CN111006626A - 点胶设备的旋转轴标定方法及其装置 - Google Patents

点胶设备的旋转轴标定方法及其装置 Download PDF

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CN111006626A
CN111006626A CN201911323742.7A CN201911323742A CN111006626A CN 111006626 A CN111006626 A CN 111006626A CN 201911323742 A CN201911323742 A CN 201911323742A CN 111006626 A CN111006626 A CN 111006626A
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point
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Abstract

本发明公开了一种点胶设备的旋转轴标定方法及其装置，其涉及点胶装置技术领域，标定方法包括：在五轴点胶设备的Z轴上安装探测头，在A旋转平台和C旋转平台上固定标定球，标定球的球心到回转台上表面的距离与A旋转平台的A轴的轴心线到回转台上表面的距离相等，通过探测头测标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式；将A旋转平台的A轴设定为标定轴，当摆动轴A轴位于不同摆动角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第一位置偏差值公式；等等。本申请能够对五轴联动点胶设备为实现RTCP功能而进行标定，且该标定过程精度高，操作方便。

Description

点胶设备的旋转轴标定方法及其装置
技术领域
本发明涉及点胶装置技术领域，特别涉及一种点胶设备的旋转轴标定方法及其装置。
背景技术
目前对于五轴联动点胶设备旋转轴的标定技术主要是采用电子测量的方式，这种专用的电子测量方式需要特殊的测量设备，这种特殊的测量设备虽然满足了精度要求，但是价格昂贵、操作繁琐，而且对于技术人员的要求较高，不便于广泛普及应用。另外一种是手动式标定方式，这种方式虽然成本较低，但是其精度也偏低，且整个标定过程繁琐，规范性较差。因此。亟需一种新的技术方法以解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种点胶设备的旋转轴标定方法，其能够对五轴联动点胶设备为实现RTCP功能而进行标定，且该标定过程精度高，操作方便。
本发明实施例的具体技术方案是：
一种点胶设备的旋转轴标定方法，所述点胶设备的旋转轴标定方法包括：
在五轴点胶设备的Z轴上安装探测头，在A旋转平台和C旋转平台上固定标定球，所述标定球的球心到回转台上表面的距离与所述A旋转平台的A轴的轴心线到回转台上表面的距离相等，通过所述探测头测所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式；
将所述A旋转平台的A轴设定为标定轴，当摆动轴A轴位于不同摆动角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第一位置偏差值公式；
将所述C旋转平台的C轴设定为标定轴，当旋转轴C轴位于不同旋转角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第二位置偏差值公式；
基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第一位置偏差值公式得到A轴偏差矩阵方程；
基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第二位置偏差值公式得到C轴偏差矩阵方程；
根据所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值，将此偏差值补偿到点胶设备的五轴联动系统中，从而完成五轴点胶设备的A旋转平台A轴和C旋转平台C轴的标定过程。
优选地，在整个标定过程中，点胶设备的机械坐标系设定为坐标系基准，以其次坐标方式建立标定球的传递函数。
优选地，在五轴点胶设备中，所述A旋转平台的A轴轴心线与Y轴平行，A旋转平台绕Y轴方向摆动；所述C旋转平台的C轴轴心线与Z轴平行，C旋转平台绕Z轴方向转动；在所述标定球安装时，所述标定球的球杆与回转工作台的表面垂直。
优选地，在步骤通过所述探测头测所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式中，将A轴和C轴旋转至零度位置，用所述探测头探测所述标定球球面上任意三点，经计算得到所述标定球的球心在机械坐标系下的初始坐标P(0,0)，以P(0,0)为原点建立新坐标系，则所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式为：
M＝(X Y Z 1)T；
其中T表示转置矩阵符号。
优选地，5.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤将所述A旋转平台的A轴设定为标定轴，当摆动轴A轴位于不同摆动角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第一位置偏差值公式中，具体包括：
将C轴与A轴旋转至0°，在新坐标系下，R为标定球的半径，取点
Figure BDA0002327814220000031
Figure BDA0002327814220000032
作为探测点，经所述探测头对P1点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA1(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P1点的一系列坐标值LA1(i,0)，其中i为对P1点的测量次数；球面上点P1在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P1＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
