【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種零件輔助裝夾方法，具體涉及三維點云數據采集和處理領域，尤其涉及測量系統標定、光柵條紋三維掃描。
技術介紹
1、在使用數控機床加工零件時，首先需要確定毛胚件在機床坐標系下的位置，才能進行刀具移動路徑的規劃。如果毛胚件的裝夾位置定位不準，就可能出現加工余量不足等問題；同時，如果定位耗時過長，也會嚴重影響數控機床的加工效率。為提高數控機床加工的質量和效率，有必要采用零件輔助裝夾的方法，快速地向機床提供毛胚件地準確裝夾位置信息。
2、目前的輔助裝夾方法主要依靠機床上安裝的接觸式測頭檢測毛胚件的表面是否與機床坐標系的某一坐標軸平行，如果不平行，則旋轉毛胚件再次檢測，直到毛胚件表面與機床坐標系的坐標軸平行為止。這種方法獲取的數據量小、效率低下，并且只適用于規則形狀的毛胚件。
技術實現思路
1、為了解決傳統輔助裝夾方法效率低下、適用范圍小的問題，本專利技術公開了一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，該方法利用標志點和球標準器實現測量坐標系相對于機床坐標系的標定，并通過對毛胚件表面點云的測量和坐標變換、以及設計模型的配準，實現機床刀具加工路徑的規劃，包括以下步驟：
2、(1)標定測量坐標系相對于機床坐標系的旋轉矩陣。
3、首先將三維測量系統固定在機床上，保持其位姿相對于機床不變，然后在機床軸上粘貼回光反射標志點，利用三維測量系統對標志點拍照，根據雙目立體視覺的原理即可計算出標志點在測量坐標系下的三維坐標。控制機床軸分別沿著機床坐標系下的x、y、z
4、(2)標定測量坐標系相對于機床坐標系的平移向量。
5、繼續保持三維測量系統相對于機床的位姿不變，在機床上固定球標準器，分別用三維測量系統和機床接觸式測頭測量球標準器的表面點云并擬合球面，得到測量坐標系和機床坐標系下的球心坐標分別為x_1和x_2，據此計算兩個坐標系原點之間的平移向量t＝x_1-r·x_2。
6、(3)進行三維測量，獲取測量坐標系下待加工毛胚件的表面點云。
7、三維測量系統由兩個相機和一個相位條紋投射器組成，投射器向待測零件表面投影多個亮度下的多頻相移正弦光柵條紋，每個亮度下選擇使用多個不同頻率的條紋，每個頻率下投影n幅相位相差2π/n的豎直條紋圖，每次投影時觸發三維測量系統的左、右相機拍照，通過相位解算和相位展開得到被投影零件表面的連續相位圖后，再根據雙相機之間的極線約束關系進行同名點匹配和三維重建，得到待加工毛胚件表面的三維點云數據。
8、(4)根據毛胚件位置及零件設計模型確定刀具的移動路徑。
9、假設測量坐標系下的毛胚件表面一點的坐標為p_1，對應的機床坐標系下的點坐標為p_2，根據兩坐標系之間的旋轉矩陣r和平移向量t，則有p_2＝r^(-1)·(p_1+t)。將測量坐標系下的毛胚件表面點云變換到機床坐標系下，并將零件的cad設計模型配準到變換后的毛胚件表面點云內部，根據配準后零件cad設計模型的位置規劃數控機床刀具的移動路徑。
10、本專利技術主要利用了毛胚件的三維點云及各坐標系之間轉換關系實現了零件設計模型坐標系和機床坐標系的統一，操作簡單，適用范圍廣，具有很好的穩定性和重復性，可以輔助毛胚件的裝夾，有效提高數控機床加工零件的效率和可靠性。
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1.一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于通過三維測量系統實現零件設計模型坐標系到機床坐標系的轉換，從而規劃刀具移動路徑，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于：所述的(1)將三維測量系統的位姿相對于機床坐標系固定，在機床運動軸上粘貼回光反射標志點，控制機床分別沿機床坐標系的X、Y、Z軸平移標志點，沿每個軸移動前后用三維測量系統測量標志點位置變化，從而得到測量坐標系下機床坐標系三個軸的方向向量nx、ny及nz，據此計算兩個坐標系之間的旋轉矩陣R＝[nx，ny，nz]。
3.根據權利要求1所述的一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于：所述的(2)保持三維測量系統的位姿相對于機床坐標系固定，在機床上裝夾球形標準器，分別使用三維測量系統和機床接觸式測頭測量球標準器的表面點云數據并擬合球面，得到兩個坐標系下的球心坐標分別為x1和x2，據此計算兩個坐標系原點之間的平移向量T＝x1-R·x2。
4.根據權利要求3所述的一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于：所述的(3)使用了由雙目相機
5.根據權利要求1所述的一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于：所述的(4)假設測量坐標系下的毛胚件表面一點的坐標為p1，對應的機床坐標系下的點坐標為p2，根據兩坐標系之間的旋轉矩陣R和平移向量T，有p2＝R-1·(p1+T)，據此將測量坐標系下的毛胚件表面點云轉換到機床坐標系下，并將零件的CAD設計模型配準到毛胚件表面點云內部，根據配準后零件的CAD設計模型的位置規劃數控機床刀具的移動路徑。
...【技術特征摘要】
1.一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于通過三維測量系統實現零件設計模型坐標系到機床坐標系的轉換，從而規劃刀具移動路徑，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于：所述的(1)將三維測量系統的位姿相對于機床坐標系固定，在機床運動軸上粘貼回光反射標志點，控制機床分別沿機床坐標系的x、y、z軸平移標志點，沿每個軸移動前后用三維測量系統測量標志點位置變化，從而得到測量坐標系下機床坐標系三個軸的方向向量nx、ny及nz，據此計算兩個坐標系之間的旋轉矩陣r＝[nx，ny，nz]。
3.根據權利要求1所述的一種基于三維測量的零件輔助裝夾方法，其特征在于：所述的(2)保持三維測量系統的位姿相對于機床坐標系固定，在機床上裝夾球形標準器，分別使用三維測量系統和機床接觸式測頭測量球標準器的表面點云數據并擬合球面，得到兩個坐標系下的球心坐標分別為x1和x2，據此計算兩個坐標系原點之間的平移向量t＝x1-r·x2。
4....
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙慧潔，李旭東，麻兆元，姜宏志，
申請(專利權)人：北京航空航天大學青島研究院，
類型：發明
國別省市：
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