CN113894785B - 水轮机叶片在位测量与加工的控制方法、装置及系统 - Google Patents

水轮机叶片在位测量与加工的控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能制造技术领域，具体公开了一种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其中，包括：确定机器人与待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；获取待加工水轮机叶片的型面数据；将型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与预设模型之间的变换矩阵；根据变换矩阵确定待加工水轮机叶片的工件坐标系；规划待加工水轮机叶片在工件坐标系下的加工刀路轨迹；控制机器人根据加工刀路轨迹对待加工水轮机叶片进行加工。本发明还公开了一种水轮机叶片在位测量与加工的控制装置及系统。本发明提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法能够实现对水轮机的在位修复。

Description

水轮机叶片在位测量与加工的控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法、水轮机叶片在位测量与加工的控制装置及水轮机叶片在位测量与加工的控制系统。
背景技术
目前国内大型水轮机叶片成型方法主要为毛坯铸造，之后采用机床进行加工及人工打磨，之后和水轮机上下板焊接成型，焊接部位人工打磨成圆角。在使用过程中，水轮机需要定期检修和保养，及时发现使用中存在的设计或者使用破损缺陷，需要将水轮机运至原生产地进行二次加工或者修复。这势必增加水轮机检修周期，导致效率低下以及资源浪费，徒增人力及物力成本。
因此，如何能够实现对水轮机叶片的在位修复成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法、水轮机叶片在位测量与加工的控制装置及水轮机叶片在位测量与加工的控制系统，解决相关技术中存在的无法实现水轮机叶片的在位修复问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其中，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制方法包括：
确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；
获取待加工水轮机叶片的型面数据；
将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；
根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；
规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；
控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
进一步地，所述获取待加工水轮机叶片的型面数据，包括：
当机器人移动至不同位置时，分别获取双目结构光相机对所述待加工水轮机叶片采集的不同位置叶片型面数据；
将不同位置叶片型面数据进行数据拼接得到所述待加工水轮机叶片的型面数据。
进一步地，所述将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵，包括：
将所述预设模型中对应的叶片特征分割出来作为叶片模型；
将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵。
进一步地，所述将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：
将所述叶片模型与所述型面数据通过PCA算法进行粗匹配，得到粗匹配效果图；
根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵。
进一步地，所述根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：
将所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合与所述叶片模型中的点云集合进行配准，得到最优估计旋转矩阵和平移矩阵，其中配准表达式为：
Figure BDA0003323673300000021
其中，R*,t*表示最优估计旋转矩阵和平移矩阵，所述叶片模型中的点云集合表示为
Figure BDA0003323673300000022
所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合表示为
Figure BDA0003323673300000023
Figure BDA0003323673300000024
表示所述叶片模型中的点云集合的对应点，/>
Figure BDA0003323673300000025
表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的对应点，遍历所述叶片模型中的点云集合并通过最邻近算法能够获得与之对应的所述待加工水轮机叶片的型面数据中的对应点；
对所述叶片模型中的点云集合和所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合去中心化后，得到表达式为：
Figure BDA0003323673300000026
其中，
Figure BDA0003323673300000027
表示所述叶片模型中的点云集合的质心，/>
Figure BDA0003323673300000028
表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的质心；
令
Figure BDA0003323673300000029
H表示3*3大小的矩阵，对H进行SVD分解得到H＝U∑VT，则最优估计旋转矩阵和平移矩阵表示为：
R*＝VUT，
Figure BDA00033236733000000210
根据所述最优估计旋转矩阵和平移矩阵得到所述待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵M，其中M表示4*4大小的矩阵。
Figure BDA00033236733000000211
进一步地，所述根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系，包括：
根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片相对所述机器人基坐标系的位姿关系，其中包括位置偏移量以及旋转角度位置数据。
进一步地，所述规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹，包括：
将所述待加工水轮机叶片划分为叶片外侧面、叶片内侧面和月牙三个特征；
沿着月牙轮廓特征设置辅助面，规划开粗加工刀路；
依次规划叶片外侧面加工刀路以及叶片内侧面加工刀路；
规划月牙的精修加工刀路；
设置所述工件坐标系以及所述机器人的初始位置，以及设置跳转点位置。
进一步地，还包括：
根据所述待加工水轮机叶片的不同特征确定对应的切削参数。
作为本发明的另一个方面，提供一种水轮机叶片在位测量与加工的控制装置，用于实现前文所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其中，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置包括：
