CN112631200A - 一种机床轴线测量方法以及装置 - Google Patents

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CN112631200A CN202011399764.4A CN202011399764A CN112631200A CN 112631200 A CN112631200 A CN 112631200A CN 202011399764 A CN202011399764 A CN 202011399764A CN 112631200 A CN112631200 A CN 112631200A
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黄国明
杨琪
曾帆
李运豪
翟剑坤
王佳轩
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Abstract

本申请提供一种机床轴线测量方法，可以包括：从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标集合为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下第一坐标的集合；根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心；根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。实施本发明实施例，能够能够降低误差测量成本，同时便捷测量机床误差，并且适用范围广泛。

Description

一种机床轴线测量方法以及装置
技术领域
本申请涉及机床的轴线测量领域，尤其涉及一种机床轴线测量方法以及装置。
背景技术
数控机床几何误差是构成数控机床加工误差的主要误差源之一。其中，五轴机床不仅存在三项位置度、六项直线度、九项角摆误差、三项三轴之间的垂直度，还存在两个转台的位置度等23项误差。为了追求机床精度，一般采用数控系统对误差进行补偿的方式；具体地，测量机床的轴线，特别是旋转轴线，对于一些重要误差的确定以及补偿影响很大。
目前，一般采用传统的接触式测量以及其他高精度复杂设备的装填，不仅操作繁琐复杂、成本较高。而且接触式测量涉及的步骤以及设备，并不适用桌面型机床操作。
因此，如何降低成本且便捷测量机床误差，是本申请亟需解决的问题。
发明内容
本申请提供一种机床轴线测量方法，能够降低误差测量成本，同时便捷测量机床误差，并且适用范围广泛。
第一方面，本发明实施例提供了一种机床轴线测量方法，应用于机床，可以包括：
从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标集合为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下第一坐标的集合；
根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心；
根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
本发明实施例中，通过获取设置在机床旋转平台的标定物上多个特征点坐标，根据多个特征点坐标确定每一个特征点的运动轨迹。其中，标定物围绕旋转平台的旋转轴线，形成的运动轨迹为圆形。进一步地确定每个特征点的圆形运动轨迹的圆心，通过对多个圆心进行拟合后确定该旋转平台的旋转轴线。相比于现有技术，本发明实施例借助拍摄设备(如相机)、标定物等工具对机床的轴线进行测量；采用计算机视觉和相机模型原理，对旋转的标定物进行标定检测，根据拍摄的图像来获取标定结果，提取标定结果建立了轴线测量模型，实现了无接触的轴线测量，避免了传统的接触式测量以及其余高精度复杂设备的装填，在保证测量精度的同时，大大提高了测量速率。
在一种可能的实现方式中，所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合之前，还包括：以预设角度在所述旋转平台上设立所述标定物；所述旋转平台用于带动所述标定物绕所述旋转平台的旋转轴线旋转；通过拍摄设备获取所述第一图像集合。
在一种可能的实现方式中，所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，包括：根据所述第一图像集合，确定所述每一个特征点的第二坐标集合；所述第二坐标为所述每一个特征点在世界坐标系下的坐标；根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标；所述第一参数为根据所述标定物和所述拍摄设备确定的。
在一种可能的实现方式中，所述标定物为标定板；所述根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标之前，还包括：在所述旋转平台上平放所述标定板后，根据所述拍摄设备确定所述第一外参。