本发明属于自动化装配领域，具体地说是一种可应用于航天发动机某零部件六角形螺钉自动认帽、紧固的控制方法。
背景技术：
1、随着国内航天事业的发展，航天配套产品需求大大增加，航天产业链相关企业越来越重视对产品装配质量和效率的提高。
2、附图1中是某型号航天发动机零部件俯视图。该零部件的装配涉及到3个六角形螺钉的紧固任务，螺钉的上表面为正六边形。传统的紧固手段是人工采用定扭开口扳手实现对螺钉的紧固过程。由于3个螺钉分别有一侧紧靠零部件的中心圆柱凸起部分，因此在人工紧固的过程中，旋拧一个角度后，需要将扳手脱开螺钉逆时针旋转后，再次对接螺钉进行紧固。每完成一次紧固任务需要反复执行约6-8次该过程。而每台航天发动机在装配过程中有几十个该零部件，则待拧紧的该六角形螺钉有上百个，就是说每台发动机需要人工完成上百次的紧固。由于人工疲劳操作，部分螺钉表面经常被划伤，影响整机质量，故急需自动化控制方法减少人员投入，提高装配质量。
3、在一些自动化的拧紧应用中，通过工业机器人定位电动拧紧轴，既可减少人员的投入，又保证了螺栓的装配质量。加入视觉技术的应用可实现螺栓位置信息的获取，可引导机器人完成对螺钉的精确定位。虽然有视觉引导机器人实现自动拧紧过程，但套筒与螺钉的认帽紧固过程都发生相对运动。而在该装配工艺中则不允许拧紧过程螺钉与套筒产生相对运动，以免破坏螺钉上表面涂漆层进而影响产品的性能。由于待紧固螺钉在零部件中的相对位置比较特殊，应用普通的六角型套筒会与零部件的其它位置干涉。
技术实现思路
1、为了提高以上航天发动某零部件螺钉紧固质量，本发明提出一种六角型螺钉紧固工艺自动化装配的控制方法。
2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，包括以下步骤：
3、1)采用棋盘格标定板完成相机内参和外参的标定；
4、2)设定相机坐标系为c，机器人末端执行坐标系e，求解出这两个坐标系之间变换矩阵
5、3)通过l形标定板初步标定拧紧工具的径向基准位姿；
6、4)通过工装检测初步标定拧紧工具的径向基准位姿是否合格；当合格时，执行下一步骤；
7、5)通过激光传感器和反光板确定拧紧工具周向基准位置；
8、6)通过工业相机检测基准螺钉的边沿特征并设定任意相邻两边沿构成的边沿角度α、基准螺钉中心的位置(x,y)；
9、7)通过示教机器人使得基准螺钉嵌入完成径向和周向基准位置标定的拧紧工具的劈头内，保存机器人此时的位姿并设定该位姿为机器人拧紧螺钉的基础位姿；
10、8)通过工业相机检测任意螺钉边沿特征并确定边沿特征角度α′及基准螺钉中心的位置(x′,′)；
11、9)计算出在机器人基坐标系下任意螺钉与基准螺钉位置的角度差δα和位置偏移量(δx,δy0；
12、10)根据所述任意螺钉与基准螺钉位置偏移量和角度差，机器人对拧紧工具的姿态进行调整并完成对螺钉的认帽对接；
13、11)电动拧紧机带动拧紧工具开始紧固螺钉，通过旋拧力矩和角度检测约束条件判断紧固过程是否结束。
14、步骤1)为：将棋盘格标定板放置在装配平面上，通过移动机器人带动相机从3个不同位置角度拍摄标定板获取图像，每次获取棋盘格标定板平面上4组角点的位置信息。
15、步骤2)中，求出相机坐标系与机器人末端执行坐标系变换矩阵的方法为：解算步骤1)中的3个不同位置角度拍摄棋盘格标定板获取图像的相机内外参矩阵，获取并记录这3个图像的机器人末端坐标系tcp0的位姿参数。
16、步骤3)通过标定板初步设定拧紧工具的径向基准位姿位置，过程如下：
17、3.1)首先机器人带动拧紧工具从l形标定板开放侧低于设定速度靠入90度转角内侧，使得拧紧工具侧面与标定板两端相切，工具下端接触装配平面；
18、3.2)然后旋拧劈头并观察劈头轴线是否平行于标定板；如果认为平行度符合设定标准，则拧紧工具的径向基准位姿初步标定完成；否则，通过机器人继续调整劈头的位姿，返回步骤3.1)。
19、步骤4)具体为：通过工装检测处于基准位姿拧紧工具的轴线是否垂直于拧紧平面，包括以下步骤：
20、先将工装垂直放置于装配台上，使其轴线垂直于装配平面，再令机器人带动完成初步基准位置标定的拧紧工具通过笛卡尔坐标系的x、y、z轴移动到检测工装附近，使得工装刚好能嵌入拧紧工具劈头内；
21、然后令机器人在z+方向垂直抬起拧紧工具，最后以该位置为周向基准分别旋转机器人的第六轴的末端至±60°、±120°和±180°方向并观察不旋转工装的状态下、工装在这6个位置能否嵌入拧紧劈头内；
22、如果均能嵌入，则认为拧紧工具轴线垂直于装配平面，即基准位置校验合格；否则重新执行步骤3)操作。
23、步骤5)具体为：首先通过拧紧机顺时针旋转拧紧工具，当激光传感器检测到反光板反射的光束时，立即停止转动，然后逆时针低于设定速度转动拧紧工具，当激光传感器发出的光束刚好脱离反光板时，立即停止转动，此时的位置为拧紧工具周向的基准位置。
24、步骤6)中，所述基准螺钉设定规则为：先手动旋拧螺钉使其处于着座状态并确认螺钉轴线垂直于装配平面，然后调整螺钉的角度使其中一条边沿与工件中心凸起的圆柱边沿相切，再逆时针旋转螺钉设定角度，最终确认此时的拧紧劈头与螺钉对接刚好不与工件中心凸起部分边缘干涉后，将其设定为基准螺钉的状态；
