[发明专利]基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统，包括测量模块、标定模块以及立式加工中心本身自带的数控系统和上位机软件处理模块，其特征在于：所述测量模块由安装在加工中心主轴箱（2）上的工业相机（4）、激光器（5）、相机支架（6）、直线导轨（7）、导轨滑块（8）构成，用于完成在机工件点云数据的获取；所述标定模块包括安装在加工中心工作台（3）上的标定块基座（9）和多个规格标定块，用于完成相机标定工作；所述上位机软件处理模块连接测量模块和数控系统；所述立式加工中心的数控系统控制加工中心运动，触发工业相机（4）以及激光器（5）启闭信号，上位机软件处理模块对工件（10）几何测量误差进行评价。

2.根据权利要求1所述的基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统，其特征在于所述测量模块中的直线导轨（7）通过螺栓连接方式紧固在主轴箱（2）表面，所述相机支架（6）通过与导轨滑块（8）连接保持与加工中心工作台（3）平面平行，所述工业相机（4）和激光器（5）安装在相机支架（6）另一面；所述导轨滑块（8）为手动可固定滑块，测量模块可方便地在加工和测量状态下切换工作模式；所述工业相机（4）与激光器（5）之间的距离和安装角度可变化以获得高度方向最佳精度，同时适用于不同材料工件的三维点云数据采集；工件（10）被夹持在立式加工中心工作台（3）上。

3.根据权利要求1所述的基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统，其特征在于安装集成方案中充分利用立式加工中心工作台（3）X轴、Y轴及Z轴高精度运动特性，根据光学成像原理计算工业相机成像高度，通过微调Z轴方向使得位于测量工位的工业相机（4）和激光器（5）有最佳的测量高度，通过控制Y轴使得工件（10）及标定块位于工业相机（4）视场中，即测量工位，通过控制X轴带动被夹持工件（10）匀速运动实现工件（10）和工业相机（4）之间的相对直线运动；借助立式加工中心数控系统触发所述工业相机（4）和激光器（5）启闭信号，工业相机分别于数控系统和上位机连接，达到信号触发和数据采集同步的目的，并将采集的工件三维点云数据实时传送到上位机，利用上位机工件点云处理软件对工件几何测量误差进行评价。

4.根据权利要求1所述的基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统，其特征在于针对不同测量范围的工件设置有不同规格标定块，标定模块中所述标定块基座（9）设有两销，通过机床压板固定在加工中心工作台（3）一侧，所述不同规格标定块底端设有与之配合的两销孔基于两销一面原理实现标定块定位，以确定视觉坐标系与工件加工坐标系之间的关系。

5.一种基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量方法，采用根据权利要求1所述的基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统进行操作，其特征在于包括以下操作步骤：

（1）将测量模块从待机工位沿直线导轨移到测量工位并固定，控制加工中心工作台运动至相机视场中；

（2）根据工件规格尺寸选用符合测量范围的标定块，将标定块安装在标定块底座，上位机控制相机运行标定程序，处理视觉坐标系与工件坐标系转换关系；

（3）加工中心数控系统同时触发加工中心X轴运动信号和测量装置采集信号，工业相机通过获取加工中心运动参数采集工件轮廓点云数据；

（4）上位机根据视觉坐标系与工件坐标系关系，将点云数据转换到工件坐标系中并对点云数据进行处理，提取工件几何特征进行测量。