CN110986774A - 基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统、方法、介质及设备 - Google Patents

基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统、方法、介质及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统、方法、介质及设备，包括：制造结构步骤：制造特定的工具尖端及基准块结构；固定步骤：将基准块固定于特定基准块位置；采集姿态信息步骤：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；获取偏移坐标步骤：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端在工具坐标系下的偏移坐标；所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。本发明通过采用在采用光学定位仪来标定工具尖端位置的方式，使得以前无法精确获得工具尖端数据信息的问题得以解决。

Description

基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统、方法、介质 及设备
技术领域
本发明涉及光学定位仪领域，具体地，涉及一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统、方法、介质及设备。
背景技术
在各种工具的使用中，尖端位置偏移数据十分重要。通常情况下，尖端位置的偏移量是通过工程图纸或是工具在机械加工完成后出厂前实际测量得到。但这两种方式有以下缺陷：1.工业加工有误差，实际尺寸不能保证与工程图纸一致。2.对于结构复杂的工件，出厂前测量并不十分准确。
专利文献CN205215354U公开了一种针尖标定方法，是在固定杆体头部两侧设有横向伸出的支杆，支杆上安装有反光球；固定杆体上活动卡装有L形的滑动杆，滑动杆底部的V型凹条与固定杆体侧壁上轴向设置的V型凹槽啮合，滑动杆的卡槽内垂直于V型凹槽安装有滑动销体，滑动杆及滑动销体上方安装有反光球。这种方法依赖于标定工具的加工制造精度，所以标定出的针尖精度无法保证。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统、方法、介质及设备。
根据本发明提供的一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，包括：制造结构步骤：制造特定的工具尖端及基准块结构；固定步骤：将基准块固定于特定基准块位置；采集姿态信息步骤：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；获取偏移坐标步骤：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端在工具坐标系下的偏移坐标；所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。
优选地，所述制造结构步骤包括：安装光学定位装置步骤：在工具的特定位置上安装光学定位装置；开圆锥形凹槽步骤：在基准块特定的表面位置上开凹槽。
优选地，获取偏移坐标步骤还包括：记录信息步骤：保持将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，工具每旋转特定旋转角度记录光学定位装置的位置信息，旋转工具所得轨迹形成预定角度的椎角；所述光学定位装置转动时始终正对光学定位仪。
优选地，所述工具尖端为球形；所述凹槽为圆锥形，凹槽底面半径大于工具尖端的球形结构半径。
优选地，旋转工具所得轨迹形成的椎角的角度大于或者等于30°且小于或者等于45°；特定旋转角度小于或者等于5°；记录数据的次数大于或者等于500次。
根据本发明提供的一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统，包括：制造结构模块：制造特定的工具尖端及基准块结构；固定模块：将基准块固定于特定基准块位置；采集姿态信息模块：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；获取偏移坐标模块：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端在工具坐标系下的偏移坐标；所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。
优选地，所述制造结构模块包括：安装光学定位装置模块：在工具的特定位置上安装光学定位装置；开圆锥形凹槽模块：在基准块特定的表面位置上开凹槽；所述工具尖端为球形；所述凹槽为圆锥形，凹槽底面半径大于工具尖端的球形结构半径。
优选地，获取偏移坐标模块还包括：记录信息模块：保持将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，旋转工具所得轨迹形成预定角度的椎角，同时记录光学定位装置的位置信息；所述光学定位装置转动时始终正对光学定位仪；旋转工具所得轨迹形成的椎角的角度大于或者等于30°且小于或者等于45°；特定旋转角度小于或者等于5°；记录数据的次数大于或者等于500次。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
