[發明專利]一種激光在機找正和工序間測量裝置

在審

• 申請號: 201710376935.3
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107121967A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 周翔;費梓軒;楊濤;張冠量
• 申請（專利權）人: 西安知象光電科技有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;G05B19/4099
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于光學三維測量和數控加工領域，利用激光MEMS三維重建技術實現對工件的找正和工序間測量,可以代替傳統的接觸式測量方法，并且具有更快的速度。

背景技術

在數控加工領域，五軸聯動數控加工中心由于其高精度、高效率的特點在現代工業中占有重要地位。五軸聯動數控加工在向高精度發展的同時，也向著高復合化方向發展，加工與測量結合為一體，加工測量有序交替，在監控環境下保證加工精度是現階段生產制造的主流方向。

在數控加工過程中對于工件的測量主要有工件找正，工序間測量兩大部分。工件找正主要是給工件定位以及建立工件坐標系，使其與加工程序中預設的坐標系一致，這是工件能精確加工的基礎；工序間測量指的是在完成一道加工工序之后，對工件按照技術指標要求進行檢測，檢查是否合格來確認下一步加工計劃。目前對于工件找正以及工序間測量主要有一下三種方法：

(1)手工找正及測量

手工法是使用千分尺、找正塊、游標卡尺等常規測量工具對工件進行找正和檢測。此種方法效率低下,而且受到人為因素的影響很大,檢測過程既費時又費力,還無法保證精度,嚴重影響產品的生產和加工質量，此方法目前只在一些低端機床上采用，且有逐步淘汰的趨勢。

(2)在線觸發式測頭找正和檢測

數控加工中心的刀庫里裝上觸發式測頭,測頭占據一個特殊的刀具號,它不需要主軸的旋轉。當需要檢測時,從刀庫里更換測頭后按著相應的檢測程序進行檢測,可用測頭進行工件找正和工序間測量。該技術把加工過程與檢測過程很好地結合起來,在加工具有復雜空間曲面的產品方面有著明顯優勢,它自由度大,避免了對工件多次裝夾,縮短制造周期,降低生產成本,且能夠對加工過程給予精確的指導,所以在壓氣機、渦輪燃機的葉片、整體葉輪以及螺旋槳等這類結構復雜且為空間曲面的零件加工上具有廣泛的應用，是目前高端加工機床上主流的的在線檢測手段。

3)離線測量

離線檢測專指工序間測量。離線檢測是指在機床加工的工序之間和加工完成之后,把物體從機床上取下,再利用其他檢測設備如三坐標測量機對加工物體進行檢測。這種檢測裝備體積龐大,價格昂貴,工作條件苛刻,檢測過程繁瑣費時費力,而且不能在加工現場使用,只能用于離線質量抽檢,在加工現場仍然使用著傳統落后的人工檢測模式。對于一些大型復雜的長周期加工部件,在離線檢測過程中一旦發現質量不符合標準必須進行返修,返修過程不僅復雜、繁瑣、費時、費力而且會由于在返修的過程中由定位不準造成附加的誤差。

上述所有方法本質上都屬于接觸式測量，而且除非配備觸發式測頭，否則無法實現在線測量。因此本發明提出了一種在線激光檢測裝置，通過激光三維重建技術的完成工件的找正和工序間測量，在滿足加工精度要求的前提下，具有比接觸式觸發測頭更快的速度。

發明內容：

本發明提出一種激光在機快速找正和檢測測頭，能夠實現數控加工機床上工件坐標系的快速建立和工序間測量，本方法屬于非接觸式測量，可以代替傳統的接觸式測頭實現工件的找正，并且跟普通數控刀具一樣，非工作狀態將測頭放置到刀具庫，工作時取出安裝在機床末端夾具上。具有速度快，精度高的特點。

本發明采取的技術方案為：一種激光快速找正裝置，包括一個用于生成3D點云數據的智能相機，一個投射結構光的投影裝置，WIFI模塊，補光燈，電源等。

所述的智能相機由普通工業相機和嵌入式系統組成，其中嵌入式系統由linux操作系統和ARM芯片組成，系統內集成了圖像處理算法和3D重建算法，能夠對拍攝的圖片在相機中進行計算，直接輸出3D點云數據。

本發明提出的測頭具有找正和工序間測量兩種功能，這兩種功能基本原理相同，都是基于激光三維重建原理重建出工件特征的三維數據，這些三維數據包含了工件所要檢測特征的所有信息，因此對這些特征的三維數據進行計算，便可以實現工件測找正和測量。

具體步驟如下：

第一步：標定

找正測頭工作之前，需要進行標定，即需要求出測頭坐標系和機床坐標系之間的位姿關系。本方案采用基于標準球表面點云求解測頭與機床坐標系轉換矩陣M的方法。

第二步：對于工件特征的激光三維重建

對于找正和測量這兩種功能，其重建的步驟不同，分別描述如下：

(1)找正功能的三維重建