LA1(i,0)-LA1(0,0)＝-ΔXA(i,0)+ΔYA(i,0)-ΔZA(i,0)；
将C轴与A轴都旋转至0°，在新坐标系下，R为标准球的半径，取点P2＝(0,0,R)作为探测点，经所述探测头对P2点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA2(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P2点的一系列坐标值LA2(i,0)，其中i为对P2点的测量次数；球面上点P3在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P2＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
-ΔZA(i,0)＝LA2(i,0)-LA2(i,0)；
将C轴与A轴都旋转至0°，在新坐标系下，R为标准球的半径，取点P3＝(-Rcos45°,0,Rcos45°)作为探测点，经所述探测头对P3点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA3(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P3点的一系列坐标值LA3(i,0)，其中i为对P3点的测量次数；球面上点P3在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P3＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
LA3(i,0)-LA3(0,0)＝ΔXA(i,0)-ΔZA(i,0)；
根据上述三个平衡式得到第一位置偏差值公式：
Figure BDA0002327814220000041
优选地，在步骤将所述C旋转平台的C轴设定为标定轴，当旋转轴C轴位于不同旋转角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第二位置偏差值公式中，具体包括：
将C轴与A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M1，在新坐标系下的坐标为
Figure BDA0002327814220000042
其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M1在机械坐标系的值记为LC1(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M1在机械坐标系的一系列坐标值记为LC1(0,j)，其中j为对M1点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M1的机械坐标LC1(0,j)，与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M1的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC1(0,j)-LC1(0,0)＝-ΔXC(0,j)+ΔYC(0,j)-ΔZC(0,j)；
将C轴与A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M2，在新坐标系下的坐标为M2＝(Rcos45°,0,Rcos45°)，其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M2在机械坐标系的值记为LC2(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M2在机械坐标系的一系列坐标值记为LC2(0,j)，其中j为对M2点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M1的机械坐标LC2(0,j)，与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M2的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC2(0,j)-LC2(0,0)＝-ΔXC(0,j)-ΔZC2(0,j)；
将C轴A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M3，在新坐标系下的坐标为M3＝(0,0,R)，其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M3在机械坐标系的值记为LC3(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M3在机械坐标系的一系列坐标值记为LC3(0,j)，其中j为对M3点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M3的机械坐标LC3(0,j)与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M3的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC3(0,j)-LC3(0,0)＝-ZC3(0,j)；
根据上述三个平衡式得到第二位置偏差值公式：
Figure BDA0002327814220000051
优选地，在步骤基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第一位置偏差值公式得到A轴偏差矩阵方程中，具体为：
A轴绕X轴的旋转矩阵为
Figure BDA0002327814220000052
其中参数A为A轴绕X轴的旋转角度；A轴绕X轴旋转时产生的偏移矩阵记为
Figure BDA0002327814220000053
其中TAx,TAy,TAz分别为沿X、Y、Z轴轴的偏移距离；根据所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式、所述第一位置偏差值公式、A轴绕X轴的旋转矩阵和A轴绕X轴旋转时产生的偏移矩阵得到A轴偏差矩阵方程，A轴偏差矩阵方程如下：
OffsetA·RXA·M-M＝[ΔXA,ΔYA,ΔZA,1]T。
