[發明專利]一種高精度標定擬合圓心求解裝置和方法

在審

• 申請號: 201710605518.1
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107470983A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 汪中厚;孫奇楠;徐闡;劉欣榮;周曉玲;王振飛
• 申請（專利權）人: 昆山國立傳動機械有限公司;上海理工大學
• 主分類號: B23Q17/22
• 分類號: B23Q17/22
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明屬于機械加工領域，具體涉及一種高精度標定擬合圓心求解裝置和方法。

背景技術

由于科技的飛速發展，機械加工機床的種類越來越多，為了順應企業發展對產品質量和效率更高要求的趨勢，帶有高端在線測量的機床逐漸提上日程。目前，世界上越來越多地制造商正在考慮采用在線測量方案和選定合適的在線測量軟件系統，使編程人員能夠利用這種平臺開發出適合不同加工中心的測量程序，從而使得員工能夠在短時間內完成工件的設置和測量任務。

探頭是在線測量系統中一個十分重要的組成部分。但是，為了確保探頭能夠對工件利進行準確測量，需先要確定探頭與機床坐標系的相對位置關系，即進行測頭標定。探頭標定能夠消除測量系統的誤差，改善機床或測量系統的正確度。

目前大部分所采用的探頭標定方法為通過對標定部件的逐點式測量，獲取一組測點數據，然后進行擬合計算，并根據擬合數據，得到擬合圓心的坐標。

但是，由于機床誤差的存在，只進行一次擬合往往得不到最精確的坐標值，這直接影響到在線齒輪測量的精度評定，最終影響到磨齒精度。另外，目前現有的測量系統在探頭標定過程中只能在測量數據得出之后轉接至Matlab、Mathmatica、Maple以及OriginLab等商業化處理軟件上進行測量數據的擬合，況且大多數國內所生產的機床不包含標定探頭的擬合圓自動計算軟件，使得探頭標定的復雜程度增加，不僅浪費加工生產時間，而且現有機床機床在標定時沒有即時顯示功能，用戶不能實時在線監控。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種高精度標定擬合圓心求解裝置和方法。

本發明提供了一種高精度標定擬合圓心求解裝置，設置在機床中，用于對探頭進行標定并獲得用于標定該探頭的標定部件的擬合圓圖形和擬合圓心誤差，從而便于操作人員根據該擬合圓心誤差判斷機床的誤差，其特征在于，包括：標定部件；數據測量部，包括數據獲取單元、機床主軸以及可旋轉地安裝在機床主軸上的探頭，該探頭用于在機床主軸的牽引下對標定部件的任意位置進行逐點檢測，數據測量單元用于獲取探頭的坐標數據；數據擬合部，采用迭代法對探頭的坐標數據進行擬合，得到擬合圓圖形的擬合圓心的坐標值、擬合圓半徑和擬合圓標準方程；圖像擬合部，用于對擬合圓標準方程進行擬合，得到擬合圓圖形和擬合圓心；圓心集合部，用于將數據擬合部中得到的擬合圓心組成一組離散擬合圓心；圓心擬合部，用于對離散擬合圓心進行加權平均和迭代優化處理，得到真實圓心坐標；數據計算部，用于計算任意兩個擬合圓心之間的直線距離得到擬合圓心誤差；以及顯示部，包括顯示屏，該顯示屏用于顯示坐標數據和擬合圓心對應的點、擬合圓圖形及擬合圓心的坐標值、擬合圓半徑和擬合圓心誤差。

在本發明提供的高精度標定擬合圓心求解裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，標定部件為標準量棒。

在本發明提供的高精度標定擬合圓心求解裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，每個位置上被檢測的點的個數大于三。

在本發明提供的高精度標定擬合圓心求解裝置，還可以包括：存儲部，用來存儲數據，該數據包括坐標數據、擬合圓心的坐標值、擬合圓半徑和擬合圓心誤差。

本發明還進一步提供了一種高精度標定擬合圓心求解方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，采用探頭對標定部件的任意位置進行逐點測量，采用數據獲取單元獲得探頭的坐標數據；步驟二，采用數據擬合部對步驟一中的坐標數據進行擬合，通過迭代法得到第一組擬合圓圖形的擬合圓心的坐標值、擬合圓半徑和擬合圓標準方程；步驟三，采用圖像擬合部對擬合圓標準方程進行擬合，得到擬合圓圖形和擬合圓心；步驟四，采用顯示屏顯示步驟一至步驟三中的坐標數據和擬合圓心對應的點以及擬合圓圖形；步驟五，重復步驟一至步驟四，得到多組坐標數據以及相應的擬合圓和擬合圓心；步驟六，采用圓心集合部將步驟二和步驟五中得到的擬合圓心組成一組離散擬合圓心；步驟七，采用圓心擬合部對離散擬合圓心進行加權平均和迭代優化處理，得到一個精確的真實圓心坐標并將該真實圓心坐標顯示在顯示屏上；步驟八，采用數據計算部計算任意兩個擬合圓心之間的直線距離，得到擬合圓心誤差并將該擬合圓心誤差的結果顯示在顯示屏上。

發明的作用與效果