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应的运动轨迹的圆心，包括：根据第一特征点的第一坐标集合拟合第一平面；所述第一特征点为所述多个特征点中的任一特征点；在所述第一平面上建立坐标系，将第一特征点的第一坐标集合中每个第一坐标对应的点映射到所述第一平面；根据映射到所述第一平面内的点，确定所述第一特征点对应运动轨迹的圆心；直至确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述每一个特征点对应的旋转轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线，包括：根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，拟合第一直线；当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述第一直线的标定误差为垂直度；所述当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线，包括：计算所述第一直线与所述旋转平台所处平面的垂直度；当所述垂直度在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：在所述机床的目标轴直线运动的情况下，根据所述拍摄设备和设置在所述目标轴上的标定物，确定所述每一个特征点的第三坐标集合；所述第三坐标集合为所述每一个特征点在所述直线运动的过程中不同位置上坐标的集合；根据所述每一个特征点的第三坐标集合，确定所述每一个特征点对应的拟合直线；根据所述每一个特征点对应的拟合直线，通过方向拟合确定第二直线；当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线。
在一种可能的实现方式中，所述当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线，包括：计算所述第二直线与所述旋转平台所处平面的平行度；当所述平行度在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述轴线。
第二方面，本发明实施例提供了一种机床轴线测量装置，应用于机床，可以包括：
坐标单元，用于从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下的坐标；
圆心单元，用于根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应的运动轨迹的圆心；
轴线单元，用于根据所述每一个特征点对应的运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括拍摄单元，用于：所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合之前，以预设角度在所述旋转平台上设立所述标定物；所述旋转平台用于带动所述标定物绕所述旋转平台的旋转轴线旋转；通过拍摄设备获取所述第一图像集合。
在一种可能的实现方式中，所述坐标单元，具体用于：根据所述第一图像集合，确定所述每一个特征点的第二坐标集合；所述第二坐标为所述每一个特征点在世界坐标系下的坐标；根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标；所述第一参数为根据所述标定物和所述拍摄设备确定的。
在一种可能的实现方式中，所述标定物为标定板；所述装置还包括第一外参单元，用于：所述根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标之前，在所述旋转平台上平放所述标定板后，根据所述拍摄设备确定所述第一外参。
在一种可能的实现方式中，所述圆心单元，具体用于：根据第一特征点的第一坐标集合拟合第一平面；所述第一特征点为所述多个特征点中的任一特征点；在所述第一平面上建立坐标系，将第一特征点的第一坐标集合中每个第一坐标对应的点映射到所述第一平面；根据映射到所述第一平面内的点，确定所述第一特征点对应运动轨迹的圆心；直至确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心。
在一种可能的实现方式中，所述轴线单元，包括：
第一直线单元，用于根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，拟合第一直线；
第一数值单元，用于当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述第一直线的标定误差为垂直度；所述第一数值单元，具体用于：计算所述第一直线与所述旋转平台所处平面的垂直度；当所述垂直度在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括目标轴单元；所述目标轴单元包括：
第三坐标单元，用于：在所述机床的目标轴直线运动的情况下，根据所述拍摄设备和设置在所述目标轴上的标定物，确定所述每一个特征点的第三坐标集合；
拟合直线单元，用于根据所述每一个特征点的第三坐标集合，确定所述每一个特征点对应的拟合直线；
方向直线单元，用于根据所述每一个特征点对应的拟合直线，通过方向拟合确定第二直线；
第二数值单元，用于当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线。
在一种可能的实现方式中，所述第二数值单元，具体用于：计算所述第二直线与所述旋转平台所处平面的平行度；当所述平行度在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述轴线。
第三方面，本发明实施例提供了一种机床轴线测量设备，可以包括处理器、输入设备、输出设备和存储器。该处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接。其中，存储器用于存储计算机程序，该计算机程序包括程序指令；该处理器被配置用于调用该程序指令，执行如本发明实施例第一方面所述的步骤指令。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质，存储用于电子数据交换的计算机程序；前述计算机程序使得计算机执行如本发明实施例第一方面所描述的部分或者全部步骤。
