【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机床，涉及一种基于立体视觉引导的智能型机床系统及作业方法。
技术介绍
1、在航空航天加工制造领域中，为了达到减重增强目的，大型薄壁金属构件多采用刻型化铣加工工艺，即：先在构件表面涂覆胶膜，然后激光刻型设备按照预设图样进行刻蚀，去除刻蚀部分的胶膜，将构件浸入腐蚀池中，刻蚀掉胶膜的构件表面暴露于腐蚀溶液中，受腐蚀溶液的腐蚀后变薄，未经激光刻蚀的构件表面存在胶膜可防止腐蚀液的腐蚀。
2、目前，现有的激光刻型技术及设备基本只能完成一次刻型，刻型减重的能力不足，为了克服仅能刻型一次的限制，在不削减构件强度的前提下，最大程度降低构件的重量，满足航空航天产品对重量的严苛要求，现有激光刻型工艺一般需要进行两次激光刻型化铣。第一次激光刻型时，机床设备按照预设图样进行刻蚀，然后一次化铣。二次刻型时则需要沿着一次刻型图样的轮廓边缘进行，然而，在一次化铣时，受限于化铣工艺在刻蚀图样轮廓边缘容易出现沟槽、化铣深度不一致等缺陷，且大型薄壁构件因残余应力等也会发生一定扭曲变形，导致一次化铣后的图样轮廓与预设图样理论尺寸存在较大差异。若二次刻型时仍按照理论预设图样轮廓进行，则会导致化铣加工精度较低。若采用人工示教进行二次刻型编程，精度不高，且效率低下，均无法满足航空航天的高精度要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于立体视觉引导的智能型机床系统及作业方法，将立体视觉智能识别与测量技术应用到机床设备的生产作业引导上，免去人工编程的示教繁琐，同时也
2、为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
3、一种基于立体视觉引导的智能型机床系统，包括：
4、机床设备单元，携带激光加工单元及立体视觉单元运动至指定位置；
5、激光加工单元，对待加工构件表面进行激光刻型加工，得到所需的图样轮廓；
6、立体视觉单元，对待加工构件表面形貌进行扫描，获取三维点云数据信息；
7、控制系统，控制立体视觉单元采集获取三维点云数据信息，求解待加工轨迹点位姿信息，修订指定位置，并按照待加工轨迹点位姿信息发送控制指令驱动机床设备单元与激光加工单元。
8、作为一种优选的方案，所述机床设备单元包括机床x轴、机床y轴、机床z轴以及转台，由机床x轴、机床y轴及机床z轴组合实现三维方向运动，激光加工单元安装在机床z轴的末端，待加工构件固定在转台上。
9、作为一种优选的方案，所述激光加工单元包括激光加工头和双摆轴，所述双摆轴安装在机床z轴的末端，双摆轴自身具有水平面内旋转、垂直面内翻转两个旋转自由度；所述激光加工头安装在双摆轴的末端；所述激光加工头在机床设备单元以及双摆轴驱动下能够进行x、y、z三个方向的平移运动及两个方向的旋转运动。
10、作为一种优选的方案，所述立体视觉单元固定安装在双摆轴上，立体视觉单元在机床设备单元以及双摆轴驱动下能够进行x、y、z三个方向的平移运动及两个方向的旋转运动。
11、作为一种优选的方案，所述立体视觉单元包括三维立体相机及相机安装附件，三维立体相机为结构光立体相机或双目相机。
12、一种基于立体视觉引导的智能型机床系统的作业方法，包括以下步骤：
13、建立机床设备单元、激光加工单元、立体视觉单元的数学模型；
14、建立待加工构件的数学模型，并确定待加工构件相对于机床设备单元与激光加工单元的位姿，为控制系统生成待加工轨迹点位姿信息；
15、离线标定立体视觉单元的相机坐标系与机床设备单元以及激光加工单元的相对位姿关系，将立体视觉单元获取的待加工轨迹转换至机床设备单元及激光加工单元能够执行的运动轨迹；
16、安装待加工构件，生成可执行的扫描路径，按照扫描路径完成所有采集点位的点云数据采集，并通过拼接点云数据，获取待加工构件的完整表面形貌数据；
17、通过对待加工轨迹进行仿真模拟，生成可执行的待加工轨迹，按照可执行的待加工轨迹完成激光刻型。
18、作为一种优选的方案，所述机床设备单元、激光加工单元、立体视觉单元、待加工构件的数学模型以及待加工轨迹点位姿信息均通过镜像场景窗口进行显示，显示内容与实际作业场景中的情况保持一致；
19、对待加工轨迹进行仿真模拟时，若出现碰撞或干涉，镜像场景窗口提示报警。
20、作为一种优选的方案，所述离线标定立体视觉单元的相机坐标系与机床设备单元以及激光加工单元的相对位姿关系，将立体视觉单元获取的待加工轨迹转换至机床设备单元以及激光加工单元能够执行的运动轨迹具体包括：将用于标定的立体合作目标放置在机床设备单元及激光加工单元的运动范围内保持不动，控制机床设备单元和激光加工单元运动至不同位置，从不同视角拍摄立体合作目标，得到多组不同位姿下的立体合作目标点云数据，同时记录立体视觉单元采集图像时对应的机床设备单元及激光加工单元的位姿信息；然后基于特征匹配原理，结合记录的机床设备单元及激光加工单元的位姿信息，求解得到机床设备单元及激光加工单元的坐标转换矩阵，完成立体视觉单元与机床设备单元及激光加工单元的位姿标定。
21、作为一种优选的方案，所述按照扫描路径完成所有采集点位的点云数据采集，并通过拼接点云数据，获取待加工构件的完整表面形貌数据的步骤，将立体视觉单元采集的多幅点云，通过标定矩阵进行拼接，得到待加工构件的完整表面形貌数据。
22、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于立体视觉引导的智能型机床系统的作业方法。
23、相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
24、通过机床设备单元携带激光加工单元及立体视觉单元运动至指定位置，多视角采集待加工构件表面的形貌特征，获取待加工构件表面的三维点云数据，自动进行表面图样轮廓边缘识别提取，计算图样轮廓边缘的真实位姿，按照后续加工工艺及设备信息，将图样轮廓边缘位姿信息转换为机床设备单元与激光加工单元可执行的待加工轨迹点位姿信息，传输给机床设备单元与激光加工单元，智能引导机床设备单元与激光加工单元执行后续生产作业。针对待加工构件前序加工外形与理论尺寸存在偏差、加工过程中薄壁构件变形等问题，可在线测量给出真实轮廓位姿信息智能引导机床设备单元与激光加工单元作业，无需人工示教；针对待加工构件表面图样不同或规格尺寸不同，可智能自适应，智能化及柔性化程度高，实现大大提高二次刻型的精度，有效保证了刻型化铣加工的精度及质量。
