[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

说明书

本发明涉及一种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。该在机测量系统和方法充分利用立式加工中心运动轴高精度运动特性，通过机床数控系统控制运动轴匀速运动，同时触发工业相机和激光器进行工件点云数据采集，利用上位机处理工件坐标系中的三维点云数据，实现对被测工件几何特征检测。借助立式加工中心主轴箱来安装在机测量系统的滑轨和测量装置，可实现测量装置加工工位和测量工位的转换。同时根据测量范围大小配有不同规格标定块，通过固定的标定块底板实现标定块的模块化安装。该系统充分与立式加工中心集成，安装简单，方法容易，可实现一次装夹完成待加工工件的检测与加工，保证了较高的检测精度和加工补偿精度。

技术领域

本发明属于在机测量领域，具体涉及一种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。

背景技术

在机测量就是以机床硬件为载体，借助相应的测量工具，在机床上完成零件几何特征测量的技术。实践证明，在机测量不同于三坐标测量，不仅可以实时地测量数据，避免重复定位和二次装夹，还可以直接将测量结果用于加工误差补偿，实现了加工生产和测量检测一体化。从测量方式角度来看，在机测量可分为接触式、非接触式两类。接触式在机测量系统需要借助机床宏程序对测量路径进行编程实现检测，非接触式测量则利用激光测头对物体进行测量。由于接触式测头在测量中的测量力不易控制，同时其测量效率不高且测头半径存在误差，但当采用非接触式激光测量时，可以避免接触式测量的缺点，同时可以对曲面薄板类物体进行测量，因此非接触式测量已成为在机测量发展的重要方向。基于光学三角测量原理的机器视觉测量技术很好地解决了非接触在机测量问题。激光扫描法依据光学三角法测量原理，以激光作为光源，将其投射到工件表面，并采用光电敏感元件在另一位置接受激光的反射能量，根据光点或光条在物体上成像的偏移，通过被测物体基平面、像点、像距等之间的关系计算物体的深度信息。因此，借助立式加工中心高精度运动平台，基于光学三角测量原理的在机测量技术成为提高自动化检测效率和补偿精度的必要方法。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术不能提供一种通用简单的在机测量方案，提供一种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。该系统充分利用立式加工中心高精度运动特性以及加工中心本身自带的数控系统和上位机实现整个测量系统的运动与控制，进而完成工件加工在机测量工作。

为了达到上述目的，本发明的构思是：该在机测量系统基于光学三角测量原理，将测量装置及导轨安装在加工中心主轴箱表面，整个测量装置可随主轴箱以及主轴箱表面导轨做竖直运动，避免立式加工中心在加工工件时可能影响测量装置。充分利用立式加工中心立轴(Z 轴)高精度运动设置测量装置最佳测量高度，利用加工中心工作台联动轴(X轴、Y轴)实现测量装置标定以及测量装置与工件之间的相对运动。立式加工中心工作台一侧固定标定模块，以适应测量装置不同测量范围的需求。工业相机通过获取加工中心三轴运动参数以及自身标定结果实现工件三维点云的采集，上位机点云处理软件进行视觉坐标系与工件坐标系转换，基于工件坐标系下的点云数据进行工件几何特征的测量，并用于工件加工误差补偿。该系统和方法方便对工件进行在机测量，提高了工件测量效率，并保证了加工精度，同时该装置安装集成简单，有很强的可移植性。

根据上述构思，本发明采用以下技术方案：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。所述测量模块由安装在加工中心主轴箱上的工业相机、激光器、相机支架、直线导轨、导轨滑块构成，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上的标定块基座和多个规格标定块，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，触发工业相机以及激光器启闭信号，上位机软件处理模块对工件几何测量误差进行评价。