[发明专利]一种工件定位方法与系统

权利要求书

1.一种工件定位方法，其特征在于，所述工件定位方法包括：通过夹具上的可活动定位销调整工件位姿，基于工件与可活动定位销相接触时的运动学方程，推导出可活动定位销相对于工件位姿的变化位置；

再计算出可活动定位销的调整量以补偿给定的工件定位误差；

所述工件定位方法具体包括：步骤一：将工件夹具安装在数控机床工作台上，并将可动定位销调整到预先设定值；

步骤二：将工件装夹在数控机床夹具上；

步骤三：测量系统测量出工件相对于机床刀具的定位误差；

步骤四：判断定位误差值是否在指定公差范围内；若定位误差值在许可范围内，则满足加工要求，继续执行步骤五；若定位误差值超出许可范围，则不满足加工要求，继续执行步骤二至步骤四，直至工件定位误差值在许可范围内；

步骤五，数控机床开始工件加工制造流程；

步骤四具体包括：

步骤I：卸载工件；

步骤II：计算单元根据测量出的工件位姿误差计算出夹具上每个可活动定位销的调整量；

步骤III：计算单元将调整量发送至夹具上的可活动定位销驱动装置的控制器以调整可活动定位销位置；

步骤II具体包括：

步骤a：建立坐标系，描述工件空间位姿；

步骤b：建立每个定位销轴线的直线方程以及每个与定位销相接触的工件基准面的平面方程；

步骤c：建立工件在夹具上的非线性运动学模型，并将该模型进行线性化；

步骤d：通过求解工件运动学方程，得到给定工件位姿误差的可活动定位销调整量；

步骤a具体包括：

建立固定在机床上的基准坐标系{A}以及固定在工件上的工件坐标系{B}，工件位置通过坐标系{B}的原点坐标相对于基准坐标系{A}的位置矢量表示，即工件姿态通过工件坐标系相对于基准坐标系的旋转矩阵表示，其中(α,β,γ)为工件坐标系相对于基准坐标系的欧拉角，则工件坐标系和基准坐标系的等价齐次变换为：

步骤b中的建立每个定位销轴线的直线方程以及每个与定位销相接触的工件基准面的平面方程，具体描述如下：

每个定位销轴线在基准坐标系中的直线方程如下：

其中^AK_i＝[k_xi,k_yi,k_zi]^T表示定位销轴线在基准坐标系的单位方向矢量，^AV_i＝[v_xi,v_yi,v_zi]^T表示定位销轴线上给定的一点v_i的位置矢量，l_i表示定位销轴线上某点(X,Y,Z)与点v_i之间的距离；工件上与每个定位销相接触的接触点在工件坐标系{B}中表示为^BQ_i＝[q_xi,q_yi,q_zi]^T，接触点处的工件表面法向矢量在工件坐标系{B}中表示为^BH_i＝[h_xi,h_yi,h_zi]^T，这两个矢量通过以下方程转换到基准坐标系中{A}：

与定位销相接触的工件平面方程表示为：

([X,Y,Z]^T-AQ_i)·^AH_i＝0；

步骤c中的建立工件在夹具上的非线性运动学模型，并将该模型进行线性化，具体描述如下：

工件表面与定位销的接触点同时满足方程和([X,Y,Z]^T-AQ_i)·^AH_i＝0,接触点到点v_i的距离计算为：

工件在夹具上的运动学模型表示为以下六个非线性方程：

L＝[l₁,l₂,l₃,l₄,l₅,l₆]^T＝f(X,Y,Z,α,β,γ)

上式表示以六个定位销进行工件定位的非线性运动学模型，该模型线性化为

ΔL＝JE

其中E＝[ΔX,ΔY,ΔZ,Δα,Δβ,Δγ]表示工件位置和姿态的误差值，J是非线性运动学模型L＝[l₁,l₂,l₃,l₄,l₅,l₆]^T＝f(X,Y,Z,α,β,γ)的雅可比矩阵，如下：

上述步骤d中的通过求解工件运动学方程，得到给定工件位姿误差的可活动定位销调整量，具体描述如下：

在步骤c中当测得工件位置和姿态的误差E后，通过方程ΔL＝JE求得ΔL；当六个定位销均为可活动定位销时，则所求得的ΔL为各可活动定位销的调整量；当某些定位销为固定定位销时，误差E中的部分误差无法通过调整可活动定位销进行补偿，则联合机床运动以及可活动定位销进行定位误差补偿。