优选地，在步骤基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第二位置偏差值公式得到C轴偏差矩阵方程中，具体为：
C轴绕Z轴的旋转矩阵为
Figure BDA0002327814220000061
其中参数C为旋转轴C绕Z轴的旋转角度；C轴绕Z轴旋转时产生的偏移矩阵记为
Figure BDA0002327814220000062
其中TCx,TCy,TCz分别为沿X、Y、Z轴轴的偏移距离；根据所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式、所述第二位置偏差值公式、C轴绕Z轴的旋转矩阵和C轴绕Z轴旋转时产生的偏移矩阵得到C轴偏差矩阵方程，C轴偏差矩阵方程如下：
OffsetC·RZC·M-M＝[ΔXC,ΔYC,ΔZC,1]T。
优选地，在步骤根据所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值中，具体为采用最小二乘法对所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值。
一种点胶设备的旋转轴标定装置，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上述中任一所述的点胶设备的旋转轴标定方法。
本发明的技术方案具有以下显著有益效果：
针对五轴联动点胶设备的标定需求，本申请通过建立三维空间数学模型，经过探测头对固定在旋转平台上标定球的指定点的测量，采用最小二乘法对数学模型进行运算，将计算结果得到的偏差值补偿到五轴联动控制系统RTCP功能中，完成五轴联动的A旋转平台A轴和C旋转平台C轴的的标定。本申请中的标定算法过程可以使得标定过程更加简单易行，经数据验证标定精度满足高精度点胶场合的需求。另外，本申请中的标定方法效率高、适用于多种机械结构形式，具有广阔的推广前景。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明实施例中点胶设备的结构示意图；
图2为本发明中点胶设备的旋转轴标定方法的步骤流程图。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了能够对五轴联动点胶设备为实现RTCP功能而进行标定，且该标定过程精度高，操作方便，在本申请中提出了一种点胶设备的旋转轴标定方法，图1为本发明实施例中点胶设备的结构示意图，图2为本发明中点胶设备的旋转轴标定方法的步骤流程图，如图1和图2所示，本申请中的点胶设备的旋转轴标定方法可以包括以下步骤：
S101：在五轴点胶设备的Z轴上安装探测头，在A旋转平台和C旋转平台上固定标定球，所述标定球的球心到回转台上表面的距离与所述A旋转平台的A轴的轴心线到回转台上表面的距离相等，通过所述探测头测所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式。
在本步骤中，在五轴点胶设备的Z轴上安装探测头，该探测头可以是红宝石探测头，其具有较高的精度。在五轴点胶设备中，所述A旋转平台的A轴轴心线与Y轴平行，A旋转平台绕Y轴方向摆动；所述C旋转平台的C轴轴心线与Z轴平行，C旋转平台绕Z轴方向转动；在所述标定球安装时，所述标定球的球杆与回转工作台的表面垂直。其中，A轴为摆动轴，C轴为旋转轴。
在整个标定过程中，点胶设备的机械坐标系设定为坐标系基准，以其次坐标方式建立标定球的传递函数。
将标定球球心在点胶设备机械坐标系的坐标可以记为P(Ai,Cj)，其中i、j分别为摆动轴A和回转轴C在标定过程中的采样点个数。在通过所述探测头测所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式中，将A轴和C轴旋转至零度位置，用所述探测头探测所述标定球球面上任意三点，经计算得到所述标定球的球心在机械坐标系下的初始坐标P(0,0)，以P(0,0)为原点建立新坐标系，则所述标定球的球心在新坐标系下(即球心坐标系下)的其次坐标表达式为：
M＝(X Y Z 1)T；
其中T表示转置矩阵符号。
S102：将所述A旋转平台的A轴设定为标定轴，当摆动轴A轴位于不同摆动角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第一位置偏差值公式。
在本步骤中，其具体可以包括以下步骤：
S201：将C轴与A轴旋转至0°，在新坐标系下，R为标定球的半径，取点
Figure BDA0002327814220000091
作为探测点，经所述探测头对P1点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA1(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P1点的一系列坐标值LA1(i,0)，其中i为对P1点的测量次数；球面上点P1在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P1＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
LA1(i,0)-LA1(0,0)＝-ΔXA(i,0)+ΔYA(i,0)-ΔZA(i,0)。
S202：将C轴与A轴都旋转至0°，在新坐标系下，R为标准球的半径，取点P2＝(0,0,R)作为探测点，经所述探测头对P2点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA2(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P2点的一系列坐标值LA2(i,0)，其中i为对P2点的测量次数；球面上点P3在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P2＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
-ΔZA(i,0)＝LA2(i,0)-LA2(i,0)。
