[发明专利]一种基于立体标定块的五轴平台系统标定方法

说明书

本发明一种基于立体标定块的五轴平台系统标定方法，用于五轴运动机构的参数标定，待标定的运动机构至少包括三个平移坐标轴和两个旋转坐标轴；其特征在于：在五轴运动载体上设置至少两个光学传感器；在平台治具上放置至少一个立体标定块；利用RT矩阵计算方法建立起笛卡尔空间坐标系模型，以笛卡尔空间坐标系模型为基础对标定块各个检测面上建立起运动学模型；以被测运动机构的安装初始位置为基准，通过求解RT矩阵与安装初始位置之间的数值最优解以获得被测运动机构的各项参数。该方法通过一个标定体可以标定五轴的全部坐标系参数，仅需要立体标定块放置在载物台上即可，在标定完成后可以通过对标定块的测量来实现标定效果的评价。

技术领域

本发明涉及自动化结构的工业生产领域，特别是涉及一种基于立体标定块的五轴平台系统标定方法。

背景技术

在五轴运动机构中，如果不能比较准确地获得机构的五轴运动参数，会很大地影响系统的运动精度，对加工、组装、检测等都有很大的影响。

目前工业上五轴系统应用广泛，例如CNC，侧边点胶系统。但是没有成熟的五轴标定方法，有些标定过程仅标定了部分运动参数，不能实现全部运动参数的标定。在后续的运动控制模型中只修正了部分系统误差。

现有五轴系统标定技术中，常见的是基于平面标定板的标定方法。在这类方法中，系统的Z轴方向向量没有得到有效标定，A轴和C轴的Z向量也用的预设值(0,0,1)，另外，在得到向量之后，也没有建立起有效的RT矩阵。但是，在工业应用中，五轴系统在三维空间中的运动规划，需要更高精度的Z方向精度，以及更高精度的旋转轴测量精度。

发明内容

本发明提供一种基于立体标定块的五轴平台系统标定方法，其解决了目前标定技术中过程复杂，不能标定Z方向向量的问题。

本发明一种基于立体标定块的五轴平台系统标定方法，用于五轴运动机构的参数标定，待标定的运动机构至少包括三个平移坐标轴和两个旋转坐标轴；在五轴运动载体上设置至少两个光学传感器；在平台治具上放置至少一个立体标定块；利用RT矩阵计算方法建立起笛卡尔空间坐标系模型，以笛卡尔空间坐标系模型为基础对标定块各个检测面上建立起运动学模型；以被测运动机构的安装初始位置为基准，通过求解RT矩阵与安装初始位置之间的数值最优解以获得被测运动机构的各项参数。

优选的是，三个平移坐标轴分别为X、Y、Z轴，两个坐标旋转轴分别为：绕X轴或Y轴旋转的A轴、绕Z轴旋转的C轴。

优选的是，所述C轴在A轴上方，C轴随A轴的旋转一起运动，C轴被称为从轴，A轴被称为主轴。

优选的是，将X、Y、Z、A、C每个轴视为一个向量，向量被描述为向量过空间的一点P＝(x、y、z)^T和向量方向V＝(v_x、v_y、v_z)^T，根据各个向量的参数计算整个系统的RT矩阵。

优选的是，向量的参数计算方法：

第一、在X、Y、Z、A、C轴中选择一个轴设为第一基准轴；

第二、以第一基准轴定标，利用立体标定块的一个水平面确定该水平面内垂直坐标系中除第一基准轴以外的轴作为第二基准轴；

第三、以上述的两个基准轴定标，利用立体标定块的一个垂直面，并标定该垂直体系中的第三基准轴；

第四、确定绕第三基准轴转动的第四基准轴，标定第四基准轴的方向向量：通过在工作平台上放置立体标定块，一侧垫高使标定块呈α角度倾斜，旋转第四基准轴，取若干张光学数据，计算每次的标定块水平面的法向量，得到一个锥体，锥尖到锥底面的向量即为第四基准轴法向量；