CN110006370B - 多轴研磨装置的同轴度自动标定方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法、装置和多轴研磨系统，上述方法包括：控制激光反射装置沿三坐标直线电机模组的各移动导轨移动，控制激光跟踪仪配合激光反射装置，获取三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的直线建立参考坐标系；将激光反射装置置于研磨机的研磨棒，控制研磨棒旋转并利用激光跟踪仪获取研磨棒的旋转平面和位于旋转平面上的旋转中心，并获得旋转平面上过旋转中心的法向量；获取法向量与参考坐标系各轴的夹角，以夹角进行研磨棒相对于三坐标直线电机模组的校正。上述方法能够实现精准的测量与追踪，并克服传统人工操作机器标定的繁琐流程和人工操作带来的标定误差，能显著提升标定精度。

Description

多轴研磨装置的同轴度自动标定方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及自动化精密制造加工中阀套内孔研磨技术领域，更具体地说，涉及一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法和装置。此外，本发明还涉及一种包括上述多轴研磨装置的同轴度自动标定装置的多轴研磨系统。

背景技术

随着自动化加工技术的发展越来越完善，高精密自动化加工已广泛应用于航空、航天、汽车和高铁等领域的各类高精密零部件的加工，并逐渐取代传统人工作业方式，实现高精密零部件自动化生产，大大提升了加工的质量和效率。

为了保证良好的加工精度，需要对加工装置具体加工位置进行标定，得出加工零件在加工装置的坐标系中的具体位置。

然而，现阶段阀套研磨工作大多为人工作业，传统人工进行标定的过程繁琐且操作难度大，对操作人员的技术水平要求很高，容易造成精度低等问题。

综上所述，如何实现加工装置自动化的精准标定，从而避免减少手动操作带来的不准确性，成为自动化精密制造加工领域很重要的研究方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法和装置，该方法能够实现加工装置的自动化标定，避免人工操作，提升标定操作的准确性。

本发明的另一目的是提供一种包括上述多轴研磨装置的同轴度自动标定装置的多轴研磨系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，应用于多轴研磨装置，所述多轴研磨装置包括三坐标直线电机模组和研磨机；所述多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，包括：

控制激光反射装置沿三坐标直线电机模组的各移动导轨移动，控制激光跟踪仪配合所述激光反射装置，获取所述三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的所述直线建立参考坐标系；

将所述激光反射装置置于所述研磨机的研磨棒，控制所述研磨棒旋转并利用所述激光跟踪仪获取所述研磨棒的旋转平面和位于所述旋转平面上的旋转中心，并获得所述旋转平面上过所述旋转中心的法向量；

获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角，以所述夹角进行所述研磨棒相对于所述三坐标直线电机模组的校正。

优选的，所述控制激光跟踪仪配合所述激光反射装置，获取所述三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的所述直线建立参考坐标系，包括：

依次控制所述激光跟踪仪获取在各所述移动导轨上的所述激光反射装置的点位置，依次对各所述移动导轨上至少三个所述点位置进行拟合，得到对应的所述移动导轨所在直线；

将三个所述移动导轨的所在直线进行建模，得到所述参考坐标系。

优选的，利用所述激光跟踪仪获取所述研磨棒的旋转平面和位于所述旋转平面上的旋转中心，并获得所述旋转平面上过所述旋转中心的法向量，包括：

控制所述激光跟踪仪获取所述研磨棒上一点的旋转轨迹坐标，通过所述旋转轨迹坐标拟合旋转平面和旋转中心，通过所述拟合旋转平面和所述旋转中心得到所述旋转平面的法向量；

获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角，包括：

根据公式获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角θ，

其中，

为所述旋转平面的法向量，

为所述参考坐标系的向量。

优选的，所述校正之后还包括：

将激光反射装置置于所述三坐标直线电机模组Z轴末端抓夹上，控制所述三坐标直线电机模组在预设点之间重复移动预设次数，并获取所述激光反射装置的坐标，得到重复定位精度；

判断重复定位精度是否满足预设条件，如果否，则返回重新建立参考坐标系。

优选的，所述获取所述激光反射装置的坐标，得到重复定位精度，包括：

获取n个所述激光反射装置的测试点的坐标值，得到重复定位精度RP_l，

其中，

X_j、Y_j、Z_j分别为第j个点的X、Y、Z轴的坐标，n为测试点个数。

一种多轴研磨装置的同轴度自动标定装置，包括：

激光跟踪仪、激光反射装置和用于控制三坐标直线电机模组或研磨棒工作的控制器；

坐标建立模块，用于控制所述激光跟踪仪配合设置在所述三坐标直线电机模组上的所述激光反射装置，获取所述三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的所述直线建立参考坐标系；

