【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量，具体地，涉及一种基于截面线法的串并联机床线激光测量位姿标定方法。
技术介绍
1、将线激光传感器集成于串并联机床执行器末端，由串并联机床根据工件理论廓形带动线激光传感器进行扫描测量运动，可实现大尺寸薄壁构件实际廓形的快速扫描获取，是保证此类零件加工质量的有效手段。在实际应用中，线激光传感器的安装误差和姿态偏差不可避免地存在，导致基于理论模型构建的测量系统运动链发生偏离，从而造成工件表面形态测量结果存在系统性误差。这些误差会在后续加工过程中累积，严重影响加工精度。因此，必须在完成线激光传感器安装后对传感器测量位置和姿态进行标定，对测量系统运动链平移矩阵和旋转矩阵进行辨识，才能有效消除系统性误差，保证加工精度。
2、针对线激光传感器位姿标定问题，现有方法主要通过多次改变机床位姿，控制线激光传感器从不同角度对标准球进行测量，依据标准球位置在机床基坐标系下不变建立等式，求取表征线激光传感器安装姿态的平移矩阵与旋转矩阵，以实现线激光传感器位姿的标定，然而该方法主要适用于定位精度较高的串联机床。对于串并联机床，其定位精度远低于串联机床。通过多次改变串并联机床测量姿态进行位姿标定，将引入串并联机床本身的定位误差，此定位误差不可忽略。因此，面向串并联机床的线激光传感器位姿标定，必须有效剥离串并联机床自身定位误差对姿态标定精度的影响。
3、文献cn116734730a提供了一种基于标准球的机床线激光传感器标定方法及系统，包括：通过固定在数控机床上的线激光器从不同的方向扫描整个标准球，采集扫描数据；将扫描数
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有串并联机床线激光传感器测量位姿准确标定难题，专利技术了一种适用于串并联机床的基于截面线法的线激光传感器安装位姿标定方法，该方法无需改变串并联机构的姿态，有效避免了串并联机床定位误差对测量位姿标定的影响，有效提高了标定精度。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种适用于串并联机床的基于截面线法的线激光安装位姿标定方法，将线激光传感器集成至设备中，并依据串并联机床构建测量系统的运动链。首先将标准球装夹至主轴上，确保标准球球心位置保持不变，利用线激光传感器激光面与标准球截交面为圆的几何特性，通过拟合该圆心进而计算球心坐标。随后利用球心位置不变的特性，建立等式来获取表征线激光传感器安装姿态的旋转矩阵。通过分析设备两侧坐标系的关系，获取标准球的绝对坐标。之后将机床末端坐标系的轴线调整与基坐标系轴线平行，并平移机床对标准球进行测量并保存点云数据。对采集的点云数据进行滤波处理后，通过拟合球面来获取球心坐标，并将拟合的球心坐标与已知球心真值进行差值比较，进而求取线激光传感器坐标原点与末端坐标系原点的偏差。在整个标定过程中，无需改变串并联机构姿态，即可完成对线激光传感器安装位姿的标定。
4、具体步骤如下：
5、第一步，依据串并联机床，建立测量系统运动链
6、所述串并联机床包括加工侧i和支撑侧ii；
7、所述加工侧i为五轴龙门铣床，xyz方向沿其三个导轨方向，原点为回转台1上表面的圆心；所述支撑侧ii为串并联混联机构，由回转台1、第一直线轴2、第二直线轴3、第三直线轴4、三轴并联机构5、线激光传感器6、支撑头7、第一动平台8和第二动平台9构成，其中第一直线轴2水平安装在回转台1中心，通过t型槽连接；第一动平台8为截面为等腰直角三角形的平台，其一直角面通过滚珠丝杠安装在第一直线轴2上；第二直线轴3安装在第一动平台8的斜面上，第三直线轴4与第二直线轴3相互垂直，通过第二动平台9上的两个相互垂直的滚珠丝杠连接；三轴并联机构5固定于第二动平台9上；支撑头7固定于三轴并联机构5的末端平台；线激光传感器6安装到串并联混联机构的支撑头7侧边；
8、(1)支撑侧ii基坐标系{ob:xb,yb,zb}的原点是回转台1上表面的圆心，xyz方向与加工侧i导轨方向一致；
9、(2)支撑侧ii末端坐标系{oe:xe,ye,ze}是一个原点在串并联混联机构正解末端点的坐标系，且在支撑侧ii末端正解坐标角度a2、b2为零时，支撑侧ii末端坐标系的各轴线与支撑侧(ii)基坐标系的各轴线平行；
10、(3)线激光测量坐标系{os:xs,ys,zs}是线激光传感器自身的坐标系，其原点位于线激光量程的中心，z轴沿激光面中垂线方向，x轴在光面内垂直于z轴，y轴遵循右手螺旋定则；
11、(4)各坐标系下坐标表示：线激光测量坐标系下的点坐标ps、机床支撑侧ii末端坐标系下的点坐标pe、支撑侧ii基坐标系下的点坐标pb，三者之间的变换关系表示为：
12、
13、其中，为{os:xs,ys,zs}→{oe:xe,ye,ze}的齐次变换矩阵，为{os:xs,ys,zs}→{oe:xe,ye,ze}的旋转矩阵，为{os:xs,ys,zs}→{oe:xe,ye,ze}的平移矩阵；为{oe:xe,ye,ze}→{ob:xb,yb,zb}的齐次变换矩阵，为{oe:xe,ye,ze}→{ob:xb,yb,zb}的旋转矩阵，为{oe:xe,ye,ze}→{ob:xb,yb,zb}的平移矩阵；
14、第二步，获取表征线激光安装姿态的旋转矩阵
15、首先将标准球装夹到加工侧i的主轴上并获取标准球球心在线激光测量坐标系下的坐标，线激光传感器任意角度下的激光面与标准球的截交面为圆，且截交圆圆心o′和标准球球心o连线、截交圆的半径r与标准球的半径r组成直角三角形，利用这一特性，先获得线激光测量坐标系下截交圆的圆心坐标；然后获得标准球球心在线激光测量坐标系下的坐标；假设线激光传感器的激光面与标准球相交形成一段圆弧，该圆弧上点坐标即为线激光传感器的读数，利用最小二乘法将圆弧上的点坐标拟合为圆，所得圆的方程表示为：
16、(x-a)2+(z-b)2＝r2(2)
17、其中，a和b分别对应拟合圆圆心在线激光测量坐标系的xs轴和zs轴的坐标；
18、由球体几何特征可知，直线oo′垂直于线激光传感器的激光面，故标准球球心在线激光测量坐标系下坐标的绝对值是|oo′|，在求解过程中要注意正负号；则球心坐标公式如式(3)所示：
19、
20、确保标准球球心位置不变，通过多次测量可得：
21、
22、将上式中齐次变换矩阵表述成旋转矩阵和平移矩阵的形式，则式(4)表示为：
23、
24、将线激光测量坐标系的轴线与支撑侧(ii)末端坐标系的轴线尽可能平行的安装，控制支撑侧串并联混联机构夹持线激光只进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于串并联机床的基于截面线法的线激光安装位姿标定方法，其特征在于，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种适用于串并联机床的基于截面线法的线激...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，李文杰，王鹏飞，梁润，薄其乐，谢福贵，王永青，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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