第一确定模块，用于确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；
获取模块，用于获取待加工水轮机叶片的型面数据；
匹配模块，用于将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；
第二确定模块，用于根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；
规划模块，用于规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；
控制模块，用于控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
作为本发明的另一个方面，提供一种水轮机叶片在位测量与加工的控制系统，其中，包括：待加工水轮机、工装、机器人、双目结构光相机和前文所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制装置，所述待加工水轮机固定在所述工装上，所述双目结构光相机固定在所述机器人的法兰盘末端，所述机器人和所述双目结构光相机均与所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置通信连接，所述机器人能够移动以带动所述双目结构光相机的转动，能够实现对所述待加工水轮机的扫描并得到待加工水轮机叶片的型面数据，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置能够根据所述待加工水轮机叶片的型面数据以及预设模型进行匹配后得到两者之间的变换矩阵，并能够根据所述变换矩阵规划加工刀路轨迹，以控制所述机器人的末端根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
本发明提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，通过获取待加工水轮机叶片的型面数据，并将其与预设模型进行匹配后得到待加工水轮机叶片的型面数据与预设模型之间的变换矩阵，根据该变换矩阵确定待加工水轮机叶片的工件坐标系，进而确定加工刀路轨迹，以控制机器人根据该加工刀路轨迹实现对待加工水轮机叶片的自动化加工。这种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，不仅能够满足客户现场测量修复加工水轮机的要求，还能够实现自动化的加工，具有加工效率高且精度高的优势。另外还能稳固提升产品质量，缩短检修周期30％。同时，采用该控制方法可以实现水轮机叶片测量及铣削加工的标准化、自动化作业，从而降低水轮机叶片制造成本，提升企业竞争力。
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。在附图中：
图1为本发明提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法的流程图。
图2为本发明提供的水轮机叶片与机器人的相对位置示意图。
图3为本发明提供的扫描得到的型面数据示意图。
图4为本发明提供的叶片模型的示意图。
图5为本发明提供的匹配后的效果示意图。
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水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，图1是根据本发明实施例提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法的流程图，图2是本发明实施例提供的机器人与待加工水轮机的相对位置示意图，如图2所示，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，如图1所示，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制方法包括：
S110、确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；
应当理解的是，将水轮机固定在工装上后，需要保证机器与水轮机相对位置X、Y、Z稳定即可，另外，将双目结构光相机安装在机器人法兰盘末端上后，还需要对机器人相机进行手眼标定，以确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿。
在进行标定时，首先固定棋盘格不动，在TCP重定位模式下变换机器人的位姿(绕棋盘一周)，拍摄多幅图像进行手眼标定，建立双目结构光坐标系与机器人基坐标系的关系。
S120、获取待加工水轮机叶片的型面数据；
在本发明实施例中，当机器人移动至不同位置时，分别获取双目结构光相机对所述待加工水轮机叶片采集的不同位置叶片型面数据；
将不同位置叶片型面数据进行数据拼接得到所述待加工水轮机叶片的型面数据，如图3所示，为通过双目结构光相机扫描后得到的型面数据示意图。
应当理解的是，在被扫描待加工水轮机叶片上均匀贴上标志点，用于测量定位用。移动机器人到不同位置，保证机器人在不同位置能有效测量叶片型面，确定此时位置为机器人测量有效位置，记录该点。重复该步骤，多次取不同位置后，保证所有已取机器人位置能测量轮机叶片全形貌。执行测量程序，测量轮机叶片型面数据，经数据拼接后可获得轮机叶片型面数据，保存。
S130、将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；
具体地，将所述预设模型中对应的叶片特征分割出来作为叶片模型；
将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵。
如图4所示，为本发明实施例提供的叶片模型的示意图。
进一步具体地，所述将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：
将所述叶片模型与所述型面数据通过PCA算法进行粗匹配，得到粗匹配效果图；
根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵。
具体地，所述根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：
将所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合与所述叶片模型中的点云集合进行配准，得到最优估计旋转矩阵和平移矩阵，其中配准表达式为：
Figure BDA0003323673300000051
其中，R*,t*表示最优估计旋转矩阵和平移矩阵，所述叶片模型中的点云集合表示为
Figure BDA0003323673300000052
所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合表示为
Figure BDA0003323673300000053
Figure BDA0003323673300000054
表示所述叶片模型中的点云集合的对应点，/>
Figure BDA0003323673300000055
表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的对应点，遍历所述叶片模型中的点云集合并通过最邻近算法能够获得与之对应的所述待加工水轮机叶片的型面数据中的对应点；
对所述叶片模型中的点云集合和所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合去中心化后，得到表达式为：