研磨棒旋转平面获取模块，用于在所述研磨棒旋转时、控制所述激光跟踪仪配合设置在所述研磨棒的所述激光反射装置，获取所述研磨棒的旋转平面和位于所述旋转平面上的旋转中心，并获得所述旋转平面上过所述旋转中心的法向量；

角度获取模块，用于获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角，并将所述夹角发送给所述研磨棒的电机轴，以便所述电机轴进行角度校正。

优选的，所述坐标建立模块包括：

获取单元，用于依次控制所述激光跟踪仪获取在各所述移动导轨上的所述激光反射装置的点位置，依次对各所述移动导轨上至少三个所述点位置进行拟合，得到对应的所述移动导轨所在直线；

建模单元，用于将三个所述移动导轨的所在直线进行建模，得到所述参考坐标系。

优选的，所述研磨棒旋转平面获取模块包括：

坐标获取单元，用于控制所述激光跟踪仪获取所述研磨棒上一点的旋转轨迹坐标；

拟合单元，用于通过所述旋转轨迹坐标拟合旋转平面和旋转中心，通过所述拟合旋转平面和所述旋转中心得到所述旋转平面的法向量；

角度获取模块包括：

计算单元，与所述拟合单元连接，用于获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角θ，

其中，

为所述旋转平面的法向量，

为所述参考坐标系的向量。

优选的，还包括校验模块，所述检验模块用于在所述角度获取模块将所述夹角发送给电机轴进行角度校正后，控制所述三坐标直线电机模组在预设点之间重复移动预设次数，获取n个所述激光反射装置的测试点在移动过程中的坐标值，得到重复定位精度RP_l，判断所述重复定位精度是否满足预设条件，如果否，则返回重新建立参考坐标系；

其中，

X_j、Y_j、Z_j分别为第j个点的X、Y、Z轴的坐标，n为测试点个数。

一种多轴研磨系统，包括三坐标直线电机模组和研磨机，还包括上述任一项所述的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置。

本发明提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法和装置能够利用激光跟踪仪和激光反射装置配合，建立三坐标直线电机模组的参考坐标系，获得研磨棒的旋转轴的空间向量，并将该向量与参考坐标系比较得到二者的夹角，控制研磨机或三坐标直线电机模组进行调整，以使得研磨棒的旋转轴与三坐标直线电机模组所在的参考坐标系保持统一。

上述方法通过激光跟踪仪和激光反射装置配合，能够实现精准的测量与追踪，并可以通过自动的控制，克服传统人工操作机器标定的繁琐流程和人工操作带来的标定误差，能显著提升标定精度。

本申请还提供了一种包括上述多轴研磨装置的同轴度自动标定装置的多轴研磨系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的多轴研磨系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的三坐标直线电机模组的结构示意图；

图3为本申请所提供的研磨机的结构示意图；

图4为阀套抓手的结构示意图；

图5为本申请所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法的流程图；

图6为本申请所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置的示意图。

图1-6中：

1-直线电机桁架机器人，2-六轴机器人，3-自动换刀电主轴，4-阀套抓手，5-阀套自动供料机构，6-研磨棒自动供料机构，7-研磨棒自动装/卸载机构，8-自动涂研磨膏机构，9-成品下料盒，10-研磨棒；

11-X轴移动导轨，12-Y轴移动导轨；

41-激光反射装置固定件，42-安装板，43-安装定位孔，44-固定安装件，45-调整装置；

101-控制器，102-三坐标直线电机模组，103-研磨棒，104-激光反射装置，105-激光跟踪仪，106-坐标建立模块，107-研磨棒旋转平面获取模块，108-角度获取模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法和装置，该方法能够实现加工装置的自动化标定，避免人工操作，提升标定操作的准确性。

本发明的另一核心是提供一种包括上述多轴研磨装置的同轴度自动标定装置的多轴研磨系统。

请参考图1至图5，图1为多轴研磨系统的结构示意图；图2为三坐标直线电机模组的结构示意图；图3为研磨机的结构示意图；图4为阀套抓手的结构示意图，图5为本申请所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法的流程图。

