[发明专利]一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置及方法

权利要求书

1.一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置的标定方法，其特征在于，基于一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置，包括机械臂、标定测头、靶球和控制系统；控制系统连接机械臂，机械臂连接标定测头，靶球固定在模具上，标定测头内部设置有接触开关，并与控制系统相连，当标定测头与靶球触碰时，控制系统接收触碰信号；控制系统连接的机械臂用于读取标定测头的实时位置信息；

控制系统为PLC、数控系统、运动控制器或工控机；

包括以下步骤：

步骤1：将标定测头安装在机械臂上，并将标定测头的测头球心定义为机械臂坐标系原点；同时将靶球固定在模具上，并保证与CAD/CAM软件中的数模一致；

步骤2：标定测量安全点S0，与粗略估算靶球球心O’；

步骤3：编写设备自动化标定程序，控制标定测头按照设定的轨迹触碰模具表面上固定的靶球，分别从不同的方向触碰靶球，记录测头与靶球触碰时的坐标位置P：Xn，Yn，Zn，共测量N+1个不同点位置信息；

步骤4：在控制系统中根据测得的N+1个坐标点，拟合靶球球心在机床坐标系中的位置，实现模具的位置标定。

2.根据权利要求1所述的一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤2中标定测量安全点S0，与粗略估算靶球球心O’的方法是：

步骤2.1：在机床坐标系下，移动测头到靶球正上方，记录坐标点S0：Xs0，Ys0，Zs0；

步骤2.2：移动测头缓慢接近靶球顶端，测头触碰靶球后停止运动，并记录当前位置信息P0(X0，Y0，Z0)；

步骤2.3：粗略估算靶球球心位置为O’：Xo’，Yo’，Zo’，其中

3.根据权利要求1所述的一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤3中测头触碰靶球的方法是：

步骤3.1：通过计算向量正交方向向量e0，使测头移动到安全点S1’；

步骤3.2：测头沿向量的方向向量e1，移动到靶球侧边点S1处；

步骤3.3：测头继续向点O’方向移动，触碰靶球后停止运动，并记录当前位置信息P1：X1，Y1，Z1后，测头向后移动回点S1；

步骤3.4：测头围绕靶球旋转角度a，运动到点S2：Xs2，Ys2，Zs2，使测头向着点P：X1-R，Y1，Z1方向运动，其中:

Xs2＝[Xs1-(X1-R)]×cos(a)–(Ys1-Y1)×sin(a)+(X1-R)，

Ys2＝[Xs1-(X1-R)]×sin(a)+(Ys1-Y1)×cos(a)+Y1，

R为靶球半径；

步骤3.5：当测头触碰靶球后停止运动，并记录当前位置信息P：X2，Y2，Z2；

步骤3.6：重复步骤3.4，直到测量了N＝360/a个点，Pn：Xn，Yn，Zn后，最终获得N+1个点的坐标值。

4.根据权利要求1所述的一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置的标定方法，其特征在于，所测量N个不同点位置信息，N必须大于等于4。

5.根据权利要求1所述的一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤4中利用所测量的N+1个坐标点拟合出靶球球心位置的算法是：

步骤4.1：根据空间球的方程和所测得的点的信息得到：

其中，靶球球心坐标为O：A/2，B/2，C/2；

步骤4.2：将式化简后得到：

步骤4.3：根据公式在控制器中编写计算程序最终求得靶球圆心，实现铺放设备模具标定。

6.根据权利要求1所述的一种用于复合材料铺放设备的接触式自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤3.3中点S2：Xs2，Ys2，Zs2的坐标计算方法为：

Xs2＝[Xs1-(X1-R)]×cos(a)–(Ys1-Y1)×sin(a)+(X1-R)，

Ys2＝[Xs1-(X1-R)]×sin(a)+(Ys1-Y1)×cos(a)+Y1，

Zs2＝Z1。