CN117798748A - 一种用于cnc倾斜主轴的自动视觉标定测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种适用性强，能快速简便标定主轴刀具与视觉相机之间位置关系的用于CNC倾斜主轴的自动视觉标定测量系统及测量方法。本发明包括刀具模组、载台移动模组以及俯拍相机，所述刀具模组和所述俯拍相机设置在所述载台移动模组的上方，所述载台移动模组搭载待加工产品做XY双轴位移及旋转角度调节，所述刀具模组调节主轴刀具的Z轴高度和切削角度，所述俯拍相机拍照检测所述刀具模组和所述载台移动模组的相对位置并检测产品外。本发明应用于自动视觉标定测量系统及测量方法的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及自动视觉标定测量系统及测量方法的技术领域，特别涉及一种用于CNC倾斜主轴的自动视觉标定测量系统及测量方法。
背景技术
在传统的CNC五轴控制系统特别是主轴刀具倾斜的情形下进行产品异形加工时，目前主要为人工参与设备的标定和测量，操作繁琐且产品加工精度因人而异，在实际生产中，为满足不同产品的异形加工，主轴刀具通常带有的倾斜角度，例如需要将正方体产品切割成符合精度要求的圆台，需要将主轴刀具倾斜一定的角度进行加工，现有技术对主轴刀具和待加工产品的几何中心位置关系计算时，必须要求刀具垂直，且标定时必须有仰拍相机辅助拍摄才能得到高精度的主轴刀具与俯视相机光学中心的位置关系，用于辅助定位测量的视觉设备成本较高，而且当主轴刀具角度发生变化或者更换主轴刀具后，需要工作人员再次繁琐的标定和测量验证，这种方式在实际生产中容易浪费人力成本，造成极大的不便利性。
公开号为CN103878478B的中国专利，一种三维激光加工工件定位测量装置及其方法公开包括 CCD检测系统、运动控制系统和显示系统 ；激光加工头安装于五轴联动数控机床末端，CCD 检测系统随激光加工头安装于五轴联动数控机床末端，CCD检测系统包括 CCD传感器、工业显微镜头和指示系统，CCD 传感器和指示系统均安装在工业显微镜头上，该发明需要将CCD检测系统固定在激光加工头上，在切削加工中切削刀头需要靠近产品进行加工，加工过程中有碎屑飞出，容易对检测镜头造成损坏，因此需要一种检测镜头与切削刀体分离的自动视觉标定测量系统及测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用性强，能快速简便标定主轴刀具与视觉相机之间位置关系的自动视觉标定测量系统及测量方法。
本发明所采用的技术方案是：本发明包括刀具模组、载台移动模组以及俯拍相机，所述刀具模组和所述俯拍相机设置在所述载台移动模组的上方，所述载台移动模组搭载待加工产品做XY双轴位移及旋转角度调节，所述刀具模组调节主轴刀具的Z轴高度和切削角度，所述俯拍相机拍照检测所述刀具模组和所述载台移动模组的相对位置并检测产品外形。
进一步，所述刀具模组包括主轴刀具、刀具角度调节装置以及刀具Z轴调节装置，所述刀具角度调节装置调节所述主轴刀具的倾斜角度，所述刀具Z轴调节装置带动所述刀具角度调节装置和所述主轴刀具沿Z轴方向上下运动，所述主轴刀具切削待加工产品。
进一步，所述载台移动模组包括X轴移动装置、Y轴移动装置、载台角度调节装置以及旋转台，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置调节所述载台角度调节装置的空间位置，所述旋转台设置在所述载台角度调节装置的活动端，所述载台角度调节装置调节旋转台角度使待加工产品转动切割位置。
进一步，该测量方法包括下述步骤：
S1、工作人员在所述旋转台上放置标定板，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置将所述旋转台移动至所述俯拍相机正下方并根据标定板标记点移动，所述俯拍相机依次对九个坐标点拍照定位，计算得出所述俯拍相机的图像坐标系和机械轴坐标系之间的仿射变换矩阵；
S2、所述旋转台移动到旋转基准点，所述载台角度调节装置调节所述旋转台转动0度-120度，所述旋转台旋转一定角度后所述俯拍相机拍照记录像素坐标点，至少获取五个点的像素坐标，根据仿射变换矩阵得出的机械坐标，结合五个像素坐标点，计算得到所述旋转台的旋转中心/>以及标定旋转中心时的机械坐标/>，完成所述旋转台的旋转中心标记；