本申请提供了一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，主要应用于多轴研磨装置，多轴研磨装置包括三坐标直线电机模组和研磨机；多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，包括：

步骤S1、控制激光反射装置沿三坐标直线电机模组的各移动导轨移动，控制激光跟踪仪配合激光反射装置，获取三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的直线建立参考坐标系。

步骤S2、将激光反射装置置于研磨机的研磨棒，控制研磨棒旋转并利用激光跟踪仪获取研磨棒的旋转平面和位于旋转平面上的旋转中心，并获得旋转平面上过旋转中心的法向量。

步骤S3、获取法向量与参考坐标系各轴的夹角，以夹角进行研磨棒相对于三坐标直线电机模组的校正。

需要说明的是，多轴研磨装置通常情况下包括三坐标直线电机模组和研磨机，上述方法的目标就是调节研磨机的研磨棒与三坐标直线电机模组的同轴度。

多轴研磨装置通常包括直线电机桁架机器人1、六轴机器人2、自动换刀电主轴3、阀套抓手4、阀套自动供料机构5、研磨棒自动供料机构6、研磨棒自动装/卸载机构7、自动涂研磨膏机构8以及成品下料盒9。

具体结构可以参考附图1，其中直线电机桁架机器人1具体可以包括三坐标直线电机模组，三坐标直线电机模组包括沿X、Y、Z三个坐标轴的移动导轨，三坐标直线电机模组上可以用于放置工件，通过三坐标直线电机模组的移动，工件可以在三个坐标轴上实现移动。

步骤S1中，控制激光反射装置沿三坐标直线电机模组的X轴移动导轨11移动，控制激光跟踪仪对激光反射装置的反射光线进行捕捉，可以直接捕捉激光反射装置的两个或至少两个点坐标，从而得到激光反射装置的位置，在激光反射装置的沿X轴移动导轨11移动过程中，获取激光反射装置所在位置，从而得到上述X轴移动导轨11所在直线。通过将激光反射装置安装在Y轴移动导轨12或Z轴移动导轨，同理可以得到Y轴移动导轨12和Z轴移动导轨所在直线，此处不再赘述。获取到三个坐标轴所在直线后，可以将坐标轴直线建立为参考坐标系。

可选的，并不需要将激光反射装置改为设置在Y轴移动导轨12和Z轴移动导轨上进行位置的获取，可以将激光反射装置始终放置在X轴移动导轨11上，仅通过控制不同的导轨进行移动，从而获得不同导轨的直线位置。

可选的，上述激光跟踪仪也可以捕捉激光反射装置的连续位置，连续位置可以通过拟合的方式得到导轨所在的直线，本申请中将导轨看作为直线，其延伸方向上的偏差忽略不计。

需要说明的是，步骤S1中可以将同一个激光反射装置分别三次置于不同的导轨(X轴移动导轨11、Y轴移动导轨12和Z轴移动导轨)上进行测量，或者将三个激光反射装置设置在不同的导轨上，在获取不同导轨所在直线时，并不需要拆除原激光反射装置。

步骤S2中，将激光反射装置设置在研磨棒上，可以设置在任意进行研磨的位置，研磨棒在工作时进行旋转，从而激光反射装置会进行平面圆周运动，平面圆周运动所在平面即为旋转平面。由于激光反射装置设置位置的不同，研磨棒工作过程中会有多个相互平行的旋转平面，其法向量是相同的。

控制研磨棒旋转过程中，利用激光跟踪仪与研磨棒上设置的激光反射装置配合，能够获取旋转过程中研磨棒上一点的旋转平面，该旋转平面与研磨棒上所有点的旋转平面均平行。获取旋转平面的同时，通过激光反射装置形成的圆形轨迹得到圆形轨迹的中心，即旋转中心，通过旋转平面和旋转中心得到旋转平面的法向量。法向量为垂直于旋转平面的向量，且通过上述旋转中心。法向量能够反映当前坐标系下研磨棒的旋转中心轴的位置和方向。

