[发明专利]一种基于机器视觉的机床全轴程精确定位方法

说明书

本发明提供一种基于机器视觉的机床全轴程精确定位方法，涉及控制调节技术领域。工业相机光轴与标定板相交位置X用激光干涉仪标定为P，储存于处理器，工业相机拍摄相交位置X及其相邻标定孔M的图像并传输处理器，处理器通过标定值P计算出相邻标定孔M图像坐标并储存；工作台移动，工业相机拍摄，将工业相机光轴与标定板移动后的相交位置T及其相邻标定孔N图像信息传输给处理器，处理器通过储存的相邻标定孔M图像坐标，计算出移动后的相交位置T的坐标。本发明解决了现有技术中无法实现对数控机床较大全轴程工作时精确定位的问题。本发明有益效果为：实现机床全轴程的精确定位，定位精度可达微米级。只要一次激光干涉仪标定，使用成本低。

技术领域

本发明涉及控制调节技术领域，尤其是涉及一种对数控机床在使用中全轴程精度定位的方法。

背景技术

数控机床是一种基于数控的加工设备，工作平台依据数字程序指令在导轨上反复移动作业。数控机床工作时的精度要求很高，通常达到微米级。由于长期使用，造成的系统误差，尤其是数控系统和机械传动误差，会影响加工件精度。目前的解决办法是定时对数控机床校准。校准方法主要有主动校准和被动校准两种。被动校准指生产加工的产品放在三坐标测量机等仪器上，当检测到误差较大时，那就是加工部件有问题了。这种方法存在滞后性，等发现问题时，一些零件都报废了，得重新加工，造成浪费。主动校准指使用双频激光干涉仪，利用激光干涉测量原理，以激光实时波长为测量基准，通过激光反射来确定误差。这种方法校准不但成本高，而且双频激光干涉仪也不能一直设置在机床上随时使用。随着计算机系统和图像处理技术的高速发展，现在基于机器视觉的图像测量技术已广泛使用在工业制造的多个领域中。中国专利申请公布号CN104669065A，申请公布日2015年6月3日，名称为“金刚石刀具在位检测与定位方法”的发明申请文件，公开了其中的一种技术方案。方法包括如下步骤：a)把成像系统固定安装在机床主轴上，机床主轴与机床X运动轴的相对位置固定；b)利用成像系统的景深实现金刚石刀具高度方向的定位；c)高度方向定位完成后，调节光源亮度及金刚石刀具水平位置以获得清晰完整的刀具图像；d)根据刀具类型的不同，利用上述光学图像分别测量刀具不同的几何参数；e)获取刀具定位参考点在光学图像坐标系内的坐标；f)把刀具定位参考点坐标转换为在机床坐标系内的坐标，实现金刚石刀具在机床水平面内的定位。通常，图像测量精度越高，工作视野越小。该方法的刀具变动范围小，加工刀具关键目标的定位方法，难以实现在较大全轴程工作时精确定位的功能。

发明内容

为了解决现有技术中无法实现对数控机床较大全轴程工作时精确定位的技术问题，本发明提供一种基于机器视觉的机床全轴程精确定位方法，实现数控机床较大轴全轴程的精密测量和定位，定位精度可达微米级，满足实际工业制造需求。

本发明的技术方案是：一种基于机器视觉的机床全轴程精确定位方法，包括导轨、与导轨移动连接的工作台、激光干涉仪、处理器，工作台上表面连接有标定板，标定板上方固接有若干工业相机，标定板设有若干标定孔，工业相机W光轴与标定板相交位置X用激光干涉仪标定，标定值为P，储存于处理器，工业相机W拍摄相交位置X及该相交位置X的相邻标定孔M的图像并传输给处理器，处理器通过标定值P计算出相邻标定孔M图像坐标并储存于处理器；工作台在导轨上移动，工业相机W拍摄标定板，将工业相机W光轴与标定板移动后的相交位置T及该移动后的相交位置T的相邻标定孔N图像信息传输给处理器，处理器通过储存的相邻标定孔M图像坐标，计算出移动后的相交位置T的坐标。只需要一次激光干涉仪标定，之后定位由工业相机与标定板配合完成，操作方便，使用成本低。

作为优选，标定孔为圆孔，成行排列，间距位置精度误差≤1μm，所述标定孔中轴线连线与导轨中轴线平行；定位精度高。

作为优选，工业相机的光轴与标定孔的中轴线平行。

作为优选，处理器先确定移动后的相交位置T与相邻标定孔N之间的像素差，然后计算出相对距离。

作为优选，工业相机设有远心镜头，远心镜头末端到标定板的距离与远心镜头的物距相等；消除角度偏移造成的影响，提高像素检测精度。