[发明专利]一种基于非线性方程组的相贯双管装夹位姿的两点测定方法

摘要

本发明涉及一种基于非线性方程组的相贯双管装夹位姿的两点测定方法，本发明综合了数控测量、数学模型建立以及非线性方程求解。通过机床本身测量支管外壁上的两个任意点的机床坐标，并结合管组已知的相贯参数便可以求得管组的装夹位姿。此方法具有无需外部测量工具、所需测量点少、测定精度高等特点，大大缩短了相贯线自动焊接前的管组姿态调整准备时间，提高了作业效率。大大缩短了相贯线自动焊接前各未知参数测量的准备时间，以达到快速生成相贯管道焊接程序的目的，实现相贯线自动焊接过程的高效化。

主权项

一种基于非线性方程组的相贯双管装夹位姿两点测定方法，其特征在于，包括，步骤一：测量支管外壁上任意两个点的机床坐标；步骤二：将测量的两个点的机床坐标代入非线性方程组求得双管的装夹位姿参数；所述测量支管外壁上任意两个点的机床坐标的步骤包括，（1）在焊枪末端套装一尖锥金属物体作为测量头，或者用一尖头金属棒代替焊枪作为测量头，将测量头与外部数控系统组合成一数控测量系统，该数控测量系统计算并显示测量头尖端的实时机床坐标；（2）用测量头分别接触支管外壁上的两个测量点，并记录下两个测量点的机床坐标；所述两个测量点沿支管圆周方向的角度差在60°至120°之间；确定一个测量点的非线性方程的过程，包括步骤如下，（1）建立机床坐标系XYZ和支管坐标系XBYBZB，其中YB为支管中轴线，XB为支管中轴线与主管中轴线的公垂线，ZB由XB和YB根据右手法则确定，由支管坐标系到机床坐标系的齐次变换矩阵为（Ⅰ）其中:e为两管偏心距，α为支管倾斜角，δ为管组在主管轴线方向的位移，β为管组沿主管轴线的旋转角；（2）测得的支管外壁上一点在机床坐标系XYZ中的坐标为(x1, y1 ,z1)，该点在支管坐标系XBYBZB中的坐标为(xb, yb, zb)，则两组坐标满足以下关系（Ⅱ）其中：r为支管外壁的半径；（3）将齐次变换矩阵T的具体表达式（Ⅰ）代入公式（Ⅱ）的方程组，整理后得到以下方程：（Ⅲ）其中，δ与β为待求解的管组装夹位姿参数，其余参数均为常量；利用上述方法确定两个测量点坐标，并分别得到两个测量点的非线性方程，则两个测量点的非线性方程组的具体表达式为（Ⅳ）其中：(x1, y1, z1)和(x2, y2 ,z2)分别为两个测量点的机床坐标，r为支管外壁的半径，e为两管偏心距，α为支管倾斜角，δ为管组在主管轴线方向的位移，β为管组沿主管轴线的旋转角，δ和β为待求解参数。