步骤S3中，通过将法向量置于坐标系中，与三个坐标轴进行比较，得到相对于三个坐标轴的夹角，对研磨棒进行关于该夹角的角度调整，即使得研磨棒沿法向量进行校正。

通过上述步骤S1-S3，利用激光跟踪仪和激光反射装置配合，建立三坐标直线电机模组的参考坐标系，获得研磨棒的旋转轴的空间向量，并将该向量与参考坐标系比较得到夹角，控制研磨机进行调整，以使得研磨棒的旋转轴与参考坐标系保持统一。

本发明通过利用激光跟踪仪分别对研磨电机的研磨棒和三坐标直线电机模组进行标定，得到研磨位置的精确坐标，获取研磨棒的旋转平面的法向量与三坐标直线电机模组XYZ轴的夹角，得出研磨机的偏移角度。并控制校正电机轴的偏转角度完成自动标定过程。

上述方法通过激光跟踪仪和激光反射装置配合，能够实现精准的测量与追踪，并可以通过自动的控制，克服传统人工操作机器标定的繁琐流程和人工操作带来的标定误差，能显著提升标定精度。

在上述实施例的基础之上，步骤S1中，控制激光跟踪仪配合激光反射装置，获取三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的直线建立参考坐标系，包括：

步骤S11、依次控制激光跟踪仪获取在各移动导轨上的激光反射装置的点位置，依次对各移动导轨上至少三个点位置进行拟合，得到对应的移动导轨所在直线。

步骤S12、将三个移动导轨的所在直线进行建模，得到参考坐标系。

与上述实施例相似的是，步骤S11中，通过在三个移动导轨上设置激光跟踪仪进行位置的获取，需要说明的是，激光反射装置的移动可以为通过控制器控制激光反射装置在移动导轨上移动，当然，也可以为控制器控制三坐标直线电机模组工作，以使激光反射装置移动。

三坐标直线电机模组为具有移动导轨的装置，具体可以为在X轴移动导轨11上设置X滑动块，在X滑动块上设置Y轴导轨，在Y轴移动导轨12上设置Y滑动块，在Y滑动块上设置Z轴移动导轨，在Z轴移动导轨上设置Z滑动块，用于安装工件。因此可以将激光反射装置设置在任意一个滑动块上，通过三坐标直线电机模组的控制器控制任意滑块的移动，或者控制任意滑轨的移动。

本实施例中可以选用在移动过程中的三个点位置进行拟合得到移动导轨所在的直线，也可以通过获取连续的多个点，并将多个点拟合成完整的直线。考虑到移动导轨为直线型滑轨的设置，可以仅选用通过三个点实现直线的拟合。

步骤S12中，将获得的三个移动导轨所在的直线进行合成，从而得到三维的参考坐标系，参考坐标系包括三个直线，三个直线相互垂直。

在上述实施例的基础之上，步骤S2中，利用激光跟踪仪获取研磨棒的旋转平面和位于旋转平面上的旋转中心，并获得旋转平面上过旋转中心的法向量，包括：

步骤S21、控制激光跟踪仪获取研磨棒上一点的旋转轨迹坐标，通过旋转轨迹坐标拟合旋转平面和旋转中心，通过拟合旋转平面和旋转中心得到旋转平面的法向量。

另一方面，获取法向量与参考坐标系各轴的夹角，包括：

步骤S31、根据公式获取法向量与参考坐标系各轴的夹角θ，

其中，

为旋转平面的法向量，

为参考坐标系的向量。

步骤S21中，需要说明的是，上述提到的研磨棒上一点，可以为研磨棒上非旋转中心的任意一点。将激光反射装置设置在该点上，控制研磨棒进行旋转，激光反射装置进行旋转，旋转过程中，通过激光跟踪仪获取激光反射装置的若干个点位置，以便得到旋转圆轨迹，因为旋转圆轨迹一定为平面圆，可以通过旋转圆轨迹得到旋转平面和旋转中心，并通过拟合旋转平面和旋转中心得到旋转平面的法向量。法向量用于表示旋转的轴线方向。

