[发明专利]一种激光位移传感器的光束方向矢量和原点位置标定方法

权利要求书

1.一种激光位移传感器的光束方向矢量和原点位置标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、建立“X-Y-Z-A-C”构型的五轴测量机中的各个坐标系：机床坐标系O_M、测量坐标系O_L和工件坐标系O_W，并推导得到三个坐标系之间的传递矩阵：G_ML、G_MW和G_WL；

其中，

所述G_ML为从所述测量坐标系O_L到所述机床坐标系O_M的传递矩阵；

所述G_MW为从所述工件坐标系O_W到所述机床坐标系O_M的传递矩阵；

所述G_WL为从所述测量坐标系O_L到所述工件坐标系O_W的传递矩阵；

步骤2、选择所述工件坐标系O_W上待测平面y＝y_p内的坐标为(0，y_p，z_p)的点为测量点，并设定A、C轴的可旋转区间分别为[75°，105°]和[-15°，15°]，在A、C轴上分别进行角度的若干均匀等分，对所有交叉角度组合下的测量点进行激光测量，将实际测量结果按序构成二维矩阵后进行移动平均滤波，并求解二维梯度；进行迭代测量，不断缩小A、C两轴的可旋转区间，提高偏角误差的解析精度；

步骤3、将使得所述二维梯度的绝对值取最小的A、C轴坐标(a_v，c_v)代入方程组：

解此方程组求得激光光束的独立几何偏角(γ_L，α_L)；

步骤4、设定y＝y_p平面上测量方阵的X_M坐标轴范围为[-20，20]，Z_M坐标轴范围为[120，160]，A轴的可旋转区间为[75°，105°]，C轴的可旋转区间为[-15°，15°]，对测量点和测量角度进行交叉组合，将测量方阵上每个测量点的实际测量结果代入超静定的平面拟合方程组，解所述超静定的平面拟合方程组即可得到直线轴零位误差(x₀，y₀，z₀)；

在所述步骤4中，还包括：

依据机床运动学模型可得到测量点在工件坐标系O_W下的坐标为：

其中：

计算得到测量点在工件坐标系O_W下的y坐标为：y＝-sinC·(l·sinφ_L·cosα_L+x0+X+cosA·cosC·l·sinφL·αL+y0+Y+sinA·cosC·l·cosφL+z0+Z；

由于测量点均位于所述待测平面y＝y_p上，代入测量方阵上每个测量点的实际测量结果，可构建超静定的平面拟合方程组：

其中，d_i为：d_i＝y_p+(X_i+l_i·sinφ_L·cosα_L)·sinC_i-(Y_i+l_i·sinφ_L·cosα_L)·cosA_i·cosC_i-(Z_i+l_i·cosφ_L)·sinA_i·cosC_i。

2.如权利要求1所述的激光位移传感器的光束方向矢量和原点位置标定方法，其特征在于，所述机床坐标系O_M为：以A、C旋转轴交点为原点，以X、Y、Z轴分别为X、Y、Z方向；所述测量坐标系O_L为：依附于机床Z轴，以激光位移传感器的测量起点为原点，X、Y、Z方向与机床坐标系一致；所述工件坐标系O_W为：依附于机床C轴转台，原点与所述机床坐标系O_M相同，且当机床A、C旋转轴坐标均为零时，X、Y、Z方向与机床坐标系一致。