[发明专利]基于单目视觉的机床回转轴误差测量与辨识方法

说明书

本发明基于单目视觉的机床回转轴误差测量与辨识方法属于机床几何误差测量领域，涉及一种利用单目视觉测量机床回转轴几何误差测量与辨识的方法。该方法采用单目相机在回转轴间歇、连续两次回转的过程中，采集带有编码标记点的定位靶标图像，经过对间歇旋转的图像处理，重建编码标记点在机床坐标系下的坐标，利用理论点与实际点坐标在误差矩阵模型中的对应关系，求解机床独立位置误差，再经过对连续旋转拍摄得到的的图像处理求得机床综合误差，最后在机床综合误差中消除机床独立位置误差得到机床依赖位置误差。该方法有效解决了测量过程繁琐以及辨识模型复杂的问题，采用单目视觉实现非接触测量，设备成本低及设备鲁棒性高。

技术领域

本发明属于机床几何误差测量领域，涉及一种利用单目视觉测量机床回转轴几何误差测量与辨识的方法。

背景技术

随着航空、航天、核电、冶金等高技术领域的高速发展和加工水平的快速提高，对高端数控机床及装备的需求迅速增多，也对数控机床的加工精度提出更高要求。五轴联动数控加工作为空间连续、平滑、和复杂曲面的主要加工手段，较传统的三轴数控加工在加工精度、质量及效率上均有较大提升，而回转轴作为五轴数控机床的重要组成部分，其几何误差在加工中通过多轴耦合形成复杂的空间误差，严重影响机床的加工精度，所以研究五轴联动数控机床中回转轴误差的测量与辨识具有现实意义。目前主要的机床误差检测方法有：标准件测量、激光干涉仪、球杆仪、平面光栅、R-test等，其中视觉测量方法成本低、结构简便、测量精度高等优势，可实现机床误差的非接触测量，因此，发明一种操作方便、测量成本低，测量精度高的回转轴误差检测与辨识技术尤为重要。

华中科技大学的周向东、唐小琦等人发明的专利号为CN 105371793 A的“一种五轴机床旋转轴几何误差一次装卡测量方法”基于机构的空间误差模型，可通过一次装卡测量，计算出五轴数控机床两个旋转轴的十二项几何误差参数，但该方法属于接触式测量方法，且要求多测头逐一触碰正方体基准试件的不同测量面，操作过程较为繁琐。西安瑞特快速制造工程研究有限公司的林京、王琇峰等人发明的专利号为CN 102744648 A的“一种数控机床回转工作台误差测量与分离的方法”通过电涡流传感器使用测量在机床工作台面中心的金属圆环，结合误差解耦方法可完成机床几何误差的非接触测量，该方法结构简单、操作方便，但较适用于直线轴的误差检测，且成本较高，并不适用于回转轴误差的测量与辨识。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的问题，发明一种基于单目视觉的机床回转轴误差测量与辨识方法。该方法采用单目视觉系统结合定位靶标检测五轴数控机床的回转轴误差，实现了回转轴的单次测量多项误差分离。首先在机床工作台上安装含有编码标记点的定位靶标并对回转轴进行分度，在机床每隔一定分度值间歇旋转一周的过程中采集标记点图像，利用摄像机成像模型重建编码标记点机床坐标系下的坐标，将测量点坐标带入到误差矩阵模型中求解机床独立位置误差；之后设定机床连续回转一周，控制相机每隔相同分度值采集标记点图像，同理可求得机床综合误差，消除机床独立位置误差即为机床依赖位置误差，该方法利用编码标记点结合单目视觉实现数控机床回转轴误差的检测与辨识，有效解决了测量过程繁琐以及辨识模型复杂问题。辨识模型简单且为非接触测量，操作简易，设备成本低、鲁棒性高。

本发明所采用的技术方案是一种基于单目视觉的机床回转轴误差测量与辨识方法，其特征为，该方法采用单目相机在回转轴间歇、连续两次回转的过程中，采集带有编码标记点的定位靶标图像，经过对间歇旋转的图像处理，重建编码标记点在机床坐标系下的坐标，利用理论点与实际点坐标在误差矩阵模型中的对应关系，求解机床独立位置误差，再经过对连续旋转拍摄得到的的图像处理可求得机床综合误差，最后在机床综合误差中消除机床独立位置误差得到机床依赖位置误差；方法的具体步骤如下：

第一步，安装实验装置