步骤S31中，需要说明的是，

为参考坐标系的向量，上述步骤中得到的参考坐标系与空间的基准坐标系具有角度的偏移，可以用

表示相对的偏移向量。具体地，在建立参考坐标系时，得到参考坐标系与空间基准坐标系具有偏移，偏移量用向量

表示。

相对应的，法向量也与空间的基准坐标系具有偏移，可以用向量

表示。

而法向量与参考坐标系的相对偏移量可以通过

和

进行拟合，获得上述根据公式获取法向量与参考坐标系各轴的夹角θ，就是由向量

转至

的转动角。

本实施例中，通过以法向量和参考坐标系获得二者之间的夹角，并利用该夹角控制研磨机转轴的空间转动，即控制研磨棒的空间转动，以实现位置的校正。

在上述实施例的基础之上，步骤S3中的校正操作之后还可以包括以下步骤：

步骤S4、将激光反射装置置于三坐标直线电机模组Z轴移动导轨末端抓夹上，控制三坐标直线电机模组在预设点之间重复移动预设次数，并获取激光反射装置的坐标，得到重复定位精度。

步骤S5、判断重复定位精度是否满足预设条件，如果否，则返回重新建立参考坐标系。

需要说明的是，重复定位精度的计算，一般方法是在靠近各坐标行程的中点及两端的任意三个位置进行测定，每个位置均通过移动定位操作，在相同的条件下控制进行重复多次的定位，并在定位过程中测出定位点的坐标值，并求出坐标值读数的最大差值。以三个位置中最大差值的1/2，作为该坐标的重复定位精度，能够用于反映轴运动精度稳定性。

现有技术中针对进行重复定位精度的操作方式有很多，本实施例的目的在于说明采用计算重复定位精度的方式，判断当前的校正效果是否满足需要，若不满足于需要，则可返回，并重新进行标定。

在上述实施例的基础之上，获取激光反射装置的坐标，得到重复定位精度的步骤，具体包括以下步骤：

获取n个激光反射装置的测试点的坐标值，得到重复定位精度RP_l，

其中，

X_j、Y_j、Z_j分别为第j个点的X、Y、Z轴的坐标，n为测试点个数。其中，j的取值范围为1≤j≤n的正整数。

需要说明的是，本实施例中提供了一种具体的计算重复定位精度的方式。

首先，将激光反射装置固定于三坐标直线膜组Z轴移动导轨上，可以通过控制三坐标直线膜组实现激光反射装置的Z轴方向上的移动，需要说明的是，上述Z轴移动导轨并不限定为竖直方向上的坐标轴，其可以为任意方向。

接着，在Z轴移动导轨上任选两个点A和B，控制激光反射装置在A、B点之间进行往复运动，并在往复运动过程中，利用激光反射装置和激光跟踪仪配合获取两个点的坐标值。

然后，依次通过第j个点的坐标值(X_j，Y_j，Z_j)计算重复定位精度，如上述公式，当计算结果均满足于预设的重复定位精度的目标值时，可以认为步骤S3中的校正以达到要求，否则需要返回步骤S1进行再次的自动标定。

本申请提供的同轴度自动标定方法的一个具体的实施例中，具体包括以下步骤：

步骤1、将激光反射装置分别放置于三坐标直线电机模组上，同时利用激光跟踪仪得到各单轴上的点并拟合成直线，建立XYZ轴参考坐标系。

具体地，将激光反射装置分别放置于三坐标直线电机模组的移动导轨上，三坐标直线电机模组如图2所示，使三坐标直线电机模组各单轴分别运动，同时利用激光跟踪仪得到各单轴上的点，通过两点或多点拟合成各轴所在的直线，分别以拟合得到的直线为XYZ轴建立参考坐标系，三坐标直线电机模组的三个滑轨方向分别代表了X、Y和Z轴方向。

步骤2、将激光反射装置固定于研磨棒上，利用激光跟踪仪得到研磨电机旋转中心的点，同时得到旋转平面的法向量。

将激光反射装置固定于研磨棒上，使研磨电机旋转，研磨电机及研磨棒如图3所示，利用激光跟踪仪得到以旋转中心为圆心的圆周上的点，同时得到圆心位置和旋转平面。

在步骤S2中，将激光反射装置通过机械定位固定在研磨棒上，当研磨电机旋转时，利用激光跟踪仪获得激光反射装置的位置，从而得到以旋转中心为圆心的圆周上的各点坐标，再将各点拟合成圆周以得到圆心位置和旋转平面，通过圆心和旋转平面得到该平面的法向量。

