[发明专利]基于三维视觉在线测量引导自动加工的激光装备及方法

权利要求书

1.基于三维视觉在线测量引导自动加工的激光装备，其特征在于，包括五轴运动平台(1)，激光器(2)，光路传输系统(3)，数字条纹三维扫描装置(4)，扫描振镜(5)和工业控制计算机(6)；其中，

五轴运动平台(1)用来调整数字条纹三维扫描装置(4)对复杂构件的测量位姿，同时用来运行加工程序，完成对复杂构件的加工；激光器(2)用来发出激光，经过光路传输系统(3)传输，最终聚焦到工件上，通过五轴运动平台(1)联动，实现对复杂构件的加工；光路传输系统(3)用来实现对激光的导光功能；数字条纹三维扫描装置(4)用来对复杂构件在线测量，获取复杂构件的点云模型，通过工业控制计算机(6)处理，进一步的在线获取工件的装夹位姿及加工轮廓，然后控制五轴运动平台(1)对复杂构件的位姿进行调整，最后引导激光对复杂构件进行加工；扫描振镜(5)具有高动态响应特性，用来实现对平面复杂图案的快速扫描，同时配合五轴运动平台(1)的联动，实现对大幅面二维图案的激光加工和对三维结构的激光加工。

2.根据权利要求1所述的基于三维视觉在线测量引导自动加工的激光装备，其特征在于，激光器(2)发出的光通过光路传输系统(3)传输，到达扫描振镜(5)，通过扫描振镜(5)与五轴运动平台(1)的联动，实现大幅面二维图案的激光加工或者三维结构的激光加工。

3.根据权利要求1所述的基于三维视觉在线测量引导自动加工的激光装备，其特征在于，数字条纹三维扫描装置(4)包括CCD视觉相机(41)和条纹光投影仪(42)，通过双目三维重建原理实现加工工件三维点云模型的扫描，自动测量加工边缘，并基于测量边缘自动生成运动控制程序。

4.根据权利要求1所述的基于三维视觉在线测量引导自动加工的激光装备，其特征在于，工作时，将毛坯(11)装夹到转台(12)上，移动加工装备Z轴运动台(13)到预定的位置，然后数字条纹三维扫描装置(4)投射条纹光到毛坯(11)表面，条纹光投射后由数字条纹三维扫描装置(4)拍照，然后转台(12)转动设定的角度使得毛坯(11)处于下一个工位，重复投影拍照过程，当所需要的测量步骤完成后，将数字条纹三维扫描装置(4)获得的数据传输到工业控制计算机(6)上，工业控制计算机(6)处理后获得所需要的修型轮廓数据，将加工数据传输给五轴运动平台(1)，对毛坯(11)进行加工，得到工件(14)，加工后取下工件(14)，然后加工下一个毛坯(11)。

5.基于三维视觉在线测量引导自动加工的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至4中任一项所述的基于三维视觉在线测量引导自动加工的激光装备，包括以下步骤：

步骤1，数字条纹三维扫描装置(4)的标定：借助高精度标定块(113)标定数字条纹三维扫描装置坐标系(112)在五轴运动平台坐标系(111)下的坐标位置，获得五轴运动平台坐标系(111)与数字条纹三维扫描装置坐标系(112)的变换矩阵；

步骤2，复杂构件的在线测量：通过五轴运动平台(1)运动，将复杂构件移动至不同的位置和角度，同时保证复杂构件在数字条纹三维扫描装置(4)的测量视野范围内，数字条纹三维扫描装置(4)完成对不同位置和角度处的复杂构件的测量，生成各个位置的单片点云模型，通过点云拼接生成完整的点云模型；

步骤3，复杂构件装夹位姿测量：利用步骤2中获得的点云模型与标准CAD模型配准，获得实际装夹后的复杂构件与标准CAD模型的位姿偏差；

步骤4，复杂构件加工边缘轨迹生成：利用步骤3中获得的位姿偏差，通过五轴运动平台(1)对实际装夹后的复杂构件进行位姿调整，进一步的通过边缘提取算法或者边缘配准算法获得准确的加工轮廓路径；

步骤5，引导激光自动加工：通过步骤1-4获得准确的加工路径，通过工业控制计算机(6)处理，将加工路径转换成五轴运动平台(1)的运动指令，引导激光对复杂工件进行加工。

6.根据权利要求5所述的基于三维视觉在线测量引导自动加工的方法，其特征在于，借助高精度标定块(113)实现数字条纹三维扫描装置坐标系(112)在五轴运动平台坐标系(111)下的标定，标定关系公式(1)，其中H为数字条纹三维扫描装置坐标系(112)与五轴运动平台坐标系(111)的旋转变换矩阵；n_x，n_y，n_z为高精度标定块(113)调平后与五轴运动平台的X，Y，Z轴方向平行的平面法向量在数字条纹三维扫描装置坐标系(112)下的坐标；