第五方面，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，其中，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，上述计算机程序可操作来使计算机执行如本发明实施例第一方面中所描述的部分或者全部步骤。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。
图1是本发明实施例提供的一种机床轴线测量方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种第一图像集合获取方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种直线运动的机床轴的轴线的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种机床轴线测量装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。
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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
首先，对本发明实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
(1)数控机床(Computer numerical control，CNC)，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
(2)相机坐标系是以相机的聚焦中心为原点，以光轴为Z轴建立的三维直角坐标系。相机坐标系的原点为相机的光心，x轴与y轴与图像的x，y轴平行，z轴为相机光轴，它与图形平面垂直。光轴与图像平面的交点，即为图像坐标系的原点，图像坐标系为二维直角坐标系。
(3)摄像机内参用于确定摄像机从三维空间到二维图像的投影关系。摄像机外参用于决定摄像机坐标与世界坐标系之间相对位置关系。
(4)随机抽样一致(RANdom SAmple Consensus，RANSAC)，可以从一组包含“局外点”的观测数据集中，通过迭代方式估计数学模型的参数。它是一种不确定的算法——它有一定的概率得出一个合理的结果；为了提高概率必须提高迭代次数。
(5)最小二乘拟合，是一种数学上的近似和优化，利用已知的数据得出一条直线或者曲线，使之在坐标系上与已知数据之间的距离的平方和最小。其中，涉及直线拟合时利用直线的一般方程AX+BY+C＝0，选取最佳直线模型；再根据此时的直线参数画出最终拟合直线。涉及椭圆拟合，利用椭圆定义方程计算并选取最佳椭圆模型，再根据符合条件的点，利用椭圆一般方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0和得到符合点进行系数拟合，根据函数式画出最终拟合椭圆。
(6)世界坐标系，指的是系统的绝对坐标系，在没有建立用户坐标系之前画面上所有点的坐标都是以该坐标系的原点来确定各自的位置的。
(7)特征点，指的是图像灰度值发生剧烈变化的点或者在图像边缘上曲率较大的点(即两个边缘的交点)。图像特征点在基于特征点的图像匹配算法中有着十分重要的作用。图像特征点能够反映图像本质特征，能够标识图像中目标物体。通过特征点的匹配能够完成图像的匹配。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种机床轴线测量方法的流程示意图；如图1所示，该方法实施例以应用该机床轴线测量方法的五轴机床为执行主体为例，从五轴机床该侧进行说明，具体可以包括步骤S101-步骤S103。具体地，本发明实施例中以标定物为平板标定板，拍摄设备为相机为例。
步骤S101：从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标的集合。
具体地，从第一图像集合中每一张第一图像，标出每一张第一图像中已经选取的多个特征点的坐标。其中，每一个特征点在多张第一图像中存在多个不同的坐标，该多个不同的坐标可以组成一个第一坐标集合。所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下的坐标。
可选地，标定物的特征点可以根据该标定物的结构或形状选择；本发明实施例对此具体特征点数量和选择等内容不做限定。
可选地，当标定板按照一定角度设立在旋转平台上，通过相机(或摄像头)拍摄并获取标定板上若干特征点的世界坐标，将若干特征点的世界坐标转换成在该相机坐标系下的坐标。
例如，将标定板成角度立在旋转平台上，进行旋转，提取标定板上面每个特征点在摄像头坐标系下的坐标，记为knotij，i表示标定板上面根据标定顺序确定的第i个点，j表示转动第j-1次时对应的第j个新位置处的标定板。例如：在旋转平台第一次转动后，原始位置的标定板对应是第1个位置，转了一次后的第二个位置处的标定板对应j＝2。由上可知，转动n次后，对应标定板的位置一共有n+1个，记标定板的特征点集合为：{knotij},j＝1,2,.....n+1.；其中，j＝1对应的是旋转平台初始位置。然后，提取每一个位置下，摄像头标定的外部参数Rsj和Tsj，Rsj表示旋转过程中第j个位置标定板的标定的旋转矩阵，Tsj表示旋转过程中第j个位置标定板的标定的平移矩阵，Rsj和Tsj放在一起对应标定板的世界坐标系与摄像头的相机坐标系之间的变换关系，即标定板上一个特征点世界坐标knotij，其在摄像头坐标系下坐标为dotij，两者之间的关系为dotij＝Rsj*knotij+Tsj。