步骤3、得到该旋转平面的法向量分别与XYZ轴的夹角，得出研磨电机轴的需要进行的偏转角度，控制研磨棒的电机轴或三坐标直线电机模组进行校正，从而完成标定。

步骤4、将激光反射装置固定于三坐标直线电机模组Z轴移动导轨末端夹爪上，让夹爪进行重复定位运动，计算得到三坐标直线电机模组的重复定位精度。

将激光反射装置固定于三坐标直线电机模组Z轴移动导轨末端夹爪上，直线电机模组Z轴移动导轨末端夹爪如图4所示，使三坐标模组在两点之间重复移动，同时利用激光跟踪仪得到两点的坐标。最后利用公式得出三坐标直线电机模组的重复定位精度。

可选的，重复定位精度在0.001mm以内完全能够满足阀套研磨的精度要求。

本实施例中采用计量重复定位精度的方式验证自动标定过程的准确性，消除可能存在的不准确性。针对上述重复定位精度的方式还可以参考现有技术。

除了上述各个实施例中所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，本申请还提供了一种多轴研磨装置的同轴度自动标定装置，该装置用于实现上述多轴研磨装置的同轴度自动标定方法。

请参考图6，图6为本申请所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置的示意图。

同轴度自动标定装置在结构上主要包括：激光跟踪仪105、激光反射装置104、用于控制三坐标直线电机模组或研磨棒工作的控制器101、坐标建立模块106、研磨棒旋转平面获取模块107和角度获取模块108。

坐标建立模块106用于控制激光跟踪仪105配合设置在三坐标直线电机模组102上的激光反射装置104，获取三坐标直线电机模组102各轴所在直线，并以各轴对应的直线建立参考坐标系。

研磨棒旋转平面获取模块107用于在研磨棒103旋转时、控制激光跟踪仪105配合设置在研磨棒103的激光反射装置104，获取研磨棒103的旋转平面和位于旋转平面上的旋转中心，并获得旋转平面上过旋转中心的法向量。

角度获取模块108用于获取法向量与参考坐标系各轴的夹角，并将夹角发送给研磨棒103的电机轴，以便电机轴进行角度校正。

需要说明的是，上述各个模块和装置均用于实现上述方法中的各个步骤，因此，需要根据方法中的控制关系和数据传递的途径进行物理上的连接和信号上的连接。

具体地，本实施例中可以包括一个激光跟踪仪105和若干个激光反射装置104，若包括一个激光反射装置104，则需要设置控制装置，对激光反射装置104的位置进行自动调整，需要激光反射装置104设置在三坐标直线电机模组102上时，控制装置自动控制将激光反射装置104物理安装并固定在三坐标直线电机模组102一个移动导轨上，当需要激光反射装置104设置在研磨棒103上时，控制装置自动控制将激光反射装置104物理安装并固定在研磨棒103的非转动中心位置上。若上述结构包括若干个激光反射装置，则可以将激光反射装置104分别安装在三坐标直线电机模组102的各个移动导轨上以及研磨棒103上，避免进行移动安装，在使用时需要控制激光跟踪仪105的获取对象，避免获取错误。

上述控制器101用于控制三坐标直线电机模组102或研磨棒103的移动和启停，具体可以为多轴研磨装置的控制器。

坐标建立模块与激光跟踪仪连接，控制激光跟踪仪105工作，实现三坐标直线电机模组102的坐标系建立，坐标建立模块具体完成上述方法中步骤S1中的操作。

研磨棒旋转平面获取模块107与激光跟踪仪105连接，控制激光跟踪仪105工作，实现研磨棒103的法向量的建立，研磨棒旋转平面获取模块107具体完成上述方法中步骤S2的操作。

角度获取模块108与坐标建立模块106、研磨棒旋转平面获取模块连接107，用于接收上述建立的参考坐标系以及法向量，并根据二者与绝对坐标系的关系得到二者的空间夹角，该夹角可以用作控制研磨棒103的电机轴进行转动校正，从而实现研磨棒103与三坐标直线电机模组102的同轴设置。

以上各部分的操作可以参考上述方法部分的说明书，需要说明的是，激光跟踪仪105、激光反射装置104、坐标建立模块106、控制器101、研磨棒旋转平面获取模块107和角度获取模块108均可以与控制装置连接，该控制装置为中央控制装置，用于实现对上述装置和模块的自动化控制。

可选的，由于需要调整的是三坐标直线电机模组102和研磨棒的相对位置，因此本申请中的校正过程也可以为对三坐标直线电机模组102的校正，通过调整三坐标直线电机模组102的空间位置实现校正。

