[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

说明书

本发明提供了一种五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法及系统，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。本发明解决了原位安装线激光测量方法中激光器主轴安装初始位置和姿态偏差难以标定进而影响线激光原位测量精度的问题；解决了单次测量偶然误差对分析结果的影响过大的问题。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体地，涉及一种五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法及系统。

背景技术

机床主轴原位安装激光器位姿标定系统中最关键的技术是激光器安装位姿的获取方法，目前主要有机械标定校准、试块整体标定和标定块标定三种方法。

机械标定校准主要利用百分表等机械测量方法配合机床运动推算激光器安装的位姿偏差，并通过旋转平移各轴反复测量直至位姿偏差消除的方法。该方法的优势在于理论成本低、操作直接，但由于需要大量人力操作，不仅效率低下，不利于激光原位测量整个系统的自动化和标准化，而且忽略了激光本身的测量作用和激光器外形与激光坐标系并非完全一致的误差，导致标定效果不佳。

试块整体标定方法主要利用已知形状外形的试块，通过原位安装的激光器对其进行测量，测量结果与理论模型匹配的偏差可以反推出激光器安装的位姿偏差。该方法的优势在于试块的设计难度较小，所需特征少，但由于需要一次扫描对比，各个偏差耦合度高，分析软件的设计和计算成本较大，解耦计算中产生的误差都导致了标定精度有待提高。

本发明提出一种通过线激光测量加工试块来标定原位安装在五轴机床主轴的线激光传感器后的位姿的方法。

申请号为CN201610420487.8的中国专利公开了一种用于线激光位置标定的标定板及线激光相机测量系统标定方法，其技术方案中使用线激光进行三维测量是使用结构光机器视觉的方法进行的，明显区别于本发明中利用激光几何光路测量激光到被测点位移配合机床位置进行三维原位测量的方法，其通过涉及视觉标定板进行坐标系转换的结算得到线激光坐标系与相机坐标系之间的偏置，效率较高但理论相对复杂，各个偏置值在计算中的耦合度高。

专利文献CN107726980A(申请号：201710871711.X)公开了一种基于四轴测量机的线激光位移传感器的标定方法，完成设备安装，按照标定需求安装激光线扫描测头，建立线激光位移传感器和四轴测量机的通讯连接；建立坐标系，四轴测量机带动线激光位移传感器回到机床零点；使磨砂标准球到达线激光位移传感器的测量范围内，对磨砂标准球进行扫描；对扫描得到的标准球的点云数据进行均匀采样，使后续参数方程的求解结果变得稳定；构造磨砂标准球的球面方程，求解激光器出射向量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法及系统。

根据本发明提供的一种五轴机床原位安装线激光传感器的位姿标定方法，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。