S3、待加工产品放到所述旋转台上固定，所述刀具角度调节装置和所述刀具Z轴调节装置调节所述主轴刀具位置，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿X轴方向靠近所述主轴刀具对产品进行切割，记录加工位置机械坐标（X1,Y1）；
S4、所述旋转台移动至所述俯拍相机下方，所述俯拍相机拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S5，若产品加工圆度低，返回步骤S3；
S5、记录产品半径R1，调节所述主轴刀具角度和Z轴方向位置，所述旋转台移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿X轴方向靠近所述主轴刀具对产品进行切割，记录加工位置机械坐标（X2,Y2）；
S6、所述旋转台移动至所述俯拍相机下方，所述俯拍相机拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S7，若产品加工圆度低，返回步骤S5；
S7、记录产品半径R2，调节所述主轴刀具角度和Z轴方向位置，所述旋转台移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿Y轴方向靠近所述主轴刀具对工件进行切割，记录加工位置机械坐标（X3,Y3）；
S8、所述旋转台移动至所述俯拍相机下方，所述俯拍相机拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S9，若产品加工圆度低，返回步骤S7；
S9、记录产品半径R3和机械坐标（X3，Y3），计算主轴刀具当前姿态下与俯拍相机之间的关系。
进一步，步骤S9中计算主轴刀具最终加工姿态与俯拍相机之间的位置关系，由以下公式得到：
式（a1），计算三次加工的旋转中心：
设第一次旋转中心坐标为（a，b），，
设第二次旋转中心坐标为（c，d），，
设第三次旋转中心坐标为（e，f），；
式（b1），计算所述主轴刀具坐标：
设所述主轴刀具的坐标为（X，Y），得到下列方程组，
，从而计算确定所述主轴刀具的Y轴坐标正负值，并得出所述主轴刀具坐标（X，Y）；
式（c1）计算所述主轴刀具和所述俯拍相机的关系式：
所述主轴刀具坐标（X，Y）结合仿射变换矩阵，可得到/>，设所述俯拍相机为/>，得到方程，/>。
进一步，所述标定板上的九组标记点等间距设置。
本发明的有益效果是：由于本发明采用单组俯拍相机实现主轴刀具带倾斜角度时与俯视相机光学中心的位置关系标定，使用便捷操作简单，在产品加工测量时，通过俯拍相机对加工完成的产品进行相关几何特征测量，无需人工取下产品使用测量仪器检测，简化加工检测流程，针对不同产品可更换主轴刀具或改变倾斜角度，调整过程中快速建立主轴刀具和待加工产品几何中心位置关系，提高日常维护效率，简化维护流程，无需新增额外的仪器进行调节，使用成本低。
附图说明
图1是本发明的布局示意图；
图2是本发明标定板和俯拍相机的结构示意图；
图3是本发明步骤S1中九个坐标点拍照定位的示意图；
图4是本发明步骤S2中旋转中心标记的示意图；
图5是本发明步骤S1和步骤S2中心标定的流程图；
图6是本发明主轴刀具和俯拍相机标定的流程图；
图7是本发明的三次切削标定过程的示意图；
图8是本发明第一次和第二次旋转中心标记的示意图。
具体实施方式
如图1至图8所示，在本实施例中，本发明包括刀具模组、载台移动模组以及俯拍相机1，所述刀具模组和所述俯拍相机1设置在所述载台移动模组的上方，所述载台移动模组搭载待加工产品做XY双轴位移及旋转角度调节，所述刀具模组调节主轴刀具2的Z轴高度和切削角度，所述俯拍相机1拍照检测所述刀具模组和所述载台移动模组的相对位置并检测产品外形，刀具模组、载体移动模组和俯拍相机1均与外部控制组相连接，外部控制组接收刀具模组、载体移动模组和俯拍相机1移动和记录的数据完成计算，工作人员放入产品后按动按键，单组俯拍相机1实现主轴刀具2带倾斜角度时与俯视相机光学中心的位置关系标定，使用便捷操作简单，在产品加工测量时，通过俯拍相机1对加工完成的产品进行相关几何特征测量，无需人工取下产品使用测量仪器检测，简化加工检测流程，针对不同产品可更换主轴刀具2或改变倾斜角度，调整过程中快速建立主轴刀具2和待加工产品几何中心位置关系，提高日常维护效率，简化维护流程，无需新增额外的仪器进行调节，降低使用成本。
在本实施例中，所述刀具模组包括主轴刀具2、刀具角度调节装置以及刀具Z轴调节装置，所述刀具角度调节装置调节所述主轴刀具2的倾斜角度，所述刀具Z轴调节装置带动所述刀具角度调节装置和所述主轴刀具2沿Z轴方向上下运动，所述主轴刀具2切削待加工产品。