本申请提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置能够通过自动化的方式控制激光跟踪仪105、激光反射装置104获取需要同轴设置的三坐标直线电机模组102和研磨棒103的空间位置，并为其建立对应的坐标系和法向量，通过将二者的空间坐标进行比较，得到二者的空间夹角，从而以夹角为控制依据控制三坐标直线电机模组102或研磨棒的电机轴进行校正，能够实现精准度高的校正，且过程中完全实现自动化，不会因为手动调节造成准确度降低的情况。

在上述任意一个实施例的基础之上，坐标建立模块106包括获取单元和建模单元。

获取单元，用于依次控制激光跟踪仪105获取在各移动导轨上的激光反射装置104的点位置，依次对各移动导轨上至少三个点位置进行拟合，得到对应的移动导轨所在直线。

建模单元，用于将三个移动导轨的所在直线进行建模，得到参考坐标系。

在上述任意一个实施例的基础之上，研磨棒旋转平面获取模块107包括：坐标获取单元和拟合单元。

坐标获取单元，用于控制激光跟踪仪105获取研磨棒103上一点的旋转轨迹坐标。

拟合单元，用于通过旋转轨迹坐标拟合旋转平面和旋转中心，通过拟合旋转平面和旋转中心得到旋转平面的法向量。

相对应的，角度获取模块108包括：计算单元，计算单元与拟合单元连接，用于获取法向量与参考坐标系各轴的夹角θ。

其中，

为旋转平面的法向量，

为参考坐标系的向量。其中参考坐标系的向量指的是参考坐标系相对于空间坐标系的相对向量。

在上述任意一个实施例的基础之上，上述装置还包括校验模块，检验模块用于在角度获取模块108将夹角发送给电机轴进行角度校正后，控制三坐标直线电机模组102在预设点之间重复移动预设次数，获取n个激光反射装置的测试点在移动过程中的坐标值，得到重复定位精度RP_l，判断重复定位精度是否满足预设条件，如果否，则返回重新建立参考坐标系；

其中，

X_j、Y_j、Z_j分别为第j个点的X、Y、Z轴的坐标，n为测试点个数。

除了上述各个实施例中所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置，本发明还提供一种包括上述实施例公开的多轴研磨系统，该多轴研磨系统包括多轴研磨装置和上述同轴度自动标定装置。其中多轴研磨装置通常包括直线电机桁架机器人1、六轴机器人2、自动换刀电主轴3、阀套抓手4、阀套自动供料机构5、研磨棒自动供料机构6、研磨棒自动装/卸载机构7、自动涂研磨膏机构8以及成品下料盒9。

直线电机桁架机器人1包括三坐标直线电机模组102和研磨机，三坐标直线电机模组102为三个坐标轴方向上设有移动导轨，在三坐标直线电机模组102的中部设有自动换刀电主轴3，自动换刀电主轴3与研磨机连接，在三坐标直线电机模组上设有阀套抓手4，在研磨机的侧部设有阀套自动供料机构5、研磨棒自动供料机构6、研磨棒自动装/卸载机构7、自动涂研磨膏机构8以及成品下料盒9。另外，还包括六轴机器人2，用于对工件进行移动控制。

在三坐标直线电机模组102的Z轴移动导轨末端上设置有阀套抓手4，也称为夹爪，用于设置激光反射装置104或者设置工件。阀套抓手4包括激光反射装置固定件41、安装板42、安装定位孔43、固定安装件44、调整装置45。

自动标定装置用于对研磨机与三坐标直线电机模组102进行同轴度标定，该多轴研磨系统的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法、装置以及多轴研磨系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，其特征在于，应用于多轴研磨装置，所述多轴研磨装置包括三坐标直线电机模组和研磨机；所述多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，包括：

控制激光反射装置沿三坐标直线电机模组的各移动导轨移动，控制激光跟踪仪配合所述激光反射装置，获取所述三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的所述直线建立参考坐标系；

将所述激光反射装置置于所述研磨机的研磨棒，控制所述研磨棒旋转并利用所述激光跟踪仪获取所述研磨棒的旋转平面和位于所述旋转平面上的旋转中心，并获得所述旋转平面上过所述旋转中心的法向量；

获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角，以所述夹角进行所述研磨棒相对于所述三坐标直线电机模组的校正；