Figure BDA0003323673300000061
其中，
Figure BDA0003323673300000062
表示所述叶片模型中的点云集合的质心，/>
Figure BDA0003323673300000063
表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的质心；
令
Figure BDA0003323673300000064
H表示3*3大小的矩阵，对H进行SVD分解得到H＝U∑VT，则最优估计旋转矩阵和平移矩阵表示为：/>
R*＝VUT，
Figure BDA0003323673300000065
根据所述最优估计旋转矩阵和平移矩阵得到所述待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵M，其中M表示4*4大小的矩阵，
Figure BDA0003323673300000066
在本发明实施例中，将所述设计模型中对应叶片特征分割成单独特征，保存；将所述叶片模型与扫描得到的型面数据进行匹配。首先进行粗匹配，利用改进PCA算法可快速得到匹配效果图；之后利用改进的ICP算法进行精匹配，得到两者之间的变换矩阵。
如图5所示，为匹配后的效果示意图。
S140、根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；
在本发明实施例中，根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片相对所述机器人基坐标系的位姿关系，其中包括位置偏移量以及旋转角度位置数据。
依据上一步得到的变换矩阵M，可以确定待加工轮机叶片的工件坐标系，包括X、Y、Z向相对位置数据及旋转角度位置数据Rx、Ry、Rz。
应当理解的是，通过手眼标定过的双目结构光可以测量实际被加工轮机叶片在机器人基坐标系下的位置，通过轮机叶片的型面数据与设计模型作匹配，设计模型经过固定变换矩阵后与实际测量的型面数据匹配度满足加工精度要求，这样得出的变换矩阵为设计模型在机器人基坐标系下的位置数据。
S150、规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；
在本发明实施例中，将所述待加工水轮机叶片划分为叶片外侧面、叶片内侧面和月牙三个特征；
沿着月牙轮廓特征设置辅助面，规划开粗加工刀路；
依次规划叶片外侧面加工刀路以及叶片内侧面加工刀路；
规划月牙的精修加工刀路；
设置所述工件坐标系以及所述机器人的初始位置，以及设置跳转点位置。
具体地，通过使用LEONI自动对刀仪设备，测量刀具TCP，保存刀具数据到机器人系统。规划水轮机叶片加工刀路轨迹，具体为：使用MasterCam软件，首先将水轮机叶片划分为外侧、内侧、月牙三个特征。首先沿着月牙轮廓特征设置辅助面，规划加工刀路，达到开粗目的；其次，规划叶片外侧面加工刀路，加工到位；再次，规划叶片内侧面加工刀路，加工到位；最后，规划加工程序，精修月牙特征。实际加工工序与上述刀路轨迹规划顺序保持一致。
进一步地，使用RobotMaster软件，设置工件坐标系、机器人初始位置，设置跳转点防止干涉碰撞，导出离线程序。
另外，根据所述待加工水轮机叶片的不同特征确定对应的切削参数。确定加工不同特征处加工工具，长度为240mm，可镶嵌刀片，材质为涂层硬质合金。主轴转速2000-4000r/min、切削深度0.5mm-1.0mm、行距5mm-15mm、进给速度10mm-20mm/s。
S160、控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
应当理解的是，本发明实施例的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法可以通过新建机器人水轮机叶片加工程序模块，建立例行程序，将离线程序导入机器人控制系统，保存备份。设置程序序号，一键启动进行加工。
本发明实施例提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，通过获取待加工水轮机叶片的型面数据，并将其与预设模型进行匹配后得到待加工水轮机叶片的型面数据与预设模型之间的变换矩阵，根据该变换矩阵确定待加工水轮机叶片的工件坐标系，进而确定加工刀路轨迹，以控制机器人根据该加工刀路轨迹实现对待加工水轮机叶片的自动化加工。这种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，不仅能够满足客户现场测量修复加工水轮机的要求，还能够实现自动化的加工，具有加工效率高且精度高的优势。另外还能稳固提升产品质量，缩短检修周期30％。同时，采用该控制方法可以实现水轮机叶片测量及铣削加工的标准化、自动化作业，从而降低水轮机叶片制造成本，提升企业竞争力。
作为本发明的另一实施例，提供一种水轮机叶片在位测量与加工的控制装置，用于实现前文所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其中，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置包括：
第一确定模块，用于确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；
获取模块，用于获取待加工水轮机叶片的型面数据；
匹配模块，用于将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；
第二确定模块，用于根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；
规划模块，用于规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；
控制模块，用于控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
关于本发明提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制装置的工作原理可以参照前文的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法的描述，此处不再赘述。
作为本发明的另一实施例，提供一种水轮机叶片在位测量与加工的控制系统，其中，包括：待加工水轮机、工装、机器人、双目结构光相机和前文所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制装置，所述待加工水轮机固定在所述工装上，所述双目结构光相机固定在所述机器人的法兰盘末端，所述机器人和所述双目结构光相机均与所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置通信连接，所述机器人能够移动以带动所述双目结构光相机的转动，能够实现对所述待加工水轮机的扫描并得到待加工水轮机叶片的型面数据，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置能够根据所述待加工水轮机叶片的型面数据以及预设模型进行匹配后得到两者之间的变换矩阵，并能够根据所述变换矩阵规划加工刀路轨迹，以控制所述机器人的末端根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
关于本发明实施例提供的水轮机叶片在位测量与加工的控制系统的工作原理可以参照前文的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法的描述，此处不再赘述。
