[发明专利]一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法

权利要求书

1.一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1：根据机床主轴定位角度，建立激光测量点运动学模型，形成以激光传感器安装位置和姿态为未知数的线性方程组；

S2：安装具有基准平面的标定工装；

S3：安装激光传感器并设置虚拟刀长；

S4：激光传感器以不同位姿测量基准平面，记录当前测量位姿下五轴数控机床各轴坐标和激光传感器测量值，形成以激光传感器安装位置和姿态为未知数的线性方程组；

S5：计算激光传感器安装位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，其特征在于：

S1具体为：建立与机床固联的加工坐标系{M}，其原点位于机床加工坐标偏置点，坐标轴方向与机床绝对坐标系一致；建立与刀具固联的刀具坐标系{T}，其原点位于刀尖点，坐标轴方向与机床坐标系{M}一致；建立与激光传感器固联的激光坐标系{L}，其原点位于测量参考零点，Z方向坐标轴与激光发射轴线一致，X/Y方向坐标轴任意选取。

3.根据权利要求2所述的一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，其特征在于：

激光坐标系{L}原点相对于刀具坐标系{T}的位置描述为

激光坐标系{L}的Z轴相对于刀具坐标系{T}的姿态描述为

在测量时，激光传感器测量读数为l，则激光测量点相对于机床坐标系{M}的位置^MP表示为

其中，为刀具坐标系{T}相对于机床坐标系{M}的位姿，由机床的运动学模型决定，此处的运动学模型需考虑机床主轴定位角度，式(8)为考虑机床主轴定位角度的激光测量点运动学模型；

将式(8)展开为线性方程组，表示为

AX＝B (4)

其中，X＝(δx,δy,δz,δi,δj,δk)^T是线性方程组的未知数，为6维列向量；A是线性方程组的系数矩阵，为3×6阶矩阵，可用五轴数控机床各旋转轴坐标和激光传感器测量读数表示；B是线性方程组的常数项，为3维列向量，用五轴数控机床各平动轴坐标和测量点坐标表示；

方程组中包含δx、δy、δz、δi、δj和δk共6个未知数，基于基准平面对激光传感器进行标定时，需要在6个以上不同机床位姿状态下对位置已知的基准平面进行测量，进而构造6个以上线性方程，通过解析或拟合方法求解方程组。

4.根据权利要求3所述的一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，其特征在于：

S2具体为：安装具有基准平面的标定工装，保证在加工坐标系下基准平面方程为已知量，表达为F(x,y,z)＝0；将基准平面设置为与五轴数控机床的主轴轴线垂直，确保基准平面的方程为已知量。

5.根据权利要求4所述的一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，其特征在于：

S3具体为：激光传感器通过刀柄安装至五轴数控机床主轴上，激光传感器光线沿五轴数控机床主轴轴线方向，激光传感器可随机床主轴旋转；设置虚拟刀长，虚拟刀长值为主轴端面到激光传感器测量参考零点理想位置的距离在机床主轴轴线方向上的投影长度；此时，虚拟刀尖点即为刀具坐标系{T}的原点。