所述校正之后还包括：

将激光反射装置置于所述三坐标直线电机模组Z轴末端抓夹上，控制所述三坐标直线电机模组在预设点之间重复移动预设次数，并获取所述激光反射装置的坐标，得到重复定位精度；

判断重复定位精度是否满足预设条件，如果否，则返回重新建立参考坐标系；

所述获取所述激光反射装置的坐标，得到重复定位精度，包括：

获取n个所述激光反射装置的测试点的坐标值，得到重复定位精度RP_l，

其中，

X_j、Y_j、Z_j分别为第j个点的X、Y、Z轴的坐标，n为测试点个数。

2.根据权利要求1所述的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，其特征在于，所述控制激光跟踪仪配合所述激光反射装置，获取所述三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的所述直线建立参考坐标系，包括：

依次控制所述激光跟踪仪获取在各所述移动导轨上的所述激光反射装置的点位置，依次对各所述移动导轨上至少三个所述点位置进行拟合，得到对应的所述移动导轨所在直线；

将三个所述移动导轨的所在直线进行建模，得到所述参考坐标系。

3.根据权利要求1所述的多轴研磨装置的同轴度自动标定方法，其特征在于，利用所述激光跟踪仪获取所述研磨棒的旋转平面和位于所述旋转平面上的旋转中心，并获得所述旋转平面上过所述旋转中心的法向量，包括：

控制所述激光跟踪仪获取所述研磨棒上一点的旋转轨迹坐标，通过所述旋转轨迹坐标拟合旋转平面和旋转中心，通过所述拟合旋转平面和所述旋转中心得到所述旋转平面的法向量；

获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角，包括：

根据公式获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角θ，

其中，

为所述旋转平面的法向量，

为所述参考坐标系的向量。

4.一种多轴研磨装置的同轴度自动标定装置，其特征在于，包括：

激光跟踪仪、激光反射装置和用于控制三坐标直线电机模组或研磨棒工作的控制器；

坐标建立模块，用于控制所述激光跟踪仪配合设置在所述三坐标直线电机模组上的所述激光反射装置，获取所述三坐标直线电机模组各轴所在直线，并以各轴对应的所述直线建立参考坐标系；

研磨棒旋转平面获取模块，用于在所述研磨棒旋转时、控制所述激光跟踪仪配合设置在所述研磨棒的所述激光反射装置，获取所述研磨棒的旋转平面和位于所述旋转平面上的旋转中心，并获得所述旋转平面上过所述旋转中心的法向量；

角度获取模块，用于获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角，并将所述夹角发送给所述研磨棒的电机轴，以便所述电机轴进行角度校正；

还包括校验模块，所述校验模块用于在所述角度获取模块将所述夹角发送给电机轴进行角度校正后，控制所述三坐标直线电机模组在预设点之间重复移动预设次数，获取n个所述激光反射装置的测试点在移动过程中的坐标值，得到重复定位精度RP_l，判断所述重复定位精度是否满足预设条件，如果否，则返回重新建立参考坐标系；

其中，

X_j、Y_j、Z_j分别为第j个点的X、Y、Z轴的坐标，n为测试点个数。

5.根据权利要求4所述的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置，其特征在于，所述坐标建立模块包括：

获取单元，用于依次控制所述激光跟踪仪获取在各移动导轨上的所述激光反射装置的点位置，依次对各所述移动导轨上至少三个所述点位置进行拟合，得到对应的所述移动导轨所在直线；

建模单元，用于将三个所述移动导轨的所在直线进行建模，得到所述参考坐标系。

6.根据权利要求4所述的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置，其特征在于，所述研磨棒旋转平面获取模块包括：

坐标获取单元，用于控制所述激光跟踪仪获取所述研磨棒上一点的旋转轨迹坐标；

拟合单元，用于通过所述旋转轨迹坐标拟合旋转平面和旋转中心，通过所述拟合旋转平面和所述旋转中心得到所述旋转平面的法向量；

角度获取模块包括：

计算单元，与所述拟合单元连接，用于获取所述法向量与所述参考坐标系各轴的夹角θ，

其中，

为所述旋转平面的法向量，

为所述参考坐标系的向量。

7.一种多轴研磨系统，包括三坐标直线电机模组和研磨机，其特征在于，还包括权利要求4至6任一项所述的多轴研磨装置的同轴度自动标定装置。

Images