[发明专利]一种数控机床加工在线测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床加工在线测量的方法，本方法可用于工业现场对工业加工品进行非接触在位测量。本发明属于机器视觉领域。

背景技术

大型工件，特别是整体件，由于其相对重量轻，强度高被越来越多地应用在很多场合，但由于其外形尺寸大，待测特征多，使得对它的测量在实践中很难实现。如果利用接触式测量，不仅得不到高密度的数据点云，而且测量效率低下，由于尺寸大也很难测量到工件的整体。随着科学技术的发展，非接触式测量，特别是基于视觉技术的测量方法以其结构简单，价格低，测量效率高等特点得到越来越广的应用。由于非接触测量效率较高，设备简单，非常适合应用于工业现场。

基于视觉技术的测量方法有很多分支，其中基于双目立体视觉技术的加工在线测量方法，具有高精度、非接触、点云稠密等。

现有的在线测量系统不足在于：

(1)一般需要借助外部机械设备，如机械臂等，牵引视觉系统移动，因此增加了测量系统的费用，而且在工作现场增加外部机械可能会影响到车床本身的性能等。

(2)现有的对于大型工件的测量手段，需要粘贴标志点，没有实现大尺寸测量的自动化。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提出一种数控机床加工在线测量方法，通过与机床相结合，极大的增加了数控机床的利用效率，并且解决了大尺寸拼接问题。

本发明的技术解决方案为：一种数控机床加工在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备工作包括标定两摄像机的内外参数、调试准备上位机测量软件等，测量软件指为本在线测量方法开发的数据处理软件。

(1)测量系统安装：将机床主轴刀具卸下，把测量系统，即双目立体视觉测量系统，安装在主轴上，连接数据线，与数控机床相结合。

(2)平移标定：机床平移，标定数控机床的X轴和Y轴在测量系统坐标系下的方向向量V_x，V_y。

将一对粘有标志点的标志杆放置在被测工件边上。两个标志杆放置方向分别沿数控机床的X轴和Y轴；控制数控机床分别沿X轴和Y轴移动若干次，移动间隔中拍摄两个标志杆，每次移动间隔一定且每次移动方向一致。依据

(Mx_i-Mx_i-1)V_x＝Px_i-Px_i-1

(My_i-My_i-1)V_y＝Py_i-Py_i-1

其中，Mx_i、My_i为第i次拍摄标志点时机床的X轴读数和Y轴读数，Px_i、Py_i为第i次拍摄后复现出的标志点坐标。

分别求解方程组最优解，即测量系统坐标系下数控机床X轴和Y轴的方向向量V_x和V_y。

(3)旋转标定：机床旋转，标定测量系统旋转后的旋转矩阵R和平移向量T。

依据路径规划结果，控制机床旋转，分别三维复现基准视场和旋转后视场中的圆形标志点，包括圆心提取、极线匹配和三维复现，进行三维点匹配，利用四元素方法，计算旋转矩阵R_j和平移向量T_j，R_j和T_j为旋转标定时测量系统第j次旋转的旋转矩阵和平移向量。

(4)牵引数控机床主轴，将测量系统移动至待测部分，待主轴稳定后，对工件进行单视场扫描，得到单视场点云数据；

(5)重复步骤(4)直至将被测工件表面遍历完成，得到所有视场点云数据，完成全视场扫描；

(6)根据步骤(4)、(5)得到的点云数据，进行拼接。

将测量系统第一个视场的坐标系作为世界坐标系，并按照以下公式将各个视场点云数据进行拼接：