[发明专利]一种点激光测头在机标定方法

权利要求书

1.一种点激光测头在机标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：

S1、将点激光测头安装在机床主轴上，在机床工作台上放置一个方形工件，记录所述方形工件上的基准面在机床上的Z向坐标值，记为第一Z向坐标值；

S2、将点激光测头调整为工作位姿，控制点激光测头的激光束照射到所述基准面上，使点激光测头的读数为第一中间值，记录此时主轴在机床上的Z向坐标值，记为第二Z向坐标值；点激光测头与基准面的距离为第一中间值；

S3、根据第一Z向坐标值和第二Z向坐标值，计算得到点激光测头长度；

S4、取下方形工件，在机床工作台上固定一个标准球；通过机床主轴调整点激光测头位置，控制点激光测头的激光束照射在标准球的顶点处，使点激光测头的读数为第一中间值；

S5、运行九点测球程序，在每一个测量点位暂停运行程序，操作机床主轴运动，使点激光测头读数为第一中间值，分别采集标准球上九个点的机床坐标值；

S6、采用最小二乘法，根据步骤五中采集的九个点的机床坐标值，拟合出第一球心坐标，并将第一球心坐标输入到机床工件坐标系中；

S7、重复执行步骤S5，并采用最小二乘法拟合得到第二球心坐标；

S8、将点激光测头调整为反工作位姿，重复执行步骤五，并采用最小二乘法，拟合得到第三球心坐标；

S9、根据第二球心坐标和第三球心坐标，计算得到点激光测头相对于主轴的偏心值；

S10、将点激光测头调整为工作位姿，运行九点测球程序，在每一个测量点位暂停运行程序，操作机床主轴运动，使点激光测头读数为第二中间值，分别采集标准球上的九个点的机床坐标值；采用最小二乘法，根据九个点的机床坐标值拟合出第四球心坐标；

S11、运行九点测球程序，在每一个测量点位暂停运行程序，操作机床主轴运动，使点激光测头读数为第三中间值，分别采集标准球上的九个点的机床坐标值；采用最小二乘法，根据九个点的机床坐标值拟合出第五球心坐标；其中，所述第三中间值小于第二中间值；

S12、根据第四球心坐标和第五球心坐标，计算得到点激光测头的光束方向矢量；

所述机床上设置有XYZ机械坐标轴系，且X坐标轴、Y坐标轴、Z坐标轴相互垂直，所述机床主轴能够沿X坐标轴和/或Y坐标轴和/或Z坐标轴运动；

所述基准面是在所述方形工件的顶部加工得到的一个平面，所述方形工件上的基准面与机床的X坐标轴、Y坐标轴平行；

在所述工作位姿时，所述点激光测头相对机床主轴处于一个固定的位置，并以这个固定的位置作为工件测量时的位姿；此时所述机床主轴的旋转角度记为第一角度值。

2.根据权利要求1所述的点激光测头在机标定方法，其特征在于，所述点激光测头长度计算公式为：

L＝Zr-Z_b，

其中，L是指点激光测头长度，Z_b是指第一Z向坐标值，Zr是指第二Z向坐标值。

3.根据权利要求1所述的点激光测头在机标定方法，其特征在于，所述标准球的直径不大于30mm。

4.根据权利要求1所述的点激光测头在机标定方法，其特征在于，所述反工作位姿是指在工作位姿下将机床主轴旋转180°后的状态，此时主轴旋转角度为第二角度值；

当第一角度值大于180°时，第二角度值等于第一角度值减180°；当第一角度值小于180°时，第二角度值等于第一角度值加180°。

5.根据权利要求1所述的点激光测头在机标定方法，其特征在于，所述点激光测头相对于机床主轴在X坐标轴、Y坐标轴方向上的偏心值计算公式为：

其中，X_offset是点激光测头相对于机床主轴在X坐标轴上的偏心值；Y_offset是点激光测头相对于机床主轴在Y坐标轴上的偏心值；X_p1是第二球心坐标的X轴坐标值；X_p2是第三球心坐标的X轴坐标值；Y_p1是第二球心坐标的Y轴坐标值；Y_p2是第三球心坐标的Y轴坐标值。

6.根据权利要求1所述的点激光测头在机标定方法，其特征在于，所述点激光测头的光束方向矢量计算公式为：

其中，I为点激光测头的光束在X坐标轴方向上的矢量；J为点激光测头的光束在Y坐标轴方向上的矢量；K为点激光测头的光束在Z坐标轴方向上的矢量；X_D1是第四球心坐标的X轴坐标值；Y_D1是第四球心坐标的Y轴坐标值；Z_D1是第四球心坐标的Z轴坐标值；X_D2是第五球心坐标的X轴坐标值；Y_D2是第五球心坐标的Y轴坐标值；Z_D2是第五球心坐标的Z轴坐标值。