S203：将C轴与A轴都旋转至0°，在新坐标系下，R为标准球的半径，取点P3＝(-Rcos45°,0,Rcos45°)作为探测点，经所述探测头对P3点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA3(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P3点的一系列坐标值LA3(i,0)，其中i为对P3点的测量次数；球面上点P3在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P3＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
LA3(i,0)-LA3(0,0)＝ΔXA(i,0)-ΔZA(i,0)。
S204：根据上述三个平衡式得到第一位置偏差值公式：
Figure BDA0002327814220000101
S103：将所述C旋转平台的C轴设定为标定轴，当旋转轴C轴位于不同旋转角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第二位置偏差值公式。
在本步骤中，其具体可以包括以下步骤：
S301：将C轴与A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M1，在新坐标系下的坐标为
Figure BDA0002327814220000102
其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M1在机械坐标系的值记为LC1(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M1在机械坐标系的一系列坐标值记为LC1(0,j)，其中j为对M1点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M1的机械坐标LC1(0,j)，与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M1的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC1(0,j)-LC1(0,0)＝-ΔXC(0,j)+ΔYC(0,j)-ΔZC(0,j)。
S302：将C轴与A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M2，在新坐标系下的坐标为M2＝(Rcos45°,0,Rcos45°)，其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M2在机械坐标系的值记为LC2(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M2在机械坐标系的一系列坐标值记为LC2(0,j)，其中j为对M2点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M1的机械坐标LC2(0,j)，与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M2的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC2(0,j)-LC2(0,0)＝-ΔXC(0,j)-ΔZC2(0,j)。
S303：将C轴A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M3，在新坐标系下的坐标为M3＝(0,0,R)，其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M3在机械坐标系的值记为LC3(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M3在机械坐标系的一系列坐标值记为LC3(0,j)，其中j为对M3点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M3的机械坐标LC3(0,j)与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M3的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC3(0,j)-LC3(0,0)＝-ZC3(0,j)。
S304：根据上述三个平衡式得到第二位置偏差值公式：
Figure BDA0002327814220000111
S104：基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第一位置偏差值公式得到A轴偏差矩阵方程。
在本步骤中，A轴绕X轴的旋转矩阵为
Figure BDA0002327814220000121
其中参数A为A轴绕X轴的旋转角度；A轴绕X轴旋转时产生的偏移矩阵记为
Figure BDA0002327814220000122
其中TAx,TAy,TAz分别为沿X、Y、Z轴轴的偏移距离；根据所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式、所述第一位置偏差值公式、A轴绕X轴的旋转矩阵和A轴绕X轴旋转时产生的偏移矩阵得到A轴偏差矩阵方程，A轴偏差矩阵方程如下：
OffsetA·RXA·M-M＝[ΔXA,ΔYA,ΔZA,1]T。
S105：基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第二位置偏差值公式得到C轴偏差矩阵方程。
在本步骤中，C轴绕Z轴的旋转矩阵为
Figure BDA0002327814220000123
其中参数C为旋转轴C绕Z轴的旋转角度；C轴绕Z轴旋转时产生的偏移矩阵记为
Figure BDA0002327814220000124
其中TCx,TCy,TCz分别为沿X、Y、Z轴轴的偏移距离；根据所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式、所述第二位置偏差值公式、C轴绕Z轴的旋转矩阵和C轴绕Z轴旋转时产生的偏移矩阵得到C轴偏差矩阵方程，C轴偏差矩阵方程如下：
OffsetC·RZC·M-M＝[ΔXC,ΔYC,ΔZC,1]T。
