[发明专利]一种转台回转中心的空间坐标确定方法

摘要

本发明提供了一种转台回转中心的空间坐标确定方法，该方法所基于的视觉坐标测量系统由工作台、转台、成像装置、姿态调整机构和三维移动桥架组成，具有三个直线运动轴X、Y、Z和一个回转运动轴A。该方法借助于由硬质合金钢制成的长方体标定块，并通过三维移动桥架的空间直线运动和转台的回转运动，完成不同角度位置处的标定块边缘的图像采集，同时记录各个直线运动轴的光栅尺读数，最后通过图像处理技术并结合标定块的厚度和高度尺寸，解算得到转台的回转中心在多轴视觉坐标测量系统的机器坐标系中的三维空间坐标。本发明原理简单、应用方便，解决了回转体零件的多轴视觉坐标测量中的关键问题，具有很大的可实施性和实际应用价值。

主权项

1.一种转台回转中心的空间坐标确定方法，该方法所基于的视觉坐标测量系统包括工作台(1)、转台(2)、成像装置(3)、姿态调整机构(4)和三维移动桥架(5)。该视觉坐标测量系统具有四个运动轴，分别为三个直线运动轴X、Y和Z以及一个回转运动轴A，并且X、Y和Z三个直线运动轴集成在一起，而回转运动轴A单独布置。所述视觉坐标测量系统的X、Y和Z三个直线运动轴的运动由三维移动桥架(5)实现，而回转运动轴A的运动由转台(2)实现。三维移动桥架(5)安装在工作台(1)上，X轴和Y轴的运动方向位于水平面内，而Z轴的运动方向位于竖直方向，并且符合右手定则；各个直线运动轴均配备有气浮导轨和光栅尺，以确保各个直线运动轴的运动平稳性和位移精度。姿态调整机构(4)安装在三维移动桥架(5)的Z轴的移动末端上，并将成像装置(3)固定在姿态调整机构(4)上，并且通过调节姿态调整机构(4)使成像装置(3)的成像光轴方向与三维移动桥架(5)的X轴方向平行。转台(2)的底座固定在工作台(1)上，并使转台(2)位于三维移动桥架(5)的Y轴行程的中间位置；转台(2)内置圆光栅尺，以实现各个转角位置的精确测量和反馈。所述视觉坐标测量系统的机器坐标系O‑XYZ为空间直角坐标系，其X、Y和Z坐标轴的方向分别与该系统的三个直线运动轴的方向相同，而原点O则位于视觉坐标测量系统的各个直线运动轴的回零位置；通过机械调整，使转台(2)的回转轴线(7)与视觉坐标测量系统的Z轴方向平行，即其在O‑XYZ中的单位方向向量为(0,0,1)。一种转台回转中心的空间坐标确定方法，其特征在于，该方法的步骤如下：步骤一、转台(2)转动到0°位置，将由硬质合金钢制成的长方体标定块(6)放置在转台(2)的台面上，并对标定块(6)的位置进行机械调整，使标定块(6)的厚度L所在的方向与机器坐标系O‑XYZ的X坐标轴方向平行，高度H所在的方向与机器坐标系O‑XYZ的Z坐标轴方向平行，调整好标定块(6)的位置后将标定块(6)固定；步骤二：由三维移动桥架(5)带动成像装置(3)对焦于标定块(6)的表面，然后沿着Y轴移动，使标定块(6)的一侧边缘出现在成像装置(3)的视场中，采集该边缘在视场中的图像，并记录此时X、Y两个直线运动轴的光栅尺读数为(X1,Y1)，再通过图像处理提取出图像中标定块(6)的该边缘在图像坐标系中的像素坐标，并计算出标定块(6)的该边缘的像素坐标与图像中心的像素坐标之间的像素距离la(单位：像素)，再与像素尺寸当量k(单位：毫米/像素)相乘，将像素距离la转化为物理距离a(单位：毫米)；a＝k·la步骤三：转台(2)转动到180°位置，由三维移动桥架(5)带动成像装置(3)对焦于标定块(6)的表面，然后沿着Y轴移动，使与步骤二中标定块(6)的那一侧边缘相对应的边缘出现在成像装置(3)的视场中，采集该边缘在视场中的图像，并记录此时X、Y两个直线运动轴的光栅尺读数为(X2,Y2)，再通过图像处理提取出图像中标定块(6)的该边缘在图像坐标系中的像素坐标，并计算出标定块(6)的该边缘的像素坐标与图像中心的像素坐标之间的像素距离lb(单位：像素)，再与像素尺寸当量k(单位：毫米/像素)相乘，将像素距离lb转化为物理距离b(单位：毫米)；b＝k·lb步骤四：通过L、H、(X1,Y1)、(X2,Y2)、a和b计算出转台(2)的回转中心OR在视觉坐标测量系统的机器坐标系O‑XYZ中的X0坐标和Y0坐标；步骤五：由三维移动桥架(5)带动成像装置(3)沿着Z轴向上移动，直到标定块(6)的上边缘出现在成像装置(3)的视场中，采集标定块(6)的上边缘在视场中的图像，并记录此时Z直线运动轴的光栅尺读数为Z3，再通过图像处理提取出图像中标定块(6)的上边缘在图像坐标系中的像素坐标，并计算出标定块(6)的上边缘的像素坐标与图像中心的像素坐标之间的像素距离lh(单位：像素)，再与像素尺寸当量k(单位：毫米/像素)相乘，将像素距离lh转化为物理距离h(单位：毫米)；h＝k·lh步骤六：通过H、Z3和h计算出转台(2)的回转中心OR在视觉坐标测量系统的机器坐标系O‑XYZ中的Z0坐标；Z0＝Z3‑h‑H。