[发明专利]一种工件定位方法与系统

说明书

本发明属于工件定位技术领域，公开了一种工件定位方法与系统，工件定位系统包括：数控机床；安装在数控机床工作台上的夹具，夹具中配有与工件基准面接触的定位销，部分或全部定位销可活动调整；测量工件空间位姿的测量系统；以及用于计算可活动定位销调整量的计算单元。本发明适用性强：适用于缺乏足够的运动自由度以及不具备装夹误差动态补偿功能的数控机床，通过调整夹具上可动定位销的位置实现对工件六自由度的定位误差补偿；定位精度高：容易实现工件在小范围内的高精度位姿微调；成本低：无需价格高昂的具有六自由度和装夹误差动态补偿功能的数控机床，降低了设备成本。

技术领域

本发明属于工件定位技术领域，尤其涉及一种工件定位方法与系统。

背景技术

工件的定位精度在机械加工制造过程中至关重要。工件在机床上的定位和夹紧通常需要通过夹具完成，即首先在机床的工作台上安装夹具，然后将工件安装在夹具上。为保证工件相对于机床刀具的位姿(位置和姿态)，夹具常配有六个与工件基准面相接触的定位销。传统加工制造中，夹具和定位销需满足较高的制造和装配精度以确保工件定位精度，这不仅增加了夹具成本，而且可能给夹具维护和制造工艺自动化带来困难。

随着数控技术发展，可利用数控系统的装夹误差动态补偿(Fixture OffsetDynamic Compensation)功能，通过机床运动对工件定位误差进行补偿，以降低夹具的精度要求和制造成本，同时更利于生产自动化。目前，文献中已有关于工件定位误差补偿算法的研究，这些算法大多是通过测量工件表面坐标数据来计算得到工件实际位姿的偏差量，这些文献包括：

[1]Gunnarsson K T,Prinz F B.CAD Model-Based Localization of Parts inManufacturing.1987,20(8),pp.66-74.

[2]Menq C H,Yau H T,Lai G Y.Automated precision measurement ofsurface profile in CAD-directed inspection.IEEE Transactions on RoboticsAutomation,1992,8(2),pp.268-278.

[3]Hong J,Tan X.Method and apparatus for determining position andorientation of mechanical objects,US Patent,No.5,208,763.4,May 1993.

[4]Chu Y X,Gou J B,Kang B,et al.Performance analysis of localizationalgorithms,Proceeding of IEEE International Conference on Robotics andAutomation,1997,pp.1247-1252.

[5]Ma L,Li Z,A geometric algorithm for symmetric workpiecelocalization,7th World Congress on Intelligent Control and Automation,pp.6065-6069,2008.

然而现有技术存在以下问题：

(1)通过机床调整工件位姿，其定位精度取决于于机床的运动分辨率，尤其对于大型工件精加工，既需要机床进行大范围运动，又需要机床能够进行微量调正，因此对机床运动能力要求较高。

(2)同时，要实现在数控机床上的工件定位误差补偿，上述方法需要机床具有足够的运动自由度，例如，如果需要补偿工件的所有位姿误差，则机床必须具备六个或以上自由度的精确运动能力。当机床缺乏足够的运动自由度或其数控系统不具备装夹误差动态补偿功能时，那么将难以通过机床进行工件的定位误差补偿，仍需依赖夹具上的定位销以确定工件的定位精度。