[发明专利]大尺寸三轴自动调姿工装设计及操作方法

权利要求书

1.一种基于大尺寸三轴自动调姿工装的调姿方法，其特征在于，所述的大尺寸三轴自动调姿工装包括底座(Ⅰ)、A轴调整单元(Ⅱ)、B轴调整单元(Ⅲ)和C轴旋转单元(Ⅳ)；

所述的底座(Ⅰ)用于大尺寸三轴自动调姿工装与机床连接，实现工装的固定；

所述的A轴调整单元(Ⅱ)包括A轴伺服电机(1)、A轴传动机构(2)、A轴旋转平台(3)、支撑机构(4)和A轴锁紧机构(5)；

所述的A轴伺服电机(1)卧式安装；所述的A轴传动机构(2)主要由蜗杆(201)、蜗轮(202)、滚动轴承(203)和驱动齿轮(204)组成，蜗杆(201)与A轴伺服电机(1)的输出轴通过联轴器连接，经过蜗轮(202)和蜗杆(201)传动，实现运动变向；蜗轮(202)、滚动轴承(203)、驱动齿轮(204)同轴布置，实现运动传递；驱动齿轮(204)与A轴旋转平台(3)之间通过轮齿啮合带动A轴旋转平台(3)旋转；支撑机构(4)主要由销轴(401)和滚轮(402)组成，滚轮(402)用于支承A轴旋转平台(3)，实现A轴旋转平台(3)平稳转动；所述的A轴锁紧机构(5)由液压杆(501)和液压缸(502)组成，在A轴旋转平台(3)两端各布置两组，当A轴旋转平台(3)调整到指定位置，液压杆(501)伸出以及电磁抱闸将A轴旋转平台(3)锁紧，实现A轴旋转平台(3)锁定；

所述的B轴调整单元(Ⅲ)包括B轴电机安装板(6)、B轴伺服电机(7)、B轴传动机构(8)、B轴锁紧机构(9)和升降台(10)；

所述的B轴伺服电机(7)卧式安装于B轴电机安装板(6)上，提供驱动力；所述的B轴传动机构(8)主要由丝杠(801)和两个楔形滑块(802)组成，丝杠(801)两端通过轴承固定在B轴电机安装板(6)上，上方的楔形滑块(802)与升降台(10)通过销轴连接，下方的楔形滑块(802)随丝杠(801)运动，两楔形滑块(802)配合实现升降台(10)转动；在升降台(10)的一端设置两组B轴锁紧机构(9)，升降台(10)调整到指定位置，通过B轴锁紧机构(9)和电磁抱闸，实现升降台(10)位置锁定；

所述的C轴旋转单元(Ⅳ)包括C轴伺服电机(11)、法兰盘(12)、轴承(13)、C轴回转平台(14)和C轴锁紧机构(15)；

所述的C轴伺服电机(11)立式安装在C轴回转平台(14)上，提供驱动力；所述的法兰盘(12)与电机轴连接，实现C轴回转平台(14)转动；所述的C轴回转平台(14)位于底座(Ⅰ)上方、A轴旋转平台(3)下方，与底座(Ⅰ)通过轴承(13)相连；所述的C轴锁紧机构(15)主要由T形螺钉(151)和凹槽(152)组成，在C轴回转平台(14)的四个角各一组，通过旋紧螺钉和电磁抱闸，实现C轴回转平台(14)的锁紧；

所述调姿方法，基于双目视觉测量信息以及伺服电机精密调控，实现自动识别、自动调整；该工装自动进行姿态调整的具体步骤为：

第一步、检测工件姿态

通过双目视觉测量单元获取工件姿态，需要预先在加工工件两端分别设置两个视觉标记点，双目视觉测量单元移至工件的一端，移动至合适的位置，获取目标点A的坐标信息，再水平移动至另一端，获取同一端面另一个目标点B的坐标信息；然后移动至另一端面，以相同的方法获取另外两目标点C、D坐标信息；同时记录机床坐标系下相机在四个测量点的位置信息；

第二步、工件姿态解算

进行自动调整，需要进行坐标系转换，定义机床坐标系为(x₀，y₀，z₀)，工装坐标系(x₁，y₁，z₁)，视觉坐标系(x₂，y₂，z₂)；

首先将视觉坐标系(x₂，y₂，z₂)转换至机床坐标系(x₀，y₀，z₀)；设视觉坐标系的原点即双目视觉测量单元的位置在机床坐标系下的坐标为(a_1i，b_1i，c_1i)，则视觉坐标系下四点的坐标为：

A(x_A，y_A，z_A)，B(x_B，y_B，z_B)，C(x_C，y_C，z_C)，D(x_D，y_D，z_D)

式中，^A0P为A点在机床坐标系中的坐标，^A2P为A点在视觉坐标系中的坐标，a_1i，b_1i，c_1i分别为相机坐标系原点在机床坐标系下的坐标；

分别对四点坐标进行计算，点A、点B和点C、点D分别按照公式(1)和公式(2)计算，转换得到的新坐标：

A(x_A+a₁₁，y_A+b₁₁，z_A+c₁₁)，B(x_B+a₁₂，y_B+b₁₂，z_B+c₁₂)

C(a₁₃-x_C，y_C+b₁₃，z_C+c₁₃)，D(a₁₄-x_D，y_D+b₁₄，z_D+c₁₄)

式中，c₁₁、c₁₂相等，c₁₃、c₁₄相等，a₁₁、a₁₂相等，a₁₃、a₁₄相等；

机床坐标系(x₀，y₀，z₀)转换至工装坐标系(x₁，y₁，z₁)；工装坐标系的原点在机床坐标系的坐标为(a₂，b₂，c₂)，采用同样的方法，转换得到的新坐标：

A(x_A+a₁₁-a₂，y_A+b₁₁-b₂，z_A+c₁₁-c₂)

B(x_B+a₁₁-a₂，y_B+b₁₂-b₂，z_B+c₁₁-c₂)

C(a₁₃-x_C-a₂，y_C+b₁₃-b₂，z_C+c₁₃-c₂)

D(a₁₄-x_D-a₂，y_D+b₁₄-b₂，z_D+c₁₃-c₂)

通过坐标转换，即解算出各轴需要调整的角度，结果如下：

C轴：

B轴：

A轴：

式中，l为工件的长度，h_AC为A、C之间的高度差；

第三步、自动调整工装执行过程

通过工控机实现双目视觉测量单元和工装通信，建立连接；先进行C轴误差调整，调整到指定位置，通过C轴锁紧机构(15)将其固定；其次进行B轴误差调整，通过丝杠(801)与楔形滑块(802)，将平台调整至合适角度，通过B轴锁紧机构(9)锁定；最后调整A轴误差，通过A轴传动机构(2)，将A轴回转至合适位置，液压杆(501)伸出将平台锁定，工装调整至合适位置。