根据本发明提供的一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定设备，包括：控制器；所述控制器包括权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质；或者，所述控制器包括权利要求6至8中任一项所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用在采用光学定位仪来标定工具尖端位置的方式，使得以前无法精确获得工具尖端数据信息的问题得以解决。
2、本发明可以保证工具尖端工程精度。
3、本发明设计合理，使用方便，避免了现有技术的技术缺陷。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的框图示意图；
图3为本发明实施例中的工具结构示意图；
图4为本发明实施例中的基准块结构示意图；
图5为本发明实施例中工具旋转原理示意图；
图6为本发明实施例中针尖偏移数据计算流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-图6所示，根据本发明提供的一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，包括：制造结构步骤：制造特定的工具尖端及基准块结构；固定步骤：将基准块固定于特定基准块位置；采集姿态信息步骤：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；获取偏移坐标步骤：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端在工具坐标系下的偏移坐标；所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。标定工具时，工具针尖顶着固定位置旋转，同时光学记录仪记录工具的姿态(位置、旋转)信息。获得足够的姿态信息后传入球面拟合算法，最终得到工具针尖的在工具坐标系下的偏移坐标。
具体地，在一个实施例中，采取如下步骤：
步骤1：设计适当的工具尖端及基准块结构，保证工具及基准块结构的可用性。
步骤2：固定基准块位置，并做好数据采集前的准备工作。
步骤3：绕工具尖端旋转工具，通过光学定位仪采集工具的姿态(位置、旋转)信息。
步骤4：将采集到的工具的姿态(位置、旋转)信息传入球面拟合算法，通过计算最终得到工具尖端相在工具坐标系下的偏移坐标。
优选地，所述制造结构步骤包括：安装光学定位装置步骤：在工具的特定位置上安装光学定位装置；开圆锥形凹槽步骤：在基准块特定的表面位置上开凹槽。具体地，在一个实施例中，采取如下步骤：步骤1.1：在工具的适当位置上安装光学定位装置，最好工具尖端设计成球形(其他结构也可以，本专利以球状尖端为例说明)，这样设计能更好的保证顶着凹坑旋转时的旋转中心在同一点。步骤1.2：在基准块适当的表面位置上开圆锥形凹槽，要保证锥形凹槽的底面半径大于工具尖端的球状结构半径，这样设计能保证工具尖端在旋转时针尖球状结构一直在锥形凹槽内部，不会滑出凹槽。步骤2.1：固定基准块位置时要保证基准块无晃动、无旋转，即保证基准块与光学定位仪不会出现相对移动。步骤2.2：固定基准块时要保证基准块上的锥形凹坑位置恰当，既要使工具尖端顶着凹坑能顺利转动，也要保证基准块不会挡住工具上的光学定位装置。
优选地，获取偏移坐标步骤还包括：记录信息步骤：保持将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，工具每旋转特定旋转角度记录光学定位装置的位置信息，旋转工具所得轨迹形成预定角度的椎角；所述光学定位装置转动时始终正对光学定位仪。
优选地，所述工具尖端为球形；所述凹槽为圆锥形，凹槽底面半径大于工具尖端的球形结构半径。
优选地，旋转工具所得轨迹形成的椎角的角度大于或者等于30°且小于或者等于45°；特定旋转角度小于或者等于5°；记录数据的次数大于或者等于500次。
具体地，在一个实施例中，采取如下步骤，步骤3.1：将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，同时记录工具上光学定位装置的位置信息。步骤3.2：旋转工具时要保证工具尖端一直顶紧凹坑，且旋转要有一定角度(工具旋转的轨迹最好能形成30°—45°的椎角，如附图3中α角)，同时也需保证工具上的光学定位装置一直处于光学定位仪的识别范围内(转动时保证工具上的光学定位装置始终正对光学定位仪)。步骤3.3：记录数据时要保证相邻量数据点中的位置、旋转信息的差异性(如旋转时每隔5°记录一次数据)，同时也需保证数据样本量(如记录次数为500次，即数据量为500组)。
本领域技术人员可以将本发明提供的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，理解为本发明提供的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统的一个实施例。即，所述基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统可以通过执行所述基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法的步骤流程实现。
根据本发明提供的一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统，包括：制造结构模块：制造特定的工具尖端及基准块结构；固定模块：将基准块固定于特定基准块位置；采集姿态信息模块：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；获取偏移坐标模块：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端在工具坐标系下的偏移坐标；所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。
