CN113280735A - 一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法 - Google Patents
一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及智能制造技术领域,具体公开了一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其中,包括:记录当前机器人示教器中基坐标系XY值;在机器人带动激光测量头靠近工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系X轴的第一点位;在机器人带动激光测量头移动至远离工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系Y轴的第一点位;在转动工作转台上的第一卡盘且机器人带动激光测量头转动以使得激光测量头的光源落在第一卡盘上时,标记为基坐标系X轴的第二点位;根据基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系;获得更新后的工件坐标系。本发明提供的方法提高了待加工工件的加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域,尤其涉及一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法。
背景技术
目前国内针对螺旋桨的机器人加工平台,现有的工件坐标标定方法并没有考虑工件坐标系XY平面即X轴和Y轴的偏转量,默认与基坐标一致即偏转量均为0。而在实际生产过程中,受安装精度,工作台材料物理性能以及工件重力的影响,工件坐标系的X轴偏转量Rx(以下简称为Rx),Y轴偏转量Ry(以下简称为Ry)并不为0,其反映到螺旋桨桨叶末端偏差量影响了实际加工精度,降低产品的良率。
发明内容
本发明提供了一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,解决相关技术中存在的由于工件坐标系的偏转量导致加工精度低的问题。
作为本发明的一个方面,提供一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其中,机器人电主轴上安装对刀尖专用工具和激光测量头,对刀尖专用工具对应第一工具坐标系,激光测量头对应第二工具坐标系,包括:
在机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的中心点位置时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值,其中所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面;
在机器人带动激光测量头靠近所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系X轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数;
在机器人带动激光测量头移动至远离所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系Y轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数;
在转动所述工作转台上的第一卡盘且机器人带动激光测量头转动以使得激光测量头的光源落在所述第一卡盘上时,标记为基坐标系X轴的第二点位,并记录所述激光测量头的读数;
根据所述基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系;
在机器人对固定在所述工作转台上的待加工工件进行测量后,记录激光测量头的读数,获得更新后的工件坐标系。
进一步地,所述工作转台包括圆形工作台,所述工作转台的中心点位置为所述圆形工作台的圆心位置;
所述圆形工作台的圆心位置设置圆锥状固体标识物,且所述圆锥状固体标识物的圆锥中心与所述圆心位置重合;
所述圆形工作台上设置三爪卡盘,且所述三爪卡盘能够被转动,用于夹紧所述圆锥固体标识物。
进一步地,所述在机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的中心点位置时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值,其中所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面,包括:
根据所述对刀尖专用工具能够得出该对刀尖专用工具的第一工具坐标系,当所述机器人带动所述对刀尖专用工具移动至所述圆锥固体标识物的上方时,调用所述对刀尖专用工具对应的工具数据,并使得所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面;
当所述机器人带动所述对刀尖专用工具移动至对刀尖专用工具的尖点碰触到所述圆锥固体标识物时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值为x0和y0。
进一步地,所述在机器人带动激光测量头靠近所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系X轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数,包括:
启动所述激光器电主轴上安装的激光测量头,并建立与所述激光测量头对应的第二工具坐标系;
选取圆形工作台上的参考点,根据机器人TCP坐标标定对所述第二工具坐标系进行标定;
当所述圆形工作台转动且使得其中一个卡盘与基坐标系的Y方向平行时,将该卡盘标记为第一卡盘,并记录当前圆形工作转台的转动角度θ;
建立工件坐标系,并选用激光测量头在第一卡盘平面靠近所述圆形工作台的圆心位置的一端,示教X轴的第一点位A,并记录所述激光测量头的读数
