[發明專利]五軸機床原位安裝線激光傳感器的位姿標定方法及系統

有效

• 申請號: 201911338047.8
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111060025B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 畢慶貞;章紹昆;曾創
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;B23Q17/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種五軸機床原位安裝線激光傳感器的位姿標定方法及系統，包括：安裝步驟：安裝線激光傳感器和標定塊，并連接線激光通信系統；偏差值β補償步驟：根據激光線方向的斜度計算偏差值β，并對偏差值β進行補償；偏差值α補償步驟：旋轉A軸，計算偏差值α，并對偏差值α進行補償；提取特征點步驟：平移機床Y軸對標定塊的圓形特征進行掃描，提取圓邊緣特征點；五軸補償步驟：調整機床X、Y、Z、A、B五軸的零位來補償位置偏差δx，δy，δz和姿態偏差α、β。本發明解決了原位安裝線激光測量方法中激光器主軸安裝初始位置和姿態偏差難以標定進而影響線激光原位測量精度的問題；解決了單次測量偶然誤差對分析結果的影響過大的問題。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，具體地，涉及一種五軸機床原位安裝線激光傳感器的位姿標定方法及系統。

背景技術

機床主軸原位安裝激光器位姿標定系統中最關鍵的技術是激光器安裝位姿的獲取方法，目前主要有機械標定校準、試塊整體標定和標定塊標定三種方法。

機械標定校準主要利用百分表等機械測量方法配合機床運動推算激光器安裝的位姿偏差，并通過旋轉平移各軸反復測量直至位姿偏差消除的方法。該方法的優勢在于理論成本低、操作直接，但由于需要大量人力操作，不僅效率低下，不利于激光原位測量整個系統的自動化和標準化，而且忽略了激光本身的測量作用和激光器外形與激光坐標系并非完全一致的誤差，導致標定效果不佳。

試塊整體標定方法主要利用已知形狀外形的試塊，通過原位安裝的激光器對其進行測量，測量結果與理論模型匹配的偏差可以反推出激光器安裝的位姿偏差。該方法的優勢在于試塊的設計難度較小，所需特征少，但由于需要一次掃描對比，各個偏差耦合度高，分析軟件的設計和計算成本較大，解耦計算中產生的誤差都導致了標定精度有待提高。

本發明提出一種通過線激光測量加工試塊來標定原位安裝在五軸機床主軸的線激光傳感器后的位姿的方法。

申請號為CN201610420487.8的中國專利公開了一種用于線激光位置標定的標定板及線激光相機測量系統標定方法，其技術方案中使用線激光進行三維測量是使用結構光機器視覺的方法進行的，明顯區別于本發明中利用激光幾何光路測量激光到被測點位移配合機床位置進行三維原位測量的方法，其通過涉及視覺標定板進行坐標系轉換的結算得到線激光坐標系與相機坐標系之間的偏置，效率較高但理論相對復雜，各個偏置值在計算中的耦合度高。

專利文獻CN107726980A(申請號：201710871711.X)公開了一種基于四軸測量機的線激光位移傳感器的標定方法，完成設備安裝，按照標定需求安裝激光線掃描測頭，建立線激光位移傳感器和四軸測量機的通訊連接；建立坐標系，四軸測量機帶動線激光位移傳感器回到機床零點；使磨砂標準球到達線激光位移傳感器的測量范圍內，對磨砂標準球進行掃描；對掃描得到的標準球的點云數據進行均勻采樣，使后續參數方程的求解結果變得穩定；構造磨砂標準球的球面方程，求解激光器出射向量。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種五軸機床原位安裝線激光傳感器的位姿標定方法及系統。

根據本發明提供的一種五軸機床原位安裝線激光傳感器的位姿標定方法，包括：

安裝步驟：安裝線激光傳感器和標定塊，并連接線激光通信系統；

偏差值β補償步驟：根據激光線方向的斜度計算偏差值β，并對偏差值β進行補償；

偏差值α補償步驟：旋轉A軸，計算偏差值α，并對偏差值α進行補償；

提取特征點步驟：平移機床Y軸對標定塊的圓形特征進行掃描，提取圓邊緣特征點；

五軸補償步驟：調整機床X、Y、Z、A、B五軸的零位來補償位置偏差δx，δy，δz和姿態偏差α、β。