优选地，所述制造结构模块包括：安装光学定位装置模块：在工具的特定位置上安装光学定位装置；开圆锥形凹槽模块：在基准块特定的表面位置上开凹槽；所述工具尖端为球形；所述凹槽为圆锥形，凹槽底面半径大于工具尖端的球形结构半径。
优选地，获取偏移坐标模块还包括：记录信息模块：保持将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，旋转工具所得轨迹形成预定角度的椎角，同时记录光学定位装置的位置信息；所述光学定位装置转动时始终正对光学定位仪；旋转工具所得轨迹形成的椎角的角度大于或者等于30°且小于或者等于45°；特定旋转角度小于或者等于5°；记录数据的次数大于或者等于500次。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
根据本发明提供的一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定设备，包括：控制器；所述控制器包括权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质；或者，所述控制器包括权利要求6至8中任一项所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统。
本发明通过采用在采用光学定位仪来标定工具尖端位置的方式，使得以前无法精确获得工具尖端数据信息的问题得以解决。本发明可以保证工具尖端工程精度。本发明设计合理，使用方便，避免了现有技术的技术缺陷。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，其特征在于，包括：制造结构步骤：制造特定的工具尖端及基准块结构；
固定步骤：将基准块固定于特定基准块位置；
采集姿态信息步骤：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；
获取偏移坐标步骤：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端相在工具坐标系下的偏移坐标；
所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。
2.根据权利要求1所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，其特征在于，所述制造结构步骤包括：
安装光学定位装置步骤：在工具的特定位置上安装光学定位装置；
开圆锥形凹槽步骤：在基准块特定的表面位置上开凹槽。
3.根据权利要求1所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，其特征在于，获取偏移坐标步骤还包括：
记录信息步骤：保持将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，工具每旋转特定旋转角度记录光学定位装置的位置信息，旋转工具所得轨迹形成预定角度的椎角；
所述光学定位装置转动时始终正对光学定位仪。
4.根据权利要求2所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，其特征在于，所述工具尖端为球形；
所述凹槽为圆锥形，凹槽底面半径大于工具尖端的球形结构半径。
5.根据权利要求3所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法，其特征在于，
旋转工具所得轨迹形成的椎角的角度大于或者等于30°且小于或者等于45°；
特定旋转角度小于或者等于5°；
记录数据的次数大于或者等于500次。
6.一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统，其特征在于，包括：制造结构模块：制造特定的工具尖端及基准块结构；
固定模块：将基准块固定于特定基准块位置；
采集姿态信息模块：绕工具尖端旋转工具，利用光学定位仪采集工具姿态信息；
获取偏移坐标模块：根据采集到的工具的姿态信息，利用球面拟合算法得到工具尖端在工具坐标系下的偏移坐标；
所述基准块位置设置于不挡住工具上的光学定位装置的位置。
7.根据权利要求6所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统，其特征在于，所述制造结构模块包括：
安装光学定位装置模块：在工具的特定位置上安装光学定位装置；
开圆锥形凹槽模块：在基准块特定的表面位置上开凹槽。
所述工具尖端为球形；
所述凹槽为圆锥形，凹槽底面半径大于工具尖端的球形结构半径。
8.根据权利要求6所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统，其特征在于，获取偏移坐标模块还包括：
记录信息模块：保持将工具尖端顶紧基准块的凹坑转动，旋转工具所得轨迹形成预定角度的椎角，同时记录光学定位装置的位置信息；
所述光学定位装置转动时始终正对光学定位仪；
旋转工具所得轨迹形成的椎角的角度大于或者等于30°且小于或者等于45°；
特定旋转角度小于或者等于5°；
记录数据的次数大于或者等于500次。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定方法的步骤。
10.一种基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定设备，其特征在于，包括：控制器；
所述控制器包括权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质；或者，所述控制器包括权利要求6至8中任一项所述的基于光学定位仪的工具尖端位置的静态标定系统。
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