在一种可能的实现方式中，所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，包括：根据所述第一图像集合，确定所述每一个特征点的第二坐标的集合；所述第二坐标为所述每一个特征点在世界坐标系下的坐标；根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标；所述第一参数为根据所述标定物和所述拍摄设备确定。
进一步可选地，在根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标之前，在所述旋转平台上平放所述标定板后，根据所述拍摄设备确定所述第一外参。
例如，在旋转平台旋转并拍摄确定所需参数后，在旋转平台平面上平放标定板，目的是利用该标定板，确定对应的该平放的标定板坐标系代替转台的世界坐标系，用相机进行标定，得到在该新坐标系下的标定参数，包括特征点世界坐标knoti0(即在平放标定板后特征点的初始世界坐标)，外部参数R、T(对应前述的第一外参)；根据前述世界坐标系下的坐标和相机坐标系下的坐标之间的换算关系dotij＝Rsj*knotij+Tsj，可以得到旋转后第j个位置标定板的特征点在转台坐标系下的坐标pij＝R-1*(Rsj*knotij+Tsj-T)。可选地，还可以确定该相机坐标系下的坐标doti0＝R*knoti0+T。
步骤S102：根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标的集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心。
具体地，针对某个特征点在多张第一图像中不同的坐标数据，拟合出某个特征点在旋转过程中形成的完整运动轨迹。其中，由于旋转平台围绕平台的轴线旋转，并且标定物以一定角度设立在旋转平台上(不包括平放在旋转平台上)，那么采集的一系列图像中各个特征点的运动轨迹都是以轴线上的某一点为圆心的圆形轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，包括：根据第一特征点的第一坐标集合拟合第一平面；所述第一特征点为所述多个特征点中任一特征点；在所述第一平面上建立坐标系，将第一特征点的第一坐标集合中每个第一坐标对应的点映射到所述第一平面；根据映射到所述第一平面内的点，确定所述第一特征点对应运动轨迹的圆心；直至确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心。
例如，对于标定板上第i个特征点，对应旋转n次后的对应点一共有n+1个，即{pi1,pi2...pi,n+1}为特征点在不同位置下的转台坐标系中的坐标值。将第i个点集的点进行Ransac平面拟合，拟合参数为K，记该平面为K(对应前述的第一平面)；其中，在拟合的平面K上，建立新的坐标系，将点集{pi1,pi2...pi,n+1}中的所有点投影到平面K上得到点集{Pi1,Pi2...Pi,n+1}，利用该投影点集进行Ransac圆拟合，得到拟合圆心，利用坐标系和转台坐标系关系求得转台坐标系中的圆心坐标。前述步骤可以确定一个特征点的旋转轨迹的圆心。针对标定板上的多个特征点，需要重复前述圆心的计算步骤，计算每一个特征点对应的圆心。
具体地，当i＝1，n＝4时，也就是标定板上的第1个特征点，旋转4次后的对应点一共有5个，即{p11,p12...p15}是第1个特征点在不同位置下转台坐标系中的坐标值。将{p11,p12...p15}中的点进行平面拟合，确定平面K1。在平面K1上建立坐标系后，将{p11,p12...p15}中每一个点都映射到平面K1上，得到投影点集{P11,P12...P15}。然后通过投影点集{P11,P12...P15}中每一个投影点拟合，确定该特征点在平面K1上由于旋转形成的运动轨迹，并进一步确定该运动轨迹(一般为圆形)的中心(即圆心)。
比如，若标定板共有m个特征点，则一直计算得到m个空间圆心的集合{centrem}，用这些圆心Ransac拟合空间直线和空间椭圆，利用空间直线与转台平面交点作为第一基准点，椭圆几何中心作为第二基准点，两点连线方向向量作为轴线方向，第一基准点作为轴线基准点，记为nra、nrc、rp，分别代表a轴轴线方向向量、c轴轴线方向向量以及轴线上一点rp。
步骤S103：根据所述每一个特征点对应的旋转轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
具体地，在确定了多个特征点的圆心之后，由于实际的运动过程中多数轨迹的圆心落在旋转轴线上(在计算测量过程中可能由于不可避免的误差有圆心不在旋转轴线上)，通过合理的计算或者相应的拟合算法，确定与实际转台轴线最近似的理论轴线。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述每一个特征点对应的旋转轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线，包括：根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，拟合第一直线；当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
