore， the repeatability accuracy in position inspection for rivet holes of the sensor can meet the applying requirements.

Key Words： position inspection； rivet holes； automatic drilling and riveting； structured light vision