[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于標(biāo)準(zhǔn)球的激光出光方向標(biāo)定方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010154720.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111360586A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文龍;寇猛;王剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23Q17/24
• 分類(lèi)號(hào): B23Q17/24;B23Q17/22;G01B11/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

本發(fā)明屬于在線測(cè)量相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種基于標(biāo)準(zhǔn)球的激光出光方向標(biāo)定方法，所述方法包括以下步驟：S1將激光位移傳感器安裝在機(jī)床主軸上，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)球固定在工作臺(tái)上，所述機(jī)床主軸帶動(dòng)所述激光位移傳感器對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)球的上表面進(jìn)行掃描測(cè)量，從而獲取機(jī)床坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的傳感器一維測(cè)量距離值；S2將得到的原始數(shù)據(jù)結(jié)合并轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系下，并基于轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)構(gòu)造關(guān)于球形坐標(biāo)和出光方向的非線性方程組；S3將所述非線性方程組的求解轉(zhuǎn)換為新函數(shù)φ(x)的最小二乘優(yōu)化，進(jìn)而采用Levenberg?Marquardt迭代優(yōu)化算法對(duì)新函數(shù)φ(x)進(jìn)行求解，由此得到激光出光方向及球心位置坐標(biāo)。本發(fā)明提高了效率，適用性較強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于在線測(cè)量相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及非接觸式在線測(cè)量方法，尤其涉及一種基于標(biāo)準(zhǔn)球的激光出光方向標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，航空航天領(lǐng)域的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件與導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)件等大型復(fù)雜薄壁零件的加工要求越來(lái)越高，該類(lèi)零件往往尺寸規(guī)格及加工特征多，極易發(fā)生變形，很難保證其加工精度。傳統(tǒng)測(cè)量方法為三坐標(biāo)測(cè)量法，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x是在全封閉式的測(cè)量環(huán)境中運(yùn)行的，其接觸式的檢測(cè)方法需要進(jìn)行繁瑣的檢測(cè)路線設(shè)計(jì)及碰撞仿真檢查，造成檢測(cè)時(shí)間比加工時(shí)間還要長(zhǎng)的現(xiàn)狀，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，同時(shí)零件也可能會(huì)多次中轉(zhuǎn)，反復(fù)裝夾，這就造成誤差累積，存在質(zhì)量隱患，測(cè)量速度慢，測(cè)量效率低。

近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的智能化水平不斷提高，接觸式和非接觸式在線檢測(cè)領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中非接觸式在線測(cè)量技術(shù)以其速度快、精度高、可有效地彌補(bǔ)接觸式在線測(cè)量路徑規(guī)劃困難、易干涉等問(wèn)題受到廣泛關(guān)注。根據(jù)所得到測(cè)量數(shù)據(jù)的維數(shù)，非接觸式測(cè)量傳感器可以分為一維測(cè)量傳感器、二維測(cè)量傳感器、三維測(cè)量傳感器，其中，激光位移傳感器測(cè)量以其測(cè)量精度高、效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)占據(jù)了大量在線測(cè)量領(lǐng)域。

激光位移傳感器通常安裝在CNC機(jī)床的Z軸上，由于激光位移傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)為一維測(cè)量值，因此在測(cè)量過(guò)程中需要將激光位移傳感器的測(cè)量值從其傳感器測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)了激光位移傳感器與機(jī)床坐標(biāo)的實(shí)時(shí)結(jié)合，且為了保證系統(tǒng)的測(cè)量精度以及激光位移傳感器的正常工作，在測(cè)量多個(gè)不同傾斜角度的特征時(shí)需要旋轉(zhuǎn)傳感器以保證在測(cè)量過(guò)程中把傾斜角控制在一定范圍內(nèi)。

如此將涉及到安裝后傳感器出光方向標(biāo)定的問(wèn)題，然后目前很多研究工作并沒(méi)有考慮傳感器出光方向的問(wèn)題，默認(rèn)激光位移傳感器安裝在機(jī)床主軸上之后其出射光線與Z軸平行；其中，浙江大學(xué)盧科青等人提出了一種基于多向標(biāo)定塊的激光出光方向標(biāo)定方法，該方法通過(guò)掃描兩個(gè)平面構(gòu)建二次方程，繼而通過(guò)求解二次方程求得激光出光方向矢量，但是該方法求得出光方向?yàn)閮蓚€(gè)，且該方法需要每次旋轉(zhuǎn)標(biāo)定面至垂直于激光出光方向，操作繁瑣，所以如何快速實(shí)現(xiàn)激光位移傳感器的出光方向標(biāo)定亟需解決。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于標(biāo)準(zhǔn)球的激光出光方向標(biāo)定方法，其基于掃描測(cè)量已知直徑的標(biāo)準(zhǔn)球，求解激光出光方向和標(biāo)準(zhǔn)球的球形坐標(biāo)點(diǎn)。所述標(biāo)定方法能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量系統(tǒng)中激光傳感器出光方向的標(biāo)定，并實(shí)現(xiàn)機(jī)床三維坐標(biāo)點(diǎn)和傳感器測(cè)量距離值的快速動(dòng)態(tài)結(jié)合，大大地提高了在線測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)典型零件的“加工-測(cè)量”一體化具有重要意義。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于標(biāo)準(zhǔn)球的激光出光方向標(biāo)定方法，所述方法包括以下步驟：

S1將激光位移傳感器設(shè)置在機(jī)床主軸上，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)球固定在工作臺(tái)上，所述機(jī)床主軸帶動(dòng)所述激光位移傳感器對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)球的上表面進(jìn)行掃描測(cè)量，從而獲取機(jī)床坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的傳感器一維測(cè)量距離值；

S2將步驟S1得到的原始數(shù)據(jù)結(jié)合并轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系下，并基于轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)構(gòu)造關(guān)于球形坐標(biāo)和出光方向的非線性方程組，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)滿(mǎn)足球面約束方程；