[发明专利]在机测量系统中的线激光传感器位姿标定方法

权利要求书

1.一种在机测量系统中的线激光传感器位姿标定方法，所述在机测量系统包括机床、线激光传感器、传感器夹具、工件台和待加工工件；所述线激光传感器通过所述传感器夹具装载于所述机床的主轴末端；其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：

将在机测量系统的坐标系划分为传感器测量坐标系O_MX_MY_MZ_M、刀具坐标系O_CX_CY_CZ_C和工件坐标系O_PX_PY_PZ_P；其中，刀具坐标系和工件坐标系的三个坐标轴方向均与机床平移轴的移动方向平行；刀具坐标系的原点O_C在刀具控制点，工件坐标系的原点O_P为刀具控制点在工件台上X_P-Y_P平面的投影点；传感器测量坐标系X_M轴垂直于传感器的光平面，Y_M轴和Z_M轴与光平面平行；

以标准平面和标准球为测量对象，根据所述机床的多维平移信息和所述线激光传感器测得的距离信息计算所述线激光传感器的三维姿态，实现传感器测量坐标系向工件坐标系的转换；

利用所述传感器夹具采用并行调节的方式将所述线激光传感器的三维姿态调节至理想姿态。

2.根据权利要求1所述的一种在机测量系统中的线激光传感器位姿标定方法，其特征在于，所述线激光传感器测得的轮廓数据在工件坐标系中的表示如下：

其中，R₁和T₁表示传感器测量坐标系相对于刀具坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；R₂和T₂表示刀具坐标系相对于工件坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，由机床运动轴的读数和机床各轴间标定的参数获知；T₁通过比较某一标志点在传感器测量坐标系中的坐标与在刀具坐标系中的坐标得到。

3.根据权利要求1所述的一种在机测量系统中的线激光传感器位姿标定方法，其特征在于，所述线激光传感器的三维姿态的计算及调节过程包括以下步骤：

引入标准平面，调整标准平面姿态，直至其与所述机床的平移轴X轴和Y轴平行；

计算传感器测量坐标系Y_M轴与标准平面之间的夹角α_Y，调整所述线激光传感器姿态，直至夹角α_Y趋近于0°；

计算传感器测量坐标系Z_M轴与所述机床Z轴之间的夹角α_Z，调整所述线激光传感器姿态，直至夹角α_Z趋近于0°；

以标准球为测量对象，计算传感器测量坐标系X_M轴与所述机床X轴之间的夹角α_X，调整所述线激光传感器姿态，直至夹角α_X趋近于0°。

4.根据权利要求3所述的一种在机测量系统中的线激光传感器位姿标定方法，其特征在于，标准平面姿态的调节过程包括以下步骤：

将一个标准平面连同可调整其二维俯仰姿态的支撑平台一起放置于工件台上；对所述机床沿X轴移动位移s_X，计算获得移动前后所述线激光传感器某个像素点探测到的两个高度之间的差值h_DX，按照下式计算标准平面与机床X轴间的夹角θ_X：

调整标准平面的支撑平台的姿态，多次迭代直到θ_X趋近于0；同理，按照调整θ_X的方法调整标准平面与机床Y轴间的夹角θ_Y，多次迭代直到θ_Y趋近于0。

5.根据权利要求3所述的一种在机测量系统中的线激光传感器位姿标定方法，其特征在于，标准平面采用陶瓷表面，或采用在高精度光学平面元件上喷涂钛粉制成；标准球采用哑光陶瓷表面球体。