[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

说明书

本发明涉及铸造件的加工方法，一种基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，通过标定，建立标准三维扫描仪坐标系和数控机床坐标系之间的对应关系；扫描仪扫描铸造件的表面，获取三维点云数据在扫描仪坐标系下的坐标值，通过将铸造件表面点云数据与铸造件的理论数模的点云数据进行特征匹配，获取实际待加工铸造件和理论数模之间的位置和姿态偏差；数控机床调整实际铸造件的位置和姿态达到基准加工位置。本发明提出的基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，通过测量系统对待加工铸造件进行扫描测量，并与理论待加工位置进行比对，校准数控机床的加工轨迹，实现大型铸造件的全程自动化智能化机加工。

技术领域

本发明涉及铸造件的加工方法，特别是铸造件表面加工方法。

背景技术

当前，大型铸造件余量去除和表面处理多采用人工加工的方式，此加工工艺流程相对复杂繁琐，加工和处理效率低下，限制产能的提高。因此，考虑采用数控机床对大型铸造件进行表面加工处理，提高生产效率。由于铸造件生产的特殊性，每个铸造件待加工区域的精确位置和待加工量不尽相同，加工轨迹也不完全一样，无法采用现有数控机床实现全程自动化机加工。

当前的数控机床的操作，是将铸造件通过工装固定在机床的工作台上。数控机床的操作人员通过编写固定的程序命令对相同的铸造件，在相同的待加工位置进行机加工，相同位置的加工量也是相同的，具有高度的一致性和固定性。如果铸造件的待加工区域的精确位置和待加工量发生变化时，则需要对程序命令和相应的参数进行修改，才能保证加工的准确性。由于某些待加工工件的待加工区域的精确位置和待加工零件因铸造件而异，所以采用数控机床进行机加工时需要针对每个零件进行程序命令的重新编写，不能实现完全的自动化操作。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，为数控机床引入基于三维扫描仪的测量系统。通过测量系统对待加工铸造件进行扫描测量，并与理论待加工位置进行比对，校准数控机床的加工轨迹，从而实现大型铸造件的全程自动化智能化机加工。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法，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。