[发明专利]一种基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法

权利要求书

1.一种基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、三维扫描仪标定：在安装三维扫描仪前对其进行标定，得到内参矩阵；

步骤2、三维扫描仪与数控机床标定：三维扫描仪与数控机床标定，获取扫描仪坐标系到数控机床坐标系的变换矩阵；

步骤3、三维扫描仪扫描铸造件：将铸造件固定在数控机床工作台的专用工装上，使待加工区域处于三维扫描仪的视场中；三维扫描仪对铸造件的待加工区域进行扫描，并形成原始三维点云数据；

步骤4、采用铸造件的理论3D模型确定基准加工位姿：将铸造件的理论3D模型摆放在数控机床工作台上的专用工装上，调整好位置和姿态，作为基准加工位姿；将理论3D模型转化成理论三维点云数据，同时获取理论三维点云数据在数控机床坐标系下的位姿信息；

步骤5、将实际待加工铸造件经过预处理后的点云数据与理论三维点云数据进行特征匹配；

步骤6、计算实际铸造件与理论3D模型的位姿偏差：完成铸造件实际点云与理论三维点云数据匹配后，通过对应特征点在数控机床坐标系下的坐标，进行旋转矩阵和平移向量的计算，即获取实际铸造件与基准加工位置之间的姿态偏差，并计算待加工余量的相对位置和余量超出基准平面的高度；

步骤7、数控机床调整铸造件位姿、确定进刀位置与加工遍数：根据步骤6得到的实际铸造件与基准加工位置之间的姿态偏差，对铸造件进行位姿变换，调整至与理论3D模型基准加工位姿重合的状态，数控机床根据步骤6得到的待加工余量的相对位置，确定进刀位置；数控机床根据步骤6得到的余量超出基准平面的高度，确定加工遍数，从而实现加工参数的确定和加工轨迹的校准；

在步骤5中，包括以下步骤：

步骤51、模型分割：采用1～n个基准平面，将实际铸造件三维点云数据分割为2～n+1个包含足够多特征值的数据层，并且分割方式和分割结果对于理论数模和与其匹配的实际点云数据保持一致；

步骤52、特征检测：将包含足够多特征值的数据层根据可剪裁的特征项，依据铸造件实际情况进行裁剪；

步骤53、模型匹配、区域判断和模型定位：将铸造件的局部实际点云数据与理论数模点云数据进行特征匹配，确定被扫描的区域。

2.根据权利要求1所述的基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，其特征在于：

在步骤1前对三维扫描仪安装：三维扫描仪通过刚体与数控机床固定连接，没有相对位置移动；三维扫描仪基本与机床主轴平行，与机床工作台垂直，或者与主轴成微小角度，避免扫描视线的遮挡。

3.根据权利要求1所述的基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，其特征在于：在步骤1中，采用双三维扫描仪同时对铸造件局部进行扫描，并进行点云拼接。

4.根据权利要求1所述的基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，其特征在于：在步骤2中，三维扫描仪与数控机床标定流程如下：

步骤21：将完成内参标定的扫描仪安装在数控机床上，确保扫描仪与数控机床之间为刚体连接，并确保两者之间无相对运动；

步骤22：将材料为工业PVC的标定板固定在数控机床的工作台上，确保待加工上表面与数控机床刀头垂直；

步骤23：数控机床对标定板进行加工，在标定板的指定位置加工5-8mm深，底面直径为30mm或以上的非穿透性斜坡孔洞；

步骤24：记录标定孔孔底平面中心的坐标值作为数控机床在该标定孔位置的坐标点；

步骤25：通过三维扫描仪扫描标定板上的孔洞，孔洞底面平面圆心为对应三维扫描仪坐标系下的坐标点；

步骤26：通过N个孔洞圆心在数控机床坐标系和三维扫描仪坐标系中对应的坐标值，进行旋转矩阵和平移向量的计算，即获取扫描仪坐标系到数控机床坐标系的变换矩阵，建立三维扫描仪坐标系和数控机床坐标系之间的对应关系。