进一步可选地，所述第一直线的标定误差为垂直度；所述当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线，包括：计算所述第一直线与所述旋转平台所处平面的垂直度；当所述垂直度在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
针对前述轴线标定的误差分析，可以采取如下方式：针对标定的轴线，以a轴为例，其参数是nra和rp，在旋转平面上放上一标定板进行标定，根据得到的标定数据点以及点的坐标拟合成平面F(该平面与前述的第一平面可以是同一个平面数据，或者另外计算平面的数据)，检测平面F和标定轴线nra的垂直度(对应前述的第一直线标定误差；第一直线为计算得到的旋转平台的理论上需要检测误差的轴线)，理论上a轴方向的分量远大于其余两个轴的分量，其误差记为Δb/a,Δc/a，当误差小于误差阈值时，记为合理轴线，一般为1e-4。
本发明实施例中，通过获取设置在机床旋转平台的标定物上多个特征点坐标，根据多个特征点坐标确定每一个特征点的运动轨迹。其中，标定物围绕旋转平台的旋转轴线，形成的运动轨迹为圆形。进一步地确定每个特征点的圆形运动轨迹的圆心，通过对多个圆心进行拟合后确定该旋转平台的旋转轴线。相比于现有技术，本发明实施例借助拍摄设备(如相机)、标定物等工具对机床的轴线进行测量；采用计算机视觉和相机模型原理，对旋转的标定物进行标定检测，根据拍摄的图像来获取标定结果，提取标定结果建立了轴线测量模型，实现了无接触的轴线测量，避免了传统的接触式测量以及其余高精度复杂设备的装填，在保证测量精度的同时，大大提高了测量速率。
可选地，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种第一图像集合获取方法的流程示意图；如图2所示，从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合之前，可以执行以下步骤：
步骤S104：以预设角度在所述旋转平台上设立所述标定物。
具体地，该角度为标定板与旋转平面所处平面之间形成的角度。所述旋转平台用于带动所述标定物绕所述旋转平台的旋转轴线旋转。
步骤S105：通过拍摄设备获取所述第一图像集合。
具体地，在旋转过程中，可以连续拍摄多张第一图像；例如每旋转一定角度就抓拍一张第一图像；可选地，第一图像的数量以及拍摄角度、频率等内容可以根据实际测量需求进行调整。拍摄设备可以是相机，或者其他具备拍摄条件的设备或仪器。
可选地，在通过对相机进行标定，确定所述相机的内参、外参以及畸变参数等各项参数；本发明实施例在此不展开详述。
本发明实施例还提供了一种测量直线运动的机床轴的轴线的方法实施例。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种直线运动的机床轴的轴线的流程示意图；如图3所示，该方法以机床为执行主体，其中，具体的机床包括但不限于五轴机床。具体可以包括步骤S301-步骤S304。
步骤S301：在所述机床的目标轴直线运动的情况下，根据所述拍摄设备和设置在所述目标轴上的标定物，确定所述每一个特征点的第三坐标集合。
具体地，所述第三坐标集合为所述每一个特征点在所述直线运动的过程中不同位置上坐标的集合。
步骤S302：根据所述每一个特征点的第三坐标集合，确定所述每一个特征点对应的拟合直线。
步骤S303：根据所述每一个特征点对应的拟合直线，通过方向拟合确定第二直线。
具体地，在拟合了每一个特征点的拟合直线之后，将每一个特征点对应的直线，再次将这些直线进行拟合确定第二轴线。本发明实施例对确定第二直线的具体计算方法不做限定。例如，针对轴线移动方向的直线测量，依然通过标定板上的特征点来计算，针对每一个特征点，有一个运动轨迹，通过相机标定得到移动不同位置时，不同特征点对应的点的坐标，对于每一个点的运动轨迹上的点，进行Ransac直线拟合，得到多条轨迹直线。然后根据所有直线，进行方向拟合。例如，记每一条直线的归一化方向向量为ri，拟合目标的方向向量为r0，有如下等式：
(r0,ri)＝(r0,rj)，i≠j
基于上述等式，再根据误差最小化得到：
min(∑|(r0,ri)-(r0,rj)|2)，i≠j
从而求得轴线移动方向向量r0，其起始点为前述的rp。
步骤S304：当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线。
进一步可选地，所述当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线，包括：计算所述第二直线与所述旋转平台所处平面的平行度；当所述平行度在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述轴线。例如，r0的平行度分析，基于前述相同的拟合方法(此处不再赘述)，根据
标定点拟合出转台平面F，测量r0和平面F法向量n的夹角θ，若
Figure BDA0002812172280000131
则认为平行合理，一般取
Figure BDA0002812172280000132
即可。
