[发明专利]一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法

说明书

本发明公开了一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法，包括以下步骤：统一测量坐标系和工件坐标系，检测工件获得接触测量数据；根据接触测量数据计算测量点的加工偏差和超差量OT；如果测量点的OT均不为零，则转入步骤4，否则结束；选择超差曲面，得到表面旋转配准矩阵和表面平移配准矩阵，分别将其耦合到工件旋转配准矩阵和工件平移配准矩阵中；根据指定机床的拓扑结构和工件旋转配准矩阵计算工件坐标系的调整量；根据指定机床的工件坐标系重新调整工件定位；根据调整量调整工件坐标系，检测工件获得接触测量数据，继续调整至满足要求；本发明简单易行，可满足工序件的多特征多约束条件下的加工位姿快速调整。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体涉及一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法。

背景技术

复杂零件精密加工通常涉及一系列的工序，由于工件定位误差、变形误差、机床几何误差及其他误差因素的存在，可能导致每道工序余量分布不均匀，甚至出现超差(OT)；因此非常有必要采用诸如在机检测系统、接触式扫描系统、非接触式三维扫描系统、坐标测量机(CMM)及坐标测量臂(CMR)等精密检测技术和仪器来检测工件工序之间的几何轮廓；在多工序加工中，针对后续工序的余量分布均化或误差补偿，大多采用调整工件定位、通过自适应夹具重新定位工件及重新生成数控(NC)程序等方法实现；对此，本发明提出了基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法，该方法通过工件配准实现机床工件坐标系重新定义，进而实现工件的重新定位；相对上述方法，该方法更加简便易行。

对于非接触式检测，配准算法主要集中在点云和CAD模型上；点集配准(PSR)是计算使点对最佳对齐的空间变换过程；使用最广泛的经典PSR算法是由Besl提出的迭代最近点(ICP)算法(Maiseli B,Gu Y,Gao H.Recent developments and trends in point setregistration methods[J].Journal of Visual Communication and ImageRepresentation,2017,46:95-106；Besl PJ,McKay ND.Method for registration of 3-dshapes,in:Robotics-DL Tentative[J].International Society for Optics andPhotonics,1992:586-606.)，该算法常用于自由曲线与曲面的配准(Sharp GC,Lee SW,Wehe DK.ICP registration using invariantfeatures[J].IEEE Transactions onPattern Analysis and Machine Intelligence,2002,24(1):90-102；Li ZX,Gou JB,ChuYX.Geometric algorithms forworkpiece localization[J].IEEE Trans Robot Autom,1998,14(6):864-878；Zhenhua X,Zexiang L.On the discrete symmetriclocalizationproblem[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2003,43(9):863-870；Chatelain JF,Fortin C.A balancing technique for optimalblank partmachining[J].PrecisionEngineering,2001,25(1):13-23.)；针对复杂零件，Zhu(Zhu LM,Xiong ZH,DingH,et al.A distance function based approach for localization andprofile error evaluation of complex surface[J].Journal of ManufacturingScience and Engineering,2004,126(3):542-54.)等提出了复杂刚性曲面的最佳配准算法，Sun(Sun YW,Xu JT,Guo DM,et al.A unified localization approach formachining allowance optimization of complex curved surfaces[J].Precisionengineering,2009,33(4):516-23.)开发了一种统一的大型曲面定位技术，满足用户定义的需优先保证加工余量的特定表面的约束；在实际应用中，由于余量分布的不同，PSR算法可能会导致约束条件冲突，并且可能无法获得最优解(Ying Z,Dinghua Z,Baohai W.Anapproach for machining allowance optimization of complex parts withintegrated structure[J].Journal ofComputationalDesignandEngineering,2015,(2):248-252.)。