进一步地,所述在机器人带动激光测量头移动至远离所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系Y轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数,包括:
当所述机器人带动激光测量头在基坐标系下以线性运动方式沿着基坐标系的Y正方向移动至远离所述圆形工作台的圆心位置的一端且靠近所述圆形工作台的边缘位置时,示教Y轴的第一点位B,并记录所述激光测量头的读数;
进一步地,所述在转动所述工作转台上的第一卡盘且机器人带动激光测量头转动以使得激光测量头的光源落在所述第一卡盘上时,标记为基坐标系X轴的第二点位,并记录所述激光测量头的读数,包括:
当所述机器人带动激光测量头在基坐标系下以线性运动方式沿着基坐标系的X正方向移动至远离所述圆形工作台的圆心位置的一端且靠近所述圆形工作台的边缘位置时,转动所述圆形工作台的第一卡盘,使得所述激光测量头的光源落在所述第一卡盘上,示教X轴的第二点位C;
进一步地,所述根据所述基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系,包括:
根据笛卡尔坐标系右手定则,将所述工件坐标系的X轴矢量方向以及Y轴矢量方向相乘计算得到所述工件坐标系的Z轴矢量方向;
确定所述工件坐标系的数据为(x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1)。
进一步地,所述在机器人对固定在所述工作转台上的待加工工件进行测量后,记录激光测量头的读数,获得更新后的工件坐标系,包括:
控制机器人根据第二工具坐标系移动所述激光测量头至待加工工件的上方,其中所述待加工工具固定在所述圆形工作台上;
当所述激光测量头的读数与机器人TCP坐标标定时的读数一致时,记录当前机器人基坐标系中位置的Z值为z2;
更改所述工件坐标系中的XYZ值,其中将工件坐标系中的X值更改为x0,Y值更改为y0,Z值更改为z2减去待加工工件到上端面的距离h;
更改XYZ值后的工件坐标系为圆形工作转台转动角度θ时对应的工件坐标系,更新工件坐标系的数据为(x1’,y1’,z1’,Rx1’,Ry1’,Rz1’),其中:
x1'=x0
y1'=y0,
z1'=z2-h
rx1'=rx1
ry1'=ry1。
rz1'=rz1-θ
本发明提供的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,通过对刀尖工具对准工作转台的中心点位置,并根据对刀尖工具对应的第一工具坐标系以及激光测量头对应的第二工具坐标系实现对待加工工件的工件坐标系的精确标定,解决了由于现有技术中的工件坐标系存在偏转量导致加工精度误差大的问题,提高了待加工工件的加工精度,降低了产品的不良率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法的流程图。
图2为本发明提供的机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的示意图。
图3为本发明提供的激光测量头的光源落在第一卡盘上的示意图。
图4为本发明提供的螺旋桨上端面与机器人系统的示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包括,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,图1是根据本发明实施例提供的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法的流程图,图2至图4为本发明实施例提供的机器人系统示意图,如图1和图2所示,机器人电主轴上安装对刀尖专用工具2和激光测量头3,对刀尖专用工具2对应第一工具坐标系,激光测量头3对应第二工具坐标系,包括:
S110、在机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的中心点位置时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值,其中所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面;
需要说明的是,所述工作转台包括圆形工作台,所述工作转台的中心点位置为所述圆形工作台的圆心位置;
所述圆形工作台的圆心位置设置圆锥状固体标识物1,且所述圆锥状固体标识物1的圆锥中心与所述圆心位置重合;
所述圆形工作台上设置三爪卡盘,且所述三爪卡盘能够被转动,用于夹紧所述圆锥固体标识物。
所述在机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的中心点位置时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值,其中所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面,包括:
根据所述对刀尖专用工具能够得出该对刀尖专用工具的第一工具坐标系,当所述机器人带动所述对刀尖专用工具移动至所述圆锥固体标识物的上方时,调用所述对刀尖专用工具对应的工具数据,并使得所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面;
当所述机器人带动所述对刀尖专用工具移动至对刀尖专用工具的尖点碰触到所述圆锥固体标识物时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值为x0和y0。
S120、在机器人带动激光测量头靠近所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系X轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数;
具体地,启动所述激光器电主轴上安装的激光测量头,并建立与所述激光测量头对应的第二工具坐标系;
选取圆形工作台上的参考点,根据机器人TCP坐标标定对所述第二工具坐标系进行标定;