上面详细说明了本发明实施例涉及的方法实施例，下面对向涉及的一种装置实施例进行描述。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种机床轴线测量装置的结构示意图；如图4所示，该机床轴线测量装置40可以包括坐标单元401、圆心单元402、轴线单元403、拍摄单元404、第一外参单元405、第一直线单元406、第一数值单元407、目标轴单元408、第三坐标单元409、拟合直线单元410、方向直线单元411、第二数值单元412。可选的单元还可以包括拍摄单元404、第一外参单元405、第一直线单元406、第一数值单元407、目标轴单元408、第三坐标单元409、拟合直线单元410、方向直线单元411和第二数值单元412。
坐标单元401，用于从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下的坐标；
圆心单元402，用于根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应的运动轨迹的圆心；
轴线单元403，用于根据所述每一个特征点对应的运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括拍摄单元404，用于：所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合之前，以预设角度在所述旋转平台上设立所述标定物；所述旋转平台用于带动所述标定物绕所述旋转平台的旋转轴线旋转；通过拍摄设备获取所述第一图像集合。
在一种可能的实现方式中，所述坐标单元401，具体用于：根据所述第一图像集合，确定所述每一个特征点的第二坐标集合；所述第二坐标为所述每一个特征点在世界坐标系下的坐标；根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标；所述第一参数为根据所述标定物和所述拍摄设备确定的。
在一种可能的实现方式中，所述标定物为标定板；所述装置还包括第一外参单元405，用于：所述根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标之前，在所述旋转平台上平放所述标定板后，根据所述拍摄设备确定所述第一外参。
在一种可能的实现方式中，所述圆心单元402，具体用于：根据第一特征点的第一坐标集合拟合第一平面；所述第一特征点为所述多个特征点中的任一特征点；在所述第一平面上建立坐标系，将第一特征点的第一坐标集合中每个第一坐标对应的点映射到所述第一平面；根据映射到所述第一平面内的点，确定所述第一特征点对应运动轨迹的圆心；直至确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心。
在一种可能的实现方式中，所述轴线单元403包括：
第一直线单元406，用于根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，拟合第一直线；
第一数值单元407，用于当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述第一直线的标定误差为垂直度；所述第一数值单元407，具体用于：计算所述第一直线与所述旋转平台所处平面的垂直度；当所述垂直度在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括目标轴单元408；所述目标轴单元408包括：
第三坐标单元409，用于：在所述机床的目标轴直线运动的情况下，根据所述拍摄设备和设置在所述目标轴上的标定物，确定所述每一个特征点的第三坐标集合；
拟合直线单元410，用于根据所述每一个特征点的第三坐标集合，确定所述每一个特征点对应的拟合直线；
方向直线单元411，用于根据所述每一个特征点对应的拟合直线，通过方向拟合确定第二直线；
第二数值单元412，用于当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线。
在一种可能的实现方式中，所述第二数值单元412，具体用于：计算所述第二直线与所述旋转平台所处平面的的平行度；当所述平行度在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述轴线。
需要说明的是，本发明装置实施例中所描述机床轴线测量装置40的各功能单元的功能，可参见上述图1-图3所述的方法实施例中柱体工件的分中的相关描述，此处不再赘述。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。前述装置可以以图5中的结构来实现，该设备5可以包括至少一个存储部件501、至少一个通信部件502、至少一个处理部件503。此外，该设备还可以包括天线、电源等通用部件，在此不再详述。
存储部件501，可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(可以包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
通信部件502，可以是用于与其他设备或通信网络通信，如升级服务器、密钥服务器、车载内部的设备等。
处理部件503，可以是通用中央处理器(CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制以上方案程序执行的集成电路。
图5所示的设备为坐标原点测量装置50时，处理部件503用于从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标集合为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下第一坐标的集合；根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心；根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时可以包括上述方法实施例中记载的任意一种的部分或全部步骤。
