[发明专利]五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法及系统

权利要求书

1.一种五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法，其特征在于，包括：

安装步骤：安装线激光传感器和标定块，并连接线激光通信系统；

偏差值β补偿步骤：根据激光线方向的斜度计算偏差值β，并对偏差值β进行补偿；

偏差值α补偿步骤：旋转A轴，计算偏差值α，并对偏差值α进行补偿；

提取特征点步骤：平移机床Y轴对标定块的圆形特征进行扫描，提取圆边缘特征点；

五轴补偿步骤：调整机床X、Y、Z、A、B五轴的零位来补偿位置偏差δx，δy，δz和姿态偏差α、β；

所述偏差值α步骤包括：旋转A轴，得到不同下的参数h值，计算公式为：

通过最小二乘法拟合出偏差值α，并通过调整A轴零位补偿偏差值α；

其中，h表示：线激光中心沿激光线方向到被测平面的直线距离，即线激光中心到平面的激光测距距离，由激光器读数获取，A轴旋转中为因变量；

l表示：机床A轴旋转中心到被测平面的直线距离；

n表示：机床A轴旋转中心到激光器激光发射原点的直线距离；

σ表示：A轴零位即激光器安装原始位姿状态下，激光线方向与XOZ平面的偏角；

表示：X轴正向视角，A轴顺时针旋转的旋转角度；

α表示：当前激光线方向与机床Z轴的夹角；

β表示激光器初始姿态下与中心激光方向垂直的激光等距线与机床XOY平面的偏角，数值上等于中心激光方向与XOY平面偏角的余角；

x表示：线激光与圆槽边界的交点在工件坐标系坐标的X分量；

y表示：线激光与圆槽边界的交点在工件坐标系坐标的Y分量；

z表示：线激光与圆槽边界的交点在工件坐标系坐标的Z分量。

2.根据权利要求1所述的五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法，其特征在于，所述安装步骤包括：将线激光传感器安装至机床主轴，连接线激光通信系统，将标定块安装至机床工作台，调节标定块上平面与机床XOY平面平行。

3.根据权利要求1所述的五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法，其特征在于，所述偏差值β补偿步骤包括：调整B轴零位补偿偏差值β，β表示激光器初始姿态下与中心激光方向垂直的激光等距线与机床XOY平面的偏角，数值上等于中心激光方向与XOY平面偏角的余角。

4.根据权利要求1所述的五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法，其特征在于，所述提取特征点步骤包括：根据圆边缘特征点，得到如下公式：

其中，x表示：线激光与圆槽边界的交点在工件坐标系坐标的X分量；

y表示：线激光与圆槽边界的交点在工件坐标系坐标的Y分量；

x₀、y₀表示：圆槽中心在激光坐标系的X、Y坐标；

x′、y′表示：线激光与圆槽边界的交点在激光坐标系的坐标，由机床位置与线激光读数计算得到；

r表示：标定块圆槽的半径，根据线激光测量范围设计尺寸，实际尺寸由三坐标测量机给出；

θ表示：线激光与圆槽边界的交点与圆心连线与X轴的偏角；

γ表示：当前激光线方向与机床X轴的夹角；

根据标定块的圆方程得到：

r²＝(x′-x₀)²+(y′-y₀)²+2(x′-x₀)(y′-y₀)sin(γ)

根据获得的特征点坐标(x’,y’)，使用最小二乘法拟合参数x₀,y₀,γ，标定块的圆孔中心理论位置由三坐标机测量给出为，其与x₀,y₀的差值即为δx，δy。

5.根据权利要求1所述的五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法，其特征在于，所述五轴补偿步骤包括：通过机床运动学变换，加入γ角度，并对姿态偏差γ进行补偿。