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 (6)

1.一种水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制方法包括：
确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；
获取待加工水轮机叶片的型面数据；
将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；
根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；
规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；
控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工；
其中，所述获取待加工水轮机叶片的型面数据，包括：
当机器人移动至不同位置时，分别获取双目结构光相机对所述待加工水轮机叶片采集的不同位置叶片型面数据；
将不同位置叶片型面数据进行数据拼接得到所述待加工水轮机叶片的型面数据；
其中，所述将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵，包括：
将所述预设模型中对应的叶片特征分割出来作为叶片模型；
将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵；
其中，所述将所述叶片模型与所述型面数据进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：
将所述叶片模型与所述型面数据通过PCA算法进行粗匹配，得到粗匹配效果图；
根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵；
其中，所述根据ICP算法对所述粗匹配效果图进行精匹配处理，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵，包括：
将所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合与所述叶片模型中的点云集合进行配准，得到最优估计旋转矩阵和平移矩阵，其中配准表达式为：
Figure FDA0004206663630000011
其中，R*,t*表示最优估计旋转矩阵和平移矩阵，所述叶片模型中的点云集合表示为
Figure FDA0004206663630000012
所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合表示为
Figure FDA0004206663630000013
表示所述叶片模型中的点云集合的对应点，/>
Figure FDA0004206663630000014
表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的对应点，遍历所述叶片模型中的点云集合并通过最邻近算法能够获得与之对应的所述待加工水轮机叶片的型面数据中的对应点；
对所述叶片模型中的点云集合和所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合去中心化后，得到表达式为：
Figure FDA0004206663630000021
其中，
Figure FDA0004206663630000022
表示所述叶片模型中的点云集合的质心，/>
Figure FDA0004206663630000023
表示所述待加工水轮机叶片的型面数据中的点云集合的质心；
令
Figure FDA0004206663630000024
H表示3*3大小的矩阵，对H进行SVD分解得到H＝U∑VT，则最优估计旋转矩阵和平移矩阵表示为：
R*＝VUT，
Figure FDA0004206663630000025
根据所述最优估计旋转矩阵和平移矩阵得到所述待加工水轮机叶片的型面数据与所述叶片模型之间的变换矩阵M，其中M表示4*4大小的矩阵，
Figure FDA0004206663630000026
2.根据权利要求1所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，所述根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系，包括：
根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片相对所述机器人基坐标系的位姿关系，其中包括位置偏移量以及旋转角度位置数据。
3.根据权利要求1所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，所述规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹，包括：
将所述待加工水轮机叶片划分为叶片外侧面、叶片内侧面和月牙三个特征；
沿着月牙轮廓特征设置辅助面，规划开粗加工刀路；
依次规划叶片外侧面加工刀路以及叶片内侧面加工刀路；
规划月牙的精修加工刀路；
设置所述工件坐标系以及所述机器人的初始位置，以及设置跳转点位置。
4.根据权利要求3所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，还包括：
根据所述待加工水轮机叶片的不同特征确定对应的切削参数。
5.一种水轮机叶片在位测量与加工的控制装置，用于实现权利要求1至4中任意一项所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制方法，其特征在于，将待加工水轮机固定在工装上，将双目结构光相机固定在机器人法兰盘末端，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置包括：
第一确定模块，用于确定机器人与所述待加工水轮机的相对位置，以及确定机器人基坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；
获取模块，用于获取待加工水轮机叶片的型面数据；
匹配模块，用于将所述型面数据与预设模型进行匹配，得到待加工水轮机叶片的型面数据与所述预设模型之间的变换矩阵；
第二确定模块，用于根据所述变换矩阵确定所述待加工水轮机叶片的工件坐标系；
规划模块，用于规划待加工水轮机叶片在所述工件坐标系下的加工刀路轨迹；
控制模块，用于控制机器人根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
6.一种水轮机叶片在位测量与加工的控制系统，其特征在于，包括：待加工水轮机、工装、机器人、双目结构光相机和权利要求5所述的水轮机叶片在位测量与加工的控制装置，所述待加工水轮机固定在所述工装上，所述双目结构光相机固定在所述机器人的法兰盘末端，所述机器人和所述双目结构光相机均与所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置通信连接，所述机器人能够移动以带动所述双目结构光相机的转动，能够实现对所述待加工水轮机的扫描并得到待加工水轮机叶片的型面数据，所述水轮机叶片在位测量与加工的控制装置能够根据所述待加工水轮机叶片的型面数据以及预设模型进行匹配后得到两者之间的变换矩阵，并能够根据所述变换矩阵规划加工刀路轨迹，以控制所述机器人的末端根据所述加工刀路轨迹对所述待加工水轮机叶片进行加工。
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