[发明专利]一种数控切割机工件自动校准精准控制系统

摘要

本发明提供一种数控切割机工件自动校准精准控制系统，其特征在于，所述切割机自动送料系统包括工作台、铣刀、检测模块、控制台。其中，检测模块与控制台连接，可安装在工作台的任意固定位置。检测模块由三维激光扫描仪和点激光测距传感器串联组成。控制台由显示屏和校准按钮组成。本发明结合软料重复加工过程中产生的形变大、精度差的问题，以及人工校准的方式存在较大误差，效率较低的情况，设计一种工件坐标系自动校准系统，对工件坐标系进行误差补偿和自动校准，从而实现软料的精准加工，为企业带来更好的效益，具有市场应用价值。

主权项

1.一种数控切割机工件自动校准精准控制系统，其特征在于，包括工作台(1)、铣刀(2)、检测模块(3)、控制台(4)；所述检测模块(3)由三维激光扫描仪(31)和点激光测距传感器(32)以及精准控制器(33)串联组成；所述控制台(4)上由显示屏(41)和校准按钮(42)组成；所述检测模块(3)与所述控制台(4)连接，可以安装在所述工作台(1)的任意固定位置；按下所述校准按钮(42)后，所述精准控制器(33)启动所述三维激光扫描仪(31)和所述点激光测距传感器(32)，分别进行工序一和工序二操作；其中所述工序一是对切割机精度进行检测，用于评价工作台平面度；所述工序二是在所述工序一基础上对切割机工件进行自动校准操作；所述工序一的检测流程：所述铣刀(2)从起点位置以500mm/min的速度沿轴直线运动至最远端后返回至起点位置，运行过程中，所述三维激光扫描仪(31)扫描所述铣刀(2)的位姿点信息，用最小二乘法拟合出基线，计算测量点到基线的偏离值，若测量点在基线上方，偏离值为正，若测量点在基线下方，偏离值为负；平面度为最大偏离值与最小偏离值的差；若平面度大于切割机设计参数，所述显示屏(41)将显示“平面度不符合要求”提示，并终止所述工序二操作；若平面度满足要求，将启动所述工序二检测流程；所述工序二自动校准流程：所述三维激光扫描仪(31)扫描所述铣刀(2)的局部特征，在选取的局部特征基础上，所述点激光测距传感器(32)测量所述铣刀(2)的位置信息，抓取N_P个数据点，形成场景数据集P＝{p_i}；所述检测模块(3)中的模型数据集X＝{x_i}有i个数据点,i的最大值为N_X，如果检测范围扩大到场景数据集，则i的最大值为N_P；定义刚体变换向量为其中表示为旋转矢量，表示为平移矢量；适用于场景数据集合P＝{p_i}，对于P中估计的每一点p_i，找到模型数据集中的最近点x_i，将场景数据集和模型数据集中的最近点的距离平方和；然后开始计算场景点集和模型点集的重心向量，所述场景点集和所述模型点集的重心向量分别为：和其中为场景点集的重心向量，为模型点集的重心向量；然后由重心计算场景点集和模型点集的互协方差矩阵：其中T为矩阵的转置；利用∑_px的反对称阵构造列矢量Δ＝[A₂₃A₃₁A₁₂]^T，其中A₂₃A₃₁A₁₂分别为对i和j的取值时的A_ij，则可以求得4×4的对称矩阵，其中3×3的恒等矩阵为：其中I为单位阵单位特征向量可由矩阵的Q(∑_px)的最大特征值得到，认为是单位4个元素q₀ q₁ q₂ q₃表示的最优旋转，由可以计算旋转矩阵R：最后计算出平移变换再反复迭代至距离平方和的最近点收敛至指定的阈值为止，该阈值可以设为所述铣刀(2)灰度与所述工作台(1)灰度的平均灰度；由于已知模型工件坐标系原点位姿信息，因此可以求得工件坐标系的实际位姿，达到校准的目的；校准后的配准误差数据传输至所述控制台(4)，若配准误差小于等于0.5mm，表示校准工作完成，且配准误差越小，校准精度越高；若配准误差大于0.5mm，表示校准工作未完成，需按下所述校准按钮(42)，再次进行校准，直至配准误差小于等于0.5mm；通过配准误差值判断校准工作的完成情况，在所述显示屏(41)上显示“已校准”或“请再次校准”。