[发明专利]水轮机叶片在位测量与加工的控制方法、装置及系统

权利要求书

1.一种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制方法包括：

确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；

获取待加工水轮机叶片的型面数据；

将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；

根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；

规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；

控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工；

其中，所述获取待加工水轮机叶片的型面数据，包括：

当机器人移动至不同位置时，分别获取双目结构光相机对所述待加工水轮机叶片采集的不同位置叶片型面数据；

将不同位置叶片型面数据进行数据拼接得到所述待加工水轮机叶片的型面数据；

其中，所述将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵，包括：

将所述预设模型中对应的叶片特征分割出来作为叶片模型；

将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵；

其中，所述将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：

将所述叶片模型与所述型面数据通过PCA算法进行粗匹配，得到粗匹配效果图；

根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵；

其中，所述根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：

将所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合与所述叶片模型中的点云集合进行配准，得到最优估计旋转矩阵和平移矩阵，其中配准表达式为：

其中，R*,t*表示最优估计旋转矩阵和平移矩阵，所述叶片模型中的点云集合表示为所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合表示为表示所述叶片模型中的点云集合的对应点，表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的对应点，遍历所述叶片模型中的点云集合并通过最邻近算法能够获得与之对应的所述待加工水轮机叶片的型面数据中的对应点；

对所述叶片模型中的点云集合和所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合去中心化后，得到表达式为：

其中，表示所述叶片模型中的点云集合的质心，表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的质心；

令H表示3*3大小的矩阵，对H进行SVD分解得到H＝U∑V^T，则最优估计旋转矩阵和平移矩阵表示为：

R*＝VU^T，

根据所述最优估计旋转矩阵和平移矩阵得到所述待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵M，其中M表示4*4大小的矩阵，

2.根据权利要求1所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，所述根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系，包括：

根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片相对所述机器人基坐标系的位姿关系，其中包括位置偏移量以及旋转角度位置数据。

3.根据权利要求1所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，所述规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹，包括：

将所述待加工水轮机叶片划分为叶片外侧面、叶片内侧面和月牙三个特征；

沿着月牙轮廓特征设置辅助面，规划开粗加工刀路；

依次规划叶片外侧面加工刀路以及叶片内侧面加工刀路；

规划月牙的精修加工刀路；

设置所述工件坐标系以及所述机器人的初始位置，以及设置跳转点位置。

4.根据权利要求3所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述待加工水轮机叶片的不同特征确定对应的切削参数。