当所述圆形工作台转动且使得其中一个卡盘与基坐标系的Y方向平行时,将该卡盘标记为第一卡盘,并记录当前圆形工作转台的转动角度θ;
建立工件坐标系,并选用激光测量头在第一卡盘平面靠近所述圆形工作台的圆心位置的一端,示教X轴的第一点位A,并记录所述激光测量头的读数。
S130、在机器人带动激光测量头移动至远离所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系Y轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数;
具体地,当所述机器人带动激光测量头在基坐标系下以线性运动方式沿着基坐标系的Y正方向移动至远离所述圆形工作台的圆心位置的一端且靠近所述圆形工作台的边缘位置时,示教Y轴的第一点位B,并记录所述激光测量头的读数;
S140、在转动所述工作转台上的第一卡盘且机器人带动激光测量头转动以使得激光测量头的光源落在所述第一卡盘上时,标记为基坐标系X轴的第二点位,并记录所述激光测量头的读数;
具体地,当所述机器人带动激光测量头在基坐标系下以线性运动方式沿着基坐标系的X正方向移动至远离所述圆形工作台的圆心位置的一端且靠近所述圆形工作台的边缘位置时,转动所述圆形工作台的第一卡盘,使得所述激光测量头的光源落在所述第一卡盘上,示教X轴的第二点位C;
S150、根据所述基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系;
具体地,所述根据所述基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系,包括:
根据笛卡尔坐标系右手定则,将所述工件坐标系的X轴矢量方向以及Y轴矢量方向相乘计算得到所述工件坐标系的Z轴矢量方向;
确定所述工件坐标系的数据为(x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1)。
S160、在机器人对固定在所述工作转台上的待加工工件进行测量后,记录激光测量头的读数,获得更新后的工件坐标系。
具体地,控制机器人根据第二工具坐标系移动所述激光测量头至待加工工件的上方,其中所述待加工工具固定在所述圆形工作台上;
当所述激光测量头的读数与机器人TCP坐标标定时的读数一致时,记录当前机器人基坐标系中位置的Z值为z2;
更改所述工件坐标系中的XYZ值,其中将工件坐标系中的X值更改为x0,Y值更改为y0,Z值更改为z2减去待加工工件到上端面的距离h;
更改XYZ值后的工件坐标系为圆形工作转台转动角度θ时对应的工件坐标系,更新工件坐标系的数据为(x1’,y1’,z1’,Rx1’,Ry1’,Rz1’),其中:
x1'=x0
y1'=y0,
z1'=z2-h
rx1'=rx1
ry1'=ry1。
rz1'=rz1-θ
本发明实施例提供的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,通过对刀尖工具对准工作转台的中心点位置,并根据对刀尖工具对应的第一工具坐标系以及激光测量头对应的第二工具坐标系实现对待加工工件的工件坐标系的精确标定,解决了由于现有技术中的工件坐标系存在偏转量导致加工精度误差大的问题,提高了待加工工件的加工精度,降低了产品的不良率。
下面结合图1至图4对本发明实施例提供的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法进行详细说明。
S1、将所述圆锥状固体标识物放置在所述圆形工作台的圆心位置,转动三爪卡盘夹紧所述圆锥状固体标识物,以保证所述圆锥状固体标识物的圆锥中心位于所述圆形工作台的圆心位置。
S2、将机器人电主轴上所安装的工具更换为对刀尖专用工具,并使用对刀仪得出该对刀尖专用工具对应的第一工具坐标系tool1。
S3、操作机器人移动对刀尖专用工具至圆锥状固体标识物的上方,选用对刀尖专用工具对应的工具数据,并使得第一工具坐标系tool1的Z轴即刀尖朝向垂直于基坐标系的XY平面。
S4、采用线性方式,在基坐标系下缓慢移动机器人,在对刀尖专用工具的尖点刚好触碰圆锥状固体标识物时,记录下当前机器人示教器中基坐标系中位置数据XY值记为x0,y0。
S5、启动机器人电主轴上安装的激光测量头,在机器人系统中新建立一个第二工具坐标系tooldata数据tool2(以下简称为tool2),在工作转台台面上选取一参考点,采用机器人标定TCP常见的四点法来标定,标定的四种姿态要求测量头读数一致(建议为0),且四点位置测量头读数偏差在+/-0.05mm。
S6、转动工作转台,使其中一个卡盘近似与基坐标Y方向平行,将其记为第一卡盘,且记录当前转台转动角度为θ。
S7、新建立一个工件坐标系wobjdata数据wobj1,采用三点法示教,选用激光测量头工具,在第一卡盘平面靠近转台中心一端,示教X轴第一个点A,记下当前测量头读数,激光测量头工具在基坐标系下以线性运动方式沿着机器人基坐标的Y正方向移动至远离转台中心端,靠近转台边缘处,并在此示教为Y轴上第一个点B,则为工件坐标系wobj1的Y轴矢量方向,返回至刚刚示教的X轴第一个点,以线性运动方式沿着机器人基坐标系的X正方向将测量头移动至远离转台中心端,靠近转台边缘处,此时转动一号卡盘5,使得测量头测量光源4落在一号卡盘5为止(如图3所示),在此示教为X轴第二个点C,则为工件坐标系wobj1的X轴矢量方向,机器人坐标系遵从笛卡尔坐标系右手定则,根据前两者向量叉乘,机器人系统计算出Z轴矢量方向。且要求标定时三点示教位置测量头数据保持一致。在机器人示教器上点击完成,机器人系统内会自动计算更新工件坐标系wobj1数据为(x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1)。
S8、安装固定待加工工件螺旋桨后,操作机器人,选择tool2工件坐标系来移动测量头工具至螺旋桨上端面上方,并保持激光测量头工具坐标系Z向即激光光束朝向垂直于机器人基坐标XY平面,线性移动测量头靠近上端面,在测量头读数与步骤S5中读数一致时,记下当前机器人基坐标系中位置的Z值为z2。
步骤S9,更改步骤S7中新建立的工件坐标系wobj1数据XYZ值,X、Y值即为步骤S4中记录的x0、y0,Z等于步骤S8中记录的z2值减去设计模型中螺旋桨设计坐标系零点到螺旋桨上端面6的距离h(如图4所示),即