本发明实施例还提供一种计算机程序或者计算机程序产品，该计算机程序可以包括指令，当该计算机程序被计算机执行时，使得计算机可以执行包括上述方法实施例中记载的任意一种的部分或全部步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述装置实施例的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。其中，而前述的存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，缩写：ROM)或者随机存取存储器(Random Access Memory，缩写：RAM)等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机床轴线测量方法，其特征在于，应用于机床，包括：
从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标集合为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下第一坐标的集合；
根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心；
根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合之前，还包括：
以预设角度在所述旋转平台上设立所述标定物；所述旋转平台用于带动所述标定物绕所述旋转平台的旋转轴线旋转；
通过拍摄设备获取所述第一图像集合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，包括：
根据所述第一图像集合，确定所述每一个特征点的第二坐标集合；所述第二坐标集合为所述每一个特征点在世界坐标系下第二坐标集合；
根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标；所述第一参数为根据所述标定物和所述拍摄设备确定的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定物为标定板；所述根据第一外参将所述第二坐标转换为所述第一坐标之前，还包括：
在所述旋转平台上平放所述标定板后，根据所述拍摄设备确定所述第一外参。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，包括：
根据第一特征点的第一坐标集合拟合第一平面；所述第一特征点为所述多个特征点中任一特征点；
在所述第一平面上建立坐标系，将第一特征点的第一坐标集合中每个第一坐标对应的点映射到所述第一平面；
根据映射到所述第一平面内的点，确定所述第一特征点对应运动轨迹的圆心；
直至确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线，包括：
根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，拟合第一直线；
当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一直线的标定误差为垂直度；所述当所述第一直线的标定误差在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线，包括：
计算所述第一直线与所述旋转平台所处平面的垂直度；
当所述垂直度在第一数值范围内，确定所述第一直线为所述旋转轴线。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述机床的目标轴直线运动的情况下，根据所述拍摄设备和设置在所述目标轴上的标定物，确定所述每一个特征点的第三坐标集合；所述第三坐标集合为所述每一个特征点在所述直线运动的过程中不同位置上坐标的集合；
根据所述每一个特征点的第三坐标集合，确定所述每一个特征点对应的拟合直线；
根据所述每一个特征点对应的拟合直线，通过方向拟合确定第二直线；
当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述当所述第二直线的标定误差在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述目标轴的轴线，包括：
计算所述第二直线与所述旋转平台所处平面的的平行度；
当所述平行度在第二数值范围内，确定所述第二直线为所述轴线。
10.一种机床轴线测量装置，其特征在于，应用于机床，包括：
坐标单元，用于从获取的第一图像集合中，确定标定物上多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合；所述第一图像集合为在旋转过程中所述标定物的多张第一图像的集合；所述标定物在所述机床的旋转平台上；所述第一坐标集合为所述多张第一图像中同一特征点在转台坐标系下第一坐标的集合；
圆心单元，用于根据所述多个特征点中每一个特征点的第一坐标集合，确定所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心；
轴线单元，用于根据所述每一个特征点对应运动轨迹的圆心，确定所述旋转平台的旋转轴线。
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