[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

说明书

本发明属于数字化测量领域，具体涉及一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，包括如下步骤，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;安装具有基准平面的标定工装；安装激光传感器并设置虚拟刀长；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；计算激光传感器安装位置和姿态。本方法操作简单，计算量小，稳定可靠。

技术领域

本发明属于数字化测量领域，具体涉及一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法。

背景技术

在机测量在保持零件装夹位置不变的情况下，对零件的几何形貌进行测量，避免了零件的重复装夹等操作，从而避免了二次装夹误差的引入，也使得对加工误差的自适应补偿加工成为可能。以激光测量为代表的非接触式在机测量由于测量精度高、采样数据量大、测量速度快，在高精高效数控加工中的应用越来越广泛。但由于装配误差，激光传感器的安装位姿不可避免地会偏离理论位姿，直接影响到零件几何形貌的测量精度。因此，有必要对激光传感器的实际安装位姿进行标定。

现有技术通过专用的标定工装实现了点激光传感器的安装位姿标定。专利文献CN109341546 B中公开了一种点激光位移传感器在任意安装位姿下的光束标定方法，但该方法依赖于由正弦规和分度盘组成点激光位移传感器光束标定工装，操作复杂。

为了简化标定工装，部分文献基于标准球实现了点激光传感器的安装位置和姿态的标定。专利文献CN 114136212 A和CN 110186372 B中各公开了一种基于标准球的三坐标测量机点激光传感器光束方向的标定方法，而专利文献CN 109773686 B和CN 112461177 A中各公开了一种基于标准球的点激光位置和姿态标定方法。这类方法依赖于标准球来实现点激光传感器安装位姿的标定，一方面标定过程复杂，另一方面要在机床上实现标准球位置的高精度找正较为困难，可操作性差。

为了进一步简化标定过程，专利文献CN 110500978 B中公开了一种点激光传感器的光束方向矢量和零点位置在线标定方法，以一个标准侧平面为标定平面，以点激光传感器测量该标定平面，利用测量结果和五轴机床的坐标变换模型构造超静定线性方程组，通过求解该方程组实现激光光束方向矢量和零点位置的标定。方法中被测点的运动学模型仅考虑了机床的五个运动轴，而未考虑机床主轴的定位角度，因此在标定时仅能通过一个标准侧平面来进行标定作业。但在实际工程应用中，为了保证点激光传感器测量数值的准确性，点激光传感器光束与待测标定平面的夹角不应超过3°，使得五轴机床旋转轴运动角度较大，容易造成机床主轴部件与工作台的干涉，降低了该方法的可操作性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于平面的点激光传感器安装位姿标定方法，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。