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1.一种基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述机床设备单元(1)包括机床X轴(11)、机床Y轴(12)、机床Z轴(13)以及转台(14)，由机床X轴(11)、机床Y轴(12)及机床Z轴(13)组合实现三维方向运动，激光加工单元(2)安装在机床Z轴(13)的末端，待加工构件(4)固定在转台(14)上。
3.根据权利要求2所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述激光加工单元(2)包括激光加工头(21)和双摆轴(22)，所述双摆轴(22)安装在机床Z轴(13)的末端，双摆轴(22)自身具有水平面内旋转、垂直面内翻转两个旋转自由度；所述激光加工头(21)安装在双摆轴(22)的末端；所述激光加工头(21)在机床设备单元(1)以及双摆轴(22)驱动下能够进行X、Y、Z三个方向的平移运动及两个方向的旋转运动。
4.根据权利要求3所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述立体视觉单元(3)固定安装在双摆轴(22)上，所述立体视觉单元(3)在机床设备
5.根据权利要求1所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述立体视觉单元(3)包括三维立体相机及相机安装附件，三维立体相机为结构光立体相机或双目相机。
6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述基于立体视觉引导的智能型机床系统的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的作业方法，其特征在于，所述机床设备单元(1)、激光加工单元(2)、立体视觉单元(3)、待加工构件(4)的数学模型以及待加工轨迹点位姿信息均通过镜像场景窗口进行显示，显示内容与实际作业场景中的情况保持一致；
8.根据权利要求6所述的作业方法，其特征在于，所述离线标定立体视觉单元(3)的相机坐标系与机床设备单元(1)以及激光加工单元(2)的相对位姿关系，将立体视觉单元(3)获取的待加工轨迹转换至机床设备单元(1)以及激光加工单元(2)能够执行的运动轨迹具体包括：将用于标定的立体合作目标放置在机床设备单元(1)及激光加工单元(2)的运动范围内保持不动，控制机床设备单元(1)和激光加工单元(2)运动至不同位置，从不同视角拍摄立体合作目标，得到多组不同位姿下的立体合作目标点云数据，同时记录立体视觉单元(3)采集图像时对应的机床设备单元(1)及激光加工单元(2)的位姿信息；然后基于特征匹配原理，结合记录的机床设备单元(1)及激光加工单元(2)的位姿信息，求解得到机床设备单元(1)及激光加工单元(2)的坐标转换矩阵，完成立体视觉单元(3)与机床设备单元(1)及激光加工单元(2)的位姿标定。
9.根据权利要求6所述的作业方法，其特征在于，所述按照扫描路径完成所有采集点位的点云数据采集，并通过拼接点云数据，获取待加工构件(4)的完整表面形貌数据的步骤，将立体视觉单元(3)采集的多幅点云，通过标定矩阵进行拼接，得到待加工构件(4)的完整表面形貌数据。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至9中任一项所述的作业方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述机床设备单元(1)包括机床x轴(11)、机床y轴(12)、机床z轴(13)以及转台(14)，由机床x轴(11)、机床y轴(12)及机床z轴(13)组合实现三维方向运动，激光加工单元(2)安装在机床z轴(13)的末端，待加工构件(4)固定在转台(14)上。
3.根据权利要求2所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述激光加工单元(2)包括激光加工头(21)和双摆轴(22)，所述双摆轴(22)安装在机床z轴(13)的末端，双摆轴(22)自身具有水平面内旋转、垂直面内翻转两个旋转自由度；所述激光加工头(21)安装在双摆轴(22)的末端；所述激光加工头(21)在机床设备单元(1)以及双摆轴(22)驱动下能够进行x、y、z三个方向的平移运动及两个方向的旋转运动。
4.根据权利要求3所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述立体视觉单元(3)固定安装在双摆轴(22)上，所述立体视觉单元(3)在机床设备单元(1)以及双摆轴(22)驱动下能够进行x、y、z三个方向的平移运动及两个方向的旋转运动。
5.根据权利要求1所述基于立体视觉引导的智能型机床系统，其特征在于，所述立体视觉单元(3)包括三维立体相机及相机安装附件，三维立体相机为结构光立体相机或双目相机。
6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述基于立体视觉引导的智能型机床系统的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的作业方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵军丽，张配配，张恒，张吉智，孙旭，陈婷，吴易明，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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