25、所述通过工业相机检测基准螺钉的边沿特征及任意相邻两边沿构成的边沿角度α，基准螺钉中心的位置(x,y)，具体如下：
26、通过机器人对工业相机定位使基准螺钉成像处于相机视野的中央，再调整机器人姿态使相机检测平面与装配平面处于平行状态，记录并保存此时机器人对相机定位的位姿数据，然后对螺钉边沿特征进行识别，最后计算出其边沿的角度α及其中心位置在相机坐标系下坐标(x,y)。
27、步骤7)中，具体如下：通过示教机器人在笛卡尔坐标系的x、y、z轴方向移动并配合机器人末端的tcp0的z方向旋转自由度使得基准螺钉嵌入完成径向和周向基准位置标定的拧紧工具的劈头内，保存机器人此时的位姿并设定该位姿为机器人拧紧螺钉的基础位姿。
28、步骤11)中，具体如下：为防止在拧紧过程中工具与工件发生干涉，设置在电动机拧紧机中的紧固程序除了对设置紧固的目标扭矩外，还根据实际螺钉与基准螺钉角度偏差对每次执行旋拧的角度上限进行设置；当到达紧固的目标扭矩时，紧固结束；当到达旋拧角度上限但并未目标扭矩时，机器人返回初始位置后重新依次执行步骤3)、5)、8)、9)、10)和11)，继续完成自动认帽紧固过程。
29、一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制系统，包括：
30、机器人，用于对拧紧工具调姿定位；
31、电动拧紧机，固定于机器人第六轴末端，用于以设定目标力矩和角度限制为条件紧固螺钉；
32、工业相机，固定于电动拧紧机一侧，用于检测螺钉位置和角度；
33、劈头，为开口六角拧紧劈头，插接于电动拧紧机的末端，用于与螺钉边沿进行认帽对接；
34、标定板，截面成l型，由两块成90度角平板构成，整体垂直于装配平面固定于装配操作台上，用于标定时设定拧紧工具径向基准；
35、检测工装，由上部、中部和下端依次连接构成；上部为一长方体，端面为长方形，所述长方形的长为六角型螺钉两条对边的距离、宽为六角型螺钉一条边的长度，当检测工装旋转到某角度时，可使上部嵌入至六角型劈头中；中部为圆台，用于连接上部与下端；下端为圆柱形底座，用于放置于装配台上与之匹配的凹槽内；
36、激光传感器，通过支架固定于电动拧紧机上，反光板固定于拧紧工具上，二者用于拧紧工具周向基准位置的设定。
37、本发明具有以下有益效果及优点：
38、1.本发明旨在为企业研发一套适用于某航天发动机某零部件装配流水线上，拧紧工具与螺钉对接、紧固的自动化控制方法。
39、2.本发明的应用可减少某型号航天发动机某零部件装配过程中人员的使用，提高了产品的质量。
1.一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤1)为：将棋盘格标定板放置在装配平面上，通过移动机器人带动相机从3个不同位置角度拍摄标定板获取图像，每次获取棋盘格标定板平面上4组角点的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤2)中，求出相机坐标系与机器人末端执行坐标系变换矩阵的方法为：解算步骤1)中的3个不同位置角度拍摄棋盘格标定板获取图像的相机内外参矩阵，获取并记录这3个图像的机器人末端坐标系tcp0的位姿参数。
4.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤3)通过标定板初步设定拧紧工具的径向基准位姿位置，过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤4)具体为：通过工装检测处于基准位姿拧紧工具的轴线是否垂直于拧紧平面，包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤5)具体为：首先通过拧紧机顺时针旋转拧紧工具，当激光传感器检测到反光板反射的光束时，立即停止转动，然后逆时针低于设定速度转动拧紧工具，当激光传感器发出的光束刚好脱离反光板时，立即停止转动，此时的位置为拧紧工具周向的基准位置。
7.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤6)中，所述基准螺钉设定规则为：先手动旋拧螺钉使其处于着座状态并确认螺钉轴线垂直于装配平面，然后调整螺钉的角度使其中一条边沿与工件中心凸起的圆柱边沿相切，再逆时针旋转螺钉设定角度，最终确认此时的拧紧劈头与螺钉对接刚好不与工件中心凸起部分边缘干涉后，将其设定为基准螺钉的状态；
8.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤7)中，具体如下：
9.根据权利要求1所述的一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制方法，其特征在于，步骤11)中，具体如下：
10.一种零部件六角形螺钉自动认帽紧固的控制系统，其特征在于，包括：