S106：根据所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值，将此偏差值补偿到点胶设备的五轴联动系统中，从而完成五轴点胶设备的A旋转平台和C旋转平台的标定过程。
在本步骤中，采用最小二乘法对所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值。将此偏差值补偿到点胶设备的五轴联动系统中，从而完成五轴点胶设备的A旋转平台A轴和C旋转平台的C轴的标定过程。
在本申请中还提出了一种点胶设备的旋转轴标定装置，其包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上述中任一所述的点胶设备的旋转轴标定方法。
针对五轴联动点胶设备的标定需求，本申请通过建立三维空间数学模型，经过探测头对固定在旋转平台上标定球的指定点的测量，采用最小二乘法对数学模型进行运算，将计算结果得到的偏差值补偿到五轴联动控制系统RTCP功能中，完成五轴联动的A旋转平台A轴和C旋转平台C轴的的标定。本申请中的标定算法过程可以使得标定过程更加简单易行，经数据验证标定精度满足高精度点胶场合的需求。另外，本申请中的标定方法效率高、适用于多种机械结构形式，具有广阔的推广前景。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，所述点胶设备的旋转轴标定方法包括：
在五轴点胶设备的Z轴上安装探测头，在A旋转平台和C旋转平台上固定标定球，所述标定球的球心到回转台上表面的距离与所述A旋转平台的A轴的轴心线到回转台上表面的距离相等，通过所述探测头测所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式；
将所述A旋转平台的A轴设定为标定轴，当摆动轴A轴位于不同摆动角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第一位置偏差值公式；
将所述C旋转平台的C轴设定为标定轴，当旋转轴C轴位于不同旋转角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第二位置偏差值公式；
基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第一位置偏差值公式得到A轴偏差矩阵方程；
基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第二位置偏差值公式得到C轴偏差矩阵方程；
根据所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值，将此偏差值补偿到点胶设备的五轴联动系统中，从而完成五轴点胶设备的A旋转平台A轴和C旋转平台C轴的标定过程。
2.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在整个标定过程中，点胶设备的机械坐标系设定为坐标系基准，以其次坐标方式建立标定球的传递函数。
3.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在五轴点胶设备中，所述A旋转平台的A轴轴心线与Y轴平行，A旋转平台绕Y轴方向摆动；所述C旋转平台的C轴轴心线与Z轴平行，C旋转平台绕Z轴方向转动；在所述标定球安装时，所述标定球的球杆与回转工作台的表面垂直。
4.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤通过所述探测头测所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式中，将A轴和C轴旋转至零度位置，用所述探测头探测所述标定球球面上任意三点，经计算得到所述标定球的球心在机械坐标系下的初始坐标P(0,0)，以P(0,0)为原点建立新坐标系，则所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式为：
M＝(X Y Z 1)T；
其中T表示转置矩阵符号。
5.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤将所述A旋转平台的A轴设定为标定轴，当摆动轴A轴位于不同摆动角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第一位置偏差值公式中，具体包括：
将C轴与A轴旋转至0°，在新坐标系下，R为标定球的半径，取点P1＝
Figure FDA0002327814210000021
作为探测点，经所述探测头对P1点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA1(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P1点的一系列坐标值LA1(i,0)，其中i为对P1点的测量次数；球面上点P1在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P1＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
LA1(i,0)-LA1(0,0)＝-ΔXA(i,0)+ΔYA(i,0)-ΔZA(i,0)；
将C轴与A轴都旋转至0°，在新坐标系下，R为标准球的半径，取点P2＝(0,0,R)作为探测点，经所述探测头对P2点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA2(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P2点的一系列坐标值LA2(i,0)，其中i为对P2点的测量次数；球面上点P3在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P2＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
-ΔZA(i,0)＝LA2(i,0)-LA2(i,0)；