x1'=x0
y1'=y0。
z1'=z2-h
S10、步骤S9中更改后工件坐标系即为转台在步骤S6中位置θ时对应的工件坐标系,在实际加工时转台转动一定角度θ时,即可看作是沿着该工件坐标系的Z轴旋转对应的角度,即Rz的变化值为θ。则转动角度θ后新的工件坐标系XYZ值为步骤S9中更改后的XYZ值,Rx和Ry为步骤S7中示教所得坐标系的Rx和Ry值,Rz值为变化角度θ后的对应值,即
rx1'=rx1
ry1'=ry1。
rz1'=rz1-θ
综上,新的工件坐标系为(x1’,y1’,z1’,Rx1’,Ry1’,Rz1’)。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其特征在于,机器人电主轴上安装对刀尖专用工具和激光测量头,对刀尖专用工具对应第一工具坐标系,激光测量头对应第二工具坐标系,包括:
在机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的中心点位置时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值,其中所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面;
在机器人带动激光测量头靠近所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系X轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数;
在机器人带动激光测量头移动至远离所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系Y轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数;
在转动所述工作转台上的第一卡盘且机器人带动激光测量头转动以使得激光测量头的光源落在所述第一卡盘上时,标记为基坐标系X轴的第二点位,并记录所述激光测量头的读数;
根据所述基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系;
在机器人对固定在所述工作转台上的待加工工件进行测量后,记录激光测量头的读数,获得更新后的工件坐标系。
2.根据权利要求1所述的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其特征在于,
所述工作转台包括圆形工作台,所述工作转台的中心点位置为所述圆形工作台的圆心位置;
所述圆形工作台的圆心位置设置圆锥状固体标识物,且所述圆锥状固体标识物的圆锥中心与所述圆心位置重合;
所述圆形工作台上设置三爪卡盘,且所述三爪卡盘能够被转动,用于夹紧所述圆锥固体标识物。
3.根据权利要求2所述的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其特征在于,所述在机器人带动所述对刀尖专用工具对准工作转台的中心点位置时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值,其中所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面,包括:
根据所述对刀尖专用工具能够得出该对刀尖专用工具的第一工具坐标系,当所述机器人带动所述对刀尖专用工具移动至所述圆锥固体标识物的上方时,调用所述对刀尖专用工具对应的工具数据,并使得所述第一工具坐标系的Z轴垂直于所述基坐标系的XY平面;
当所述机器人带动所述对刀尖专用工具移动至对刀尖专用工具的尖点碰触到所述圆锥固体标识物时,记录当前机器人示教器中基坐标系XY值为x0和y0。
4.根据权利要求2所述的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其特征在于,所述在机器人带动激光测量头靠近所述工作转台的中心点位置时,标记为基坐标系X轴的第一点位,并记录所述激光测量头的读数,包括:
启动所述激光器电主轴上安装的激光测量头,并建立与所述激光测量头对应的第二工具坐标系;
选取圆形工作台上的参考点,根据机器人TCP坐标标定对所述第二工具坐标系进行标定;
当所述圆形工作台转动且使得其中一个卡盘与基坐标系的Y方向平行时,将该卡盘标记为第一卡盘,并记录当前圆形工作转台的转动角度θ;
建立工件坐标系,并选用激光测量头在第一卡盘平面靠近所述圆形工作台的圆心位置的一端,示教X轴的第一点位A,并记录所述激光测量头的读数。
7.根据权利要求6所述的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其特征在于,所述根据所述基坐标系X轴的第一点位、基坐标系X轴的第二点位以及基坐标系Y轴的第一点位确定工件坐标系,包括:
根据笛卡尔坐标系右手定则,将所述工件坐标系的X轴矢量方向以及Y轴矢量方向相乘计算得到所述工件坐标系的Z轴矢量方向;
确定所述工件坐标系的数据为(x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1)。
8.根据权利要求7所述的基于激光测头的螺旋桨工件坐标系标定方法,其特征在于,所述在机器人对固定在所述工作转台上的待加工工件进行测量后,记录激光测量头的读数,获得更新后的工件坐标系,包括:
控制机器人根据第二工具坐标系移动所述激光测量头至待加工工件的上方,其中所述待加工工具固定在所述圆形工作台上;
当所述激光测量头的读数与机器人TCP坐标标定时的读数一致时,记录当前机器人基坐标系中位置的Z值为z2;
更改所述工件坐标系中的XYZ值,其中将工件坐标系中的X值更改为x0,Y值更改为y0,Z值更改为z2减去待加工工件到上端面的距离h;
更改XYZ值后的工件坐标系为圆形工作转台转动角度θ时对应的工件坐标系,更新工件坐标系的数据为(x1’,y1’,z1’,Rx1’,Ry1’,Rz1’),其中:
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