在本实施例中，所述载台移动模组包括X轴移动装置、Y轴移动装置、载台角度调节装置以及旋转台3，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置调节所述载台角度调节装置的空间位置，所述旋转台3设置在所述载台角度调节装置的活动端，所述载台角度调节装置调节旋转台3角度使待加工产品转动切割位置。
在本实施例中，该测量方法包括下述步骤：
S1、工作人员在所述旋转台上放置标定板4，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置将所述旋转台3移动至所述俯拍相机1正下方并根据标定板4标记点移动，所述俯拍相机1依次对九个坐标点拍照定位，计算得出所述俯拍相机1的图像坐标系和机械轴坐标系之间的仿射变换矩阵；
S2、所述旋转台3移动到旋转基准点，所述载台角度调节装置调节所述旋转台3转动0度-120度，所述旋转台3旋转一定角度后所述俯拍相机1拍照记录像素坐标点，至少获取五个点的像素坐标，根据仿射变换矩阵得出的机械坐标，结合五个像素坐标点，计算得到所述旋转台3的旋转中心/>以及标定旋转中心时的机械坐标/>，完成所述旋转台3的旋转中心标记；
S3、待加工产品放到所述旋转台3上固定，所述刀具角度调节装置和所述刀具Z轴调节装置调节所述主轴刀具位置，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿X轴方向靠近所述主轴刀具对产品进行切割，记录加工位置机械坐标（X1,Y1）；
S4、所述旋转台3移动至所述俯拍相机1下方，所述俯拍相机1拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S5，若产品加工圆度低，返回步骤S3；
S5、记录产品半径R1，调节所述主轴刀具角度和Z轴方向位置，所述旋转台3移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿X轴方向靠近所述主轴刀具对产品进行切割，记录加工位置机械坐标（X2,Y2）；
S6、所述旋转台3移动至所述俯拍相机1下方，所述俯拍相机1拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S7，若产品加工圆度低，返回步骤S5；
S7、记录产品半径R2，调节所述主轴刀具角度和Z轴方向位置，所述旋转台3移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿Y轴方向靠近所述主轴刀具对工件进行切割，记录加工位置机械坐标（X3,Y3）；
S8、所述旋转台3移动至所述俯拍相机1下方，所述俯拍相机1拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S9，若产品加工圆度低，返回步骤S7；
S9、记录产品半径R3和机械坐标（X3，Y3），计算主轴刀具2当前姿态下与俯拍相机1之间的关系。
在本实施例中，步骤S9中计算主轴刀具2最终加工姿态与俯拍相机1之间的位置关系，由以下公式得到：
式（a1），计算三次加工的旋转中心：设第一次旋转中心坐标为（a，b），，
设第二次旋转中心坐标为（c，d），，
设第三次旋转中心坐标为（e，f），；
式（b1），计算所述主轴刀具2坐标：
设所述主轴刀具2的坐标为（X，Y），得到下列方程组，
，从而计算确定所述主轴刀具2的Y轴坐标正负值，并得出所述主轴刀具2坐标（X，Y）；
式（c1）计算所述主轴刀具和所述俯拍相机1的关系式：
所述主轴刀具2坐标（X，Y）结合仿射变换矩阵，可得到/>，设所述俯拍相机1为/>，得到方程，/>。
在本实施例中，所述标定板4上的设置有若干标记点，若干所述标记点等间距设置，九点标定沿说明书附图3所示的线路完成位置标定。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (3)
1.一种用于CNC倾斜主轴的自动视觉标定测量系统的测量方法，其作用的自动视觉标定测量系统包括刀具模组、载台移动模组以及俯拍相机（1），所述刀具模组和所述俯拍相机（1）设置在所述载台移动模组的上方，所述载台移动模组搭载待加工产品做XY双轴位移及旋转角度调节，所述刀具模组调节主轴刀具（2）的Z轴高度和切削角度，所述俯拍相机（1）拍照检测所述刀具模组和所述载台移动模组的相对位置并检测产品外形；