将C轴与A轴都旋转至0°，在新坐标系下，R为标准球的半径，取点P3＝(-R cos45°,0,Rcos45°)作为探测点，经所述探测头对P3点进行探测，得到其在机械坐标系下的值记为LA3(0,0)；将A轴从90°向-90°旋转，在此过程中，用所述探测头得到P3点的一系列坐标值LA3(i,0)，其中i为对P3点的测量次数；球面上点P3在球心坐标为A＝Ai，C＝0°时的机械坐标系坐标为P3＝(X,Y,Z)，与其在新坐标系下为A＝0°，C＝0°时相比较，得到X、Y、Z方向的偏差：ΔXA(i,0)，ΔYA(i,0)，ΔZA(i,0)，进而得到：
LA3(i,0)-LA3(0,0)＝ΔXA(i,0)-ΔZA(i,0)；
根据上述三个平衡式得到第一位置偏差值公式：
Figure FDA0002327814210000031
6.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤将所述C旋转平台的C轴设定为标定轴，当旋转轴C轴位于不同旋转角度时，利用探测头测量标定球的球心坐标在X、Y、Z方向上的第二位置偏差值公式中，具体包括：
将C轴与A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M1，在新坐标系下的坐标为
Figure FDA0002327814210000041
其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M1在机械坐标系的值记为LC1(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M1在机械坐标系的一系列坐标值记为LC1(0,j)，其中j为对M1点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M1的机械坐标LC1(0,j)，与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M1的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC1(0,j)-LC1(0,0)＝-ΔXC(0,j)+ΔYC(0,j)-ΔZC(0,j)；
将C轴与A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M2，在新坐标系下的坐标为M2＝(Rcos45°,0,Rcos45°)，其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M2在机械坐标系的值记为LC2(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M2在机械坐标系的一系列坐标值记为LC2(0,j)，其中j为对M2点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M1的机械坐标LC2(0,j)，与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M2的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC2(0,j)-LC2(0,0)＝-ΔXC(0,j)-ΔZC2(0,j)；
将C轴A轴旋转至0°，取所述标定球球面上一点M3，在新坐标系下的坐标为M3＝(0,0,R)，其中R为标定球半径；用所述探测头测量得到M3在机械坐标系的值记为LC3(0,0)；旋转C轴从0°到360°，旋转过程中所述探头测得点M3在机械坐标系的一系列坐标值记为LC3(0,j)，其中j为对M3点的测量次数；取C＝Cj,A＝0°时，M3的机械坐标LC3(0,j)与球心坐标为C＝0°,A＝0°时M3的机械坐标相比较得到X、Y、Z方向的偏差：
LC3(0,j)-LC3(0,0)＝-ZC3(0,j)；
根据上述三个平衡式得到第二位置偏差值公式：
Figure FDA0002327814210000051
7.根据权利要求5中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第一位置偏差值公式得到A轴偏差矩阵方程中，具体为：
A轴绕X轴的旋转矩阵为
Figure FDA0002327814210000052
其中参数A为A轴绕X轴的旋转角度；A轴绕X轴旋转时产生的偏移矩阵记为
Figure FDA0002327814210000053
其中TAx,TAy,TAz分别为沿X、Y、Z轴轴的偏移距离；根据所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式、所述第一位置偏差值公式、A轴绕X轴的旋转矩阵和A轴绕X轴旋转时产生的偏移矩阵得到A轴偏差矩阵方程，A轴偏差矩阵方程如下：
OffsetA·RXA·M-M＝[ΔXA,ΔYA,ΔZA,1]T。
8.根据权利要求6中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤基于所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式和所述第二位置偏差值公式得到C轴偏差矩阵方程中，具体为：
C轴绕Z轴的旋转矩阵为
Figure FDA0002327814210000054
其中参数C为旋转轴C绕Z轴的旋转角度；C轴绕Z轴旋转时产生的偏移矩阵记为
Figure FDA0002327814210000061
其中TCx,TCy,TCz分别为沿X、Y、Z轴轴的偏移距离；根据所述标定球的球心在新坐标系下的其次坐标表达式、所述第二位置偏差值公式、C轴绕Z轴的旋转矩阵和C轴绕Z轴旋转时产生的偏移矩阵得到C轴偏差矩阵方程，C轴偏差矩阵方程如下：
OffsetC·RZC·M-M＝[ΔXC,ΔYC,ΔZC,1]T。
9.根据权利要求1中所述的点胶设备的旋转轴标定方法，其特征在于，在步骤根据所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值中，具体为采用最小二乘法对所述A轴偏差矩阵方程和所述C轴偏差矩阵方程进行求解得到摆动轴A轴、旋转轴C轴在机械坐标系中的偏差值。
10.一种点胶设备的旋转轴标定装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如权利要求1至9中任一所述的点胶设备的旋转轴标定方法。
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