[发明专利]一种在机激光测量中测头位姿的线性化标定方法

摘要

本发明公开了一种在机激光测量中测头位姿的线性化标定方法，包括如下步骤：建立激光测头随机床运动的测量模型，通过离线生成机床运动程序，使机床带动测头对标准球进行多角度扫描来拟合球心，得到标准球球心在多个机床转角下与测头安装位姿关系的线性方程组，求解方程组即可得到测头安装位姿参数，而不需要将标定问题表达为带约束的非线性优化问题，避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。

主权项

1.一种在机激光测量中测头位姿的线性化标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、预设测头扫描路径；步骤二、生成机床NC驱动指令：转动机床旋转轴，使激光测头保持在某个姿态下，再根据预设的测头扫描路径与标准球球心之间位置关系计算出测量路径位置，并生成驱动机床的NC驱动指令；步骤三、数据采集：机床带动测头沿预设扫描路径对标准球扫描，采集激光测头测量值为d_i时所对应的机床主轴平移坐标系下k个机床读数其中，所述测头测量值d_i为测头到标准球球面上某一点的距离值，且可以任意给定，但需要保证d_i在测头测量景深范围内；步骤四、最小二乘法拟合球心S₁：针对步骤三采集的主轴平移坐标系下机床读数用最小二乘算法拟合对应于测头测量值d_i的球心S₁；步骤五、建立在机激光测量的数学模型：根据所使用机床结构的不同，测量数学模型会有所差异，但原理相似，都是通过机床的旋转与平移运动来测量空间某一点,一般性数学模型为：其中，P为机床空间上任意一点坐标，R_AC为机床旋转矩阵为测头的光束方向，为测头的光学零点安装偏心，Q为机床平移运动读数，因此，标准球球心S₀与步骤四中拟合的机床读数球心S₁满足此数学模型，整理成线性方程形式：其中，I为3×3的单位矩阵,d为激光测头测量值；步骤六、获得测头位姿的标定结果：通过多次改变测头在机床上的姿态，按顺序重复步骤二至步骤四，将多次拟合的球心S₁分别带入线性方程，建立线性方程组，获得S₀、的最优解。