所述刀具模组包括主轴刀具（2）、刀具角度调节装置以及刀具Z轴调节装置，所述刀具角度调节装置调节所述主轴刀具（2）的倾斜角度，所述刀具Z轴调节装置带动所述刀具角度调节装置和所述主轴刀具（2）沿Z轴方向上下运动，所述主轴刀具（2）切削待加工产品；
所述载台移动模组包括X轴移动装置、Y轴移动装置、载台角度调节装置以及旋转台（3），所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置调节所述载台角度调节装置的空间位置，所述旋转台（3）设置在所述载台角度调节装置的活动端，所述载台角度调节装置调节旋转台（3）角度使待加工产品转动切割位置，其特征在于：该测量方法包括下述步骤：
S1、工作人员在所述旋转台上放置标定板（4），所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置将所述旋转台（3）移动至所述俯拍相机（1）正下方并根据标定板（4）标记点移动，所述俯拍相机（1）依次对九个坐标点拍照定位，计算得出所述俯拍相机（1）的图像坐标系和机械轴坐标系之间的仿射变换矩阵；
S2、所述旋转台（3）移动到旋转基准点，所述载台角度调节装置调节所述旋转台（3）转动0度-120度，所述旋转台（3）旋转一定角度后所述俯拍相机（1）拍照记录像素坐标点，至少获取五个点的像素坐标，根据仿射变换矩阵得出的机械坐标，结合五个像素坐标点，计算得到所述旋转台（3）的旋转中心/>以及标定旋转中心时的机械坐标，完成所述旋转台（3）的旋转中心标记；
S3、待加工产品放到所述旋转台（3）上固定，所述刀具角度调节装置和所述刀具Z轴调节装置调节所述主轴刀具位置，所述X轴移动装置和所述Y轴移动装置移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿X轴方向靠近所述主轴刀具对产品进行切割，记录加工位置机械坐标（X1,Y1）；
S4、所述旋转台（3）移动至所述俯拍相机（1）下方，所述俯拍相机（1）拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S5，若产品加工圆度低，返回步骤S3；
S5、记录产品半径R1，调节所述主轴刀具角度和Z轴方向位置，所述旋转台（3）移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿X轴方向靠近所述主轴刀具对产品进行切割，记录加工位置机械坐标（X2,Y2）；
S6、所述旋转台（3）移动至所述俯拍相机（1）下方，所述俯拍相机（1）拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S7，若产品加工圆度低，返回步骤S5；
S7、记录产品半径R2，调节所述主轴刀具角度和Z轴方向位置，所述旋转台（3）移动产品至切割位置，所述主轴刀具启动，产品沿Y轴方向靠近所述主轴刀具对工件进行切割，记录加工位置机械坐标（X3,Y3）；
S8、所述旋转台（3）移动至所述俯拍相机（1）下方，所述俯拍相机（1）拍照并检测产品轮廓圆度及半径，若产品加工圆度高则进入步骤S9，若产品加工圆度低，返回步骤S7；
S9、记录产品半径R3和机械坐标（X3，Y3），计算主轴刀具（2）当前姿态下与俯拍相机（1）之间的关系。
2.根据权利要求1所述的一种用于CNC倾斜主轴的自动视觉标定测量系统的测量方法，其特征在于：步骤S9中计算主轴刀具（2）最终加工姿态与俯拍相机（1）之间的位置关系，由以下公式得到：
式（a1），计算三次加工的旋转中心：
设第一次旋转中心坐标为（a，b），，
设第二次旋转中心坐标为（c，d），，
设第三次旋转中心坐标为（e，f），；
式（b1），计算所述主轴刀具（2）坐标：
设所述主轴刀具（2）的坐标为（X，Y），得到下列方程组，
，从而计算确定所述主轴刀具（2）的Y轴坐标正负值，并得出所述主轴刀具（2）坐标（X，Y）；
式（c1）计算所述主轴刀具和所述俯拍相机（1）的关系式：
所述主轴刀具（2）坐标（X，Y）结合仿射变换矩阵，可得到/>，设所述俯拍相机（1）为/>，得到方程，。
3.根据权利要求1所述的一种用于CNC倾斜主轴的自动视觉标定测量系统的测量方法，其特征在于：所述标定板（4）上的设置有若干标记点，若干所述标记点等间距设置。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |