CN107246852B - 基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构，该方法包括：建立第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系；控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度；基于所述转换关系，建立所述第一角度及所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型；基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。本发明实施例实现了对两个伺服角位移台的相交角度的测量标定。

Description

基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构

技术领域

本发明实施例涉及工业控制技术领域，具体地说，涉及一种基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构。

背景技术

角度调整机构是在CNC(Computer numerical control，计算机数字控制机床)进行加工作业时，对加工工件进行角度调整控制的装置。目前，广泛采用两个伺服角位移台联动构成的角度调整机构，通过控制两个伺服角位移台输出所需的角度，来实现工件的角度调整。

现有技术中，两个伺服角位移台通常按照摆动轴线正交的组装方式进行组装，以使得两个伺服角位移台形成90度正交形式。

但是，在机构组装过程中，难以控制两伺服角位移台的摆动轴线的正交程度，导致会出现角度偏差，因此，需要对两伺服角位移台的相交角度进行测量标定，以确定相交角度是否为正交角度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于角度调整机构的测量标定方法、装置及角度调整机构，用以解决现有技术中无法有效实现两伺服角位移台的相交角度的测量标定的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种基于角度调整机构的测量标定方法，所述角度调整机构包括：按照摆动轴线正交的组装方式安装在基座上的两个伺服角位移台；所述角度调整机构的执行面上安装标准反射板；所述标准反射板跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动；所述标准反射板上方安装自准直仪；所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，所述标准反射板与所述基座对应的基准水平面平行以及所述自准直仪的测量角度标定为测量零点；

所述方法包括：

建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系；其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合；

在两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系；其中，所述转换关系与所述两个伺服角位移台的夹角相关；

控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度；

基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型；

基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

优选地，所述两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系包括：

在所述第一伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系；

在所述第二伺服角位移台输出任意角度时，确定第二固联坐标系相对于所述第一固联坐标系的第二转换关系；

基于所述第一转换关系以及所述第二转换关系，建立所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系；

所述基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型包括：

基于所述第三转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

优选地，所述第三转换关系中包括以所述两个伺服角位移平台的夹角作为的未知参量；

所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角包括：

将所述倾斜角度利用所述计算模型的结果数据，计算获得所述第三转换关系的实际数据；

根据所述第三转换关系的实际数据，计算获得的所述未知参量作为所述两个伺服角位移台的实际夹角。

优选地，所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角包括：

根据所述两个伺服角位移平台的理论夹角以及所述计算模型，计算获得所述标准反射板相对于所述基准坐标系的待校正角度；

比较所述待校正角度以及所述倾斜角度是否一致；

如果是，确定所述两个伺服角位移台的实际夹角为所述理论夹角；

如果否，基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

优选地，所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角之后，所述方法还包括：

计算所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角的偏差数值；

将所述偏差数值输入所述角度调整机构的数控***，以供所述数控***执行角度调整时，基于所述偏差数值控制所述两个伺服角位移台的输出角度。

本发明的第二方面提供一种基于角度调整机构的测量标定装置，所述角度调整机构包括：按照摆动轴线正交的组装方式安装在基座上的两个伺服角位移台；所述角度调整机构的执行面上安装标准反射板；所述标准反射板跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动；所述标准反射板上方安装自准直仪；所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，所述标准反射板与所述基座对应的基准水平面平行以及所述自准直仪的测量角度标定为测量零点；

所述装置包括：

第一建立模块，用于建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系；其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合；

第一确定模块，用于在两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系；其中，所述转换关系与所述两个伺服角位移台的夹角相关；

第一测量模块，用于控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度；

第二建立模块，用于基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型；

第一计算模块，用于基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

优选地，所述第一确定模块包括：

第一确定单元，用于在所述第一伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系；

第二确定单元，用于在所述第二伺服角位移台输出任意角度时，确定第二固联坐标系相对于所述第一固联坐标系的第二转换关系；

第三确定单元，用于基于所述第一转换关系以及所述第二转换关系，建立所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系；

所述第二建立模块包括：

第一建立单元，用于基于所述第三转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

优选地，所述第三转换关系中包括以所述两个伺服角位移平台的夹角作为的未知参量；

所述第一计算模块包括：

第一计算单元，用于将所述倾斜角度利用所述计算模型的结果数据，计算获得所述第三转换关系的实际数据；

第二计算单元，用于根据所述第三转换关系的实际数据，计算获得的所述未知参量作为所述两个伺服角位移台的实际夹角。

优选地，所述第一计算模块包括：

第三计算单元，用于根据所述两个伺服角位移平台的理论夹角以及所述计算模型，计算获得所述标准反射板相对于所述基准坐标系的待校正角度；

第一比较单元，用于比较所述待校正角度以及所述倾斜角度是否一致；如果是，确定所述两个伺服角位移台的实际夹角为所述理论夹角；如果否，基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

优选地，所述装置还包括：

第二计算模块，用于计算所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角的偏差数值；

第一输出模块，用于将所述偏差数值输入所述角度调整机构的数控***，以供所述数控***执行角度调整时，基于所述偏差数值控制所述两个伺服角位移台的输出角度。

本发明的第二方面提供一种角度调整机构，所述角度调整机构包括：

基座；

按照摆动轴正交的组装方式安装在所述基座上的两个伺服角位移台；

安装在所述角度调整机构执行面上的标准反射板；其中，所述标准反射板根据所述两个伺服角位移平台的联动而运动；

安装在所述标准反射板上方的自准直仪；其中，所述两个伺服角位移平台均处于角度原点时，所述标准反射板与所述安装基座对应基准水平面平行，所述自准直仪的测量角度标定为测量零点。

本发明中，通过设置角度调整机构，包括以正交方式安装的两个伺服角位移台，标准反射板以及自准直仪，所述两个伺服角位移台中的第一伺服角位移台可以建立第一固联坐标系，第二伺服角位移台可以建立第二固联坐标系，以及基于两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系。当坐标系建立后可以根据伺服角位移台的坐标器进行相应的伺服角位移台的伺服角转动，并形成相应的角度转换关系，可以在所述两个伺服角位移台在产生角度倾斜时，可以对所述伺服角位移台之间的角度换换关系进行转换，可以得到相应的两个伺服角位移台的实际夹角，通过该实际夹角可以确定两个伺服角位移平台的摆动轴线是否正交，相交角度是否为正交角度，有效实现了相交角度的测量标定，从而基于该实际夹角，可以确定两伺服角位移台的角度偏差，基于该角度偏差可以对角度调整机构的输出角度进行补偿校正。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提供的一种角度调整机构的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的一种基于角度调整机构的测量标定方法的一个实施例的流程图；

图3是本发明提供的一种基于角度调整机构的测量标定方法的又一个实施例的流程图；

图4是本发明提供的一种基于角度调整机构的测量标定装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明实施例主要应用于数据领域的空间角度自动调整场景中，主要是通过实际确定两个伺服角位移台的实际角度与理论角度的差距，通过角度差距对两个伺服角位移台的联动时的实际联动角度进行角度补偿，以确保控制角度的准确性。

现有技术中，CNC***在进行加工作业时，需要对加工工件进行角度调整，通常对加工工件的角度调整由双伺服角位移台联动来进行角度调整。通常情况下，双伺服角位移台在组装时会形成90度正交形式，但是，在实际上组装时，实际的双伺服角位移台的组装角度通常不能达到恰好为90度正交形式，有可能存在一定的角度偏差。例如，双伺服角位移台组装的理论角度通常为90度，但在实际组装时，组装角度可能是90.1度，这就存在0.1度的角度偏差。当这种角度偏差存在时，可能会造成所述两个伺服角位移台在输出控制角度时，双伺服角位移台本身存在角度偏差造成实际对工件的控制角度出现偏差，造成加工工件加工过程中出现加工偏差，造成工件误差较大。

发明人研究发现，虽然双伺服角位移台存在正交角度偏差，但是在实际应用中这个问题往往被忽略，造成不必要的加工工件的精度损失。发明人经过一系列的研究发现，双伺服角位移台构成的角度调整机构的正交角度偏差之所以被忽略是由于双伺服角位移台在组装过程中无法对伺服角位移台的摆动轴线进行标定，进而不能时间测量两个伺服角位移台的实际角度。因此，发明人提出了本发明的技术方案。

本发明实施例中，在CNC***中增加了标准反射板以及激光自准直仪两个装置。在两个伺服角位移台均处于角度原点时，可以建立基准坐标系；在两个伺服角位移台均输出任一角度时，确定两个伺服角位移台分别对应的第一固联坐标系以及第二固联坐标系，并可以确定所述第一固联坐标系、第二固联坐标系与所述基准坐标系之间的转换关系。在所述两个伺服角位移台分别输出第一角度以及第二角度时，即可利用标准反射板以及激光自准仪来确定基于所述两个固联坐标系相对于基准坐标系的倾斜角度；根据所述转换关系，可以建立第一角度、第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型，并基于所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。进而可以根据所述两个伺服角位移台的实际夹角，通过该实际夹角可以确定两个伺服角位移台的摆动轴线是否正交，相交角度是否为正交角度，有效实现了相交角度的测量标定，从而基于该实际夹角，可以确定两伺服角位移台的角度偏差，基于该角度偏差可以对角度调整机构的输出角度进行补偿校正。

下面将结合附图对本发明实施例进行详细描述。

如图1所示，为本发明提供的一种角度调整机构的一个实施例的结构示意图，该角度调整机构可以包括：

基座100；

按照摆动轴线正交的组装方式安装在基座100上的两个伺服角位移台；该两个伺服角位移台包括第一伺服位移台101以及第二伺服位移台102。

所述角度调整机构的执行面上安装标准反射板103；其中，所述标准反射板103可以跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动；

安装在所述标准反射板103上方的自准直仪104；其中，所述两个伺服角位移台101以及102均处于角度原点时，所述标准反射板103与所述基座100对应的基准水平面平行以及所述自准直仪104的测量角度标定为测量零点。

其中，所述自准直仪104可以为激光自准直仪，所述自准直仪104安装于所述标准反射板103的上方。当所述两个伺服角位移台101以及102的摆动角度均为0，也即处于角度原点时，所述自准直仪的测量角度示值为0；此时所述激光自准直仪发出的激光被所述标准反射板103按原路返回，并未发生任何角度倾斜。

如图2所示，为本发明提供的基于图1所示的角度调整机构的测量标定方法一个实施例的流程图，所述方法可以包括以下几个步骤：

201：建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系。

其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合。

可选地，所述伺服角位移台为可以用于CNC***中的加工工件进行倾斜角度控制的机械控制装置。通常情况下，可以由两个伺服角位移台联动进行加工工件的倾斜角度的控制，两个伺服角位移台的摆动轴被设计为90度正交。也即所述两个伺服角位移台在组装时需要组装为摆动轴正交90的状态，由于组装过程中，两个伺服角位移台的摆动轴又无法标定，造成所述两个伺服角位移台的摆动轴之间的实际角度可能并不是恰好正交的90度，存在一定的角度误差。一旦组装完成，所述两个伺服角位移台的即被固联在CNC***中，所述角度误差即无法再进行调整。因此，需要在后续利用所述两个伺服角位移台进行加工工件的倾斜角度控制时，可以针对所述角度误差进行修正。

所述两个伺服角位移台本身固联有对应的坐标系，可以根据所述两个位移台本身固联的坐标系可以确定第一固联坐标系、第二固联坐标系。所述第一固联坐标系以及所述第二固联坐标系均为笛卡尔坐标系，也即直角坐标系。当所述两个伺服角位移台的摆动轴转动时，其对应的第一固联坐标系、第二固联坐标系也发生相应的角度转动。

所述两个伺服角位移台处于角度原点时，此时，标准反射板平行于安装基座的基准水平面，此时，自准直仪测量得到的角度输出为0，可以将此时垂直于安装基座的基准水平面的法向量可以设置为Z轴。两个伺服角位移台的设计为90度正交，因此可以将处于角度原点的两个伺服角位移台中的任一个伺服角位移台的轴向设置为指向X轴，另一个伺服角位移台的轴向设置为指向Y轴。进而可以建立相应的基准多半系。此时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、第二固联坐标系的坐标系方向相同或机器。

202：在两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系。

其中，所述转换关系与所述两个伺服角位移台的夹角相关。

所述两个伺服角位移台的摆动轴摆动时，其固联坐标系的随之发生变化。

所述两个伺服角位移台摆动轴变化时，会产生二者的一个联动变化，而二者的联动变化会引起所述标准反射板的变化，进而自准直仪发出的激光在进行反射时，即可以产生反射激光的角度变化，自准直仪可以根据检测到的反射激光的变化，计算所述两个伺服位移台的变化角度，并输出所述变化角度。

所述两个伺服角位移台输出任一角度时，第一固联坐标系、第二固联坐标系会随之产生相应的夹角变化。可以基于空间坐标系的转换关系，确定所述第一固联坐标系、第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的转动关系。

当所述两个伺服角位移台输出任一角度时，所述第一固联坐标系以及所述第二固联坐标系与所述基准坐标系可以如图3所示，图3中，包含了3个坐标系，其中包括，由x0，y0，z0构成的基准坐标系{0}；由x1，y1，z1构成的第一固联坐标系{1}；由x2，y2，z2构成的第二固联坐标系{2}。图3所示的坐标系中，为了更方便地展示不同坐标系之间的角度变化，将基准坐标系与第一固联坐标系的坐标原点设置为相同，在实际应用中，二者的坐标原点可以不同。

203：控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度。

由于所述标准反射板安装于角度调整机构的执行面上，在所述两个伺服角位移平台联动转动时，标准反射板跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动。

可选地，CNC***控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度时，自准直仪可以利用标准反射板确定出相对于基准坐标系的倾斜角度。

204：基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

所述第一角度与第二角度分别为两个伺服位移台的固联坐标系相较于所述基准坐标系的角度变化，所述第一角度以及所述第二角度可以由所述自直准仪测量得到。

所述转换关系为所述两个伺服角位移台按照摆动轴转动后，形成的第一固联坐标系、第二固联坐标系与基准坐标系的转换关系，基于所述转换关系，可以将所述第一固联坐标系、第二固联坐标系映射装置所述基准坐标系中。

基于所述第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的映射关系，即可以确定所述第一固联坐标系、第二固联坐标系通过所述第一角度、第二角度的映射即可以确定出映射的基准坐标系的计算模型。

205：基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

所述计算模型为一个计算等式，公式的其他计算量已知的情况下，可以将两个伺服角位移台的实际夹角作为未知参量，引入公式，通过矩阵计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

本发明实施例中，通过引入角度调整机构，利用角度调整机构中的标准反射板以及自准直仪来确定两个伺服角位移台的倾斜角度。并可以确定在量伺服角位移台输出任意角度时，第一固联角度以及第二固联角度以及所述基准坐标系的转换关系，并基于所述转换关系确定基准坐标系的计算模型，并根据所述计算模型，可以根据所述倾斜角度分别计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。通过该实际夹角可以确定两个伺服角位移台的摆动轴线是否正交，相交角度是否为正交角度，有效实现了相交角度的测量标定，从而基于该实际夹角，可以确定两伺服角位移台的角度偏差，基于该角度偏差可以对角度调整机构的输出角度进行补偿校正。

如图3所示，为本发明提供的基于图1所示的角度调整机构的测量标定方法又一个实施例的流程图，所述方法可以包括以下几个步骤：

301：建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系。

其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合。

302：在所述第一伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系。

本发明实施例中，假设所述第一伺服角位移台的固联坐标系为第一固联坐标系，假设所述第二伺服角位移台的固联坐标系为第二固联坐标系。所述第一伺服角位移台输出的任意角度为θ₁，则第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系可以表示为：

303：在所述第二伺服角位移台输出任意角度时，确定第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第二转换关系。

所述第一伺服角位移台与所述第二伺服角位移台的摆动轴线90度正交，假设所述第一伺服角位移台与所述第二伺服角位移台之间的机械距离为d，因此，所述第一固联坐标系相对于所述第二固联坐标系之间的距离转置矩阵为：

所述第一固联坐标系相对于所述第二固联坐标系之间的角度转换矩阵为：

则基于上述公式2以及公式3可以获知所述第一固联坐标系相对于所述第二固联坐标系之间的第二转换关系为：

4304：基于所述第一转换关系以及所述第二转换关系，建立所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系。

基于上述公式1以及公式4可以获知所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系：

305：控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度。

306：基于所述第三转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

由于所述第一伺服角位移台与所述第二伺服角位移台之间理论上为正交关系，因此，认为所述第一角度θ₁、所述第二角度θ₂合成后的合成角度，可以有自直准仪通过标准反射板对激光的反射得到，该合成角度可以用笛卡尔坐标系表示，分解为相应的单位矢量形式：

其中，x，y，z为当前自直准仪采集的激光分别与标准反射板相对于基准坐标系X轴、Y轴、Z轴的角度大小。

由此，将合成角度分分解为如公式6所示的公式时，将其进行其次坐标变换后，得到所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的单位转换矩阵：

其中，公式7为单位转换矩阵。

而由于当所述两个伺服角位移台均置为角度原点时，也即θ₁＝0，θ₂＝0时，此时第二固联坐标系相对于自直准仪发射的激光垂直于所述标准反射板，此时，可以取所述第二固联坐标系在基准坐标系中的单位法向量为：

[1，0，0]^T 公式8

由于公式5为的转换关系并不为单位转换关系，因此，可以通过公式5与公式8确定出所述第二固联坐标系与所述基准坐标系的单位转换矩阵：

其中，该单位转换矩阵中将所述单位法向量进行了齐次变换，以能与所述公式5的转换关系矩阵能够进行矩阵运算。

由此，所述公式9与所述公式7的转换矩阵在两个伺服台角位移等式成立：

10上述公式10中，所述两个伺服角位移台呈90度正交，所述第一固联坐标系相对于所述第二固联坐标系之间的距离转置矩阵为公式2。当所述两个伺服角位移台的不为90度正交时，也即，所述两个伺服角位移台的实际夹角不为90度时，所述第一固联坐标系相对于所述第二固联坐标系之间的距离转置矩阵为未知矩阵D，该未知矩阵D与所述两个伺服角位移台的实际夹角相关联，而在公式10中其他变量，如x、y、z以及θ₁、θ₂已知，因此可以得出位置矩阵公式：

通过矩阵计算可以得到相应的未知矩阵D，所述公式10即为所述计算模型的一种。

307：基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

作为一种可能的实现方式，所述第三转换关系中包括以所述两个伺服角位移台的夹角作为的未知参量；

假设所述未知参量为θ′,则上述公式4可以简化表示为：

所述公式12中的矩阵Trans(d，0，0)Rot(x，θ′)＝D，继而可以计算出该未知参量θ′。

所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角可以包括：

将所述倾斜角度作为所述计算模型的结果数据，计算获得所述第三转换关系的实际数据；

根据所述第三转换关系的实际数据，计算获得的所述未知参量作为所述两个伺服角位移台的实际夹角。

在实际测试过程中，在公式10中其他变量，如x、y、z以及θ₁、θ₂已知，将其输入相应的公式10，即可以获得相应的未知矩阵D，将所述公式D以及相应的θ₂等数据带入所述公式11，进而可以获得未知参量为θ′，即得到所述两个伺服角位移台的实际夹角。

本发明实施例中，通过第一转换关系以及第二转换关系，可以建立第二固联坐标系与基准坐标系之间的第三转换关系，并基于该第三转换关系，可以计算出第一角度以及第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。而所述两个伺服角位移台的夹角可以作为未知参量输入所述计算模型，并根据计算模型中的实际数据可以计算出该未知参量，即可获得所述两个伺服角位移台的夹角。通过角度转换关系可以准确计算实际的两个伺服位移台的夹角，保障了所述两个伺服角位移台的实际夹角，从而基于该实际夹角，可以确定两伺服角位移台的角度偏差，基于该角度偏差可以对角度调整机构的输出角度进行补偿较真。

作为又一个实施例，所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角可以包括：

根据所述两个伺服角位移台的理论夹角以及所述计算模型，计算获得所述标准反射板相对于所述基准坐标系的待校正角度；

比较所述待校正角度以及所述倾斜角度是否一致；

如果是，确定所述两个伺服角位移台的实际夹角为所述理论夹角；

如果否，基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

本发明实施例中，在计算所述两个伺服角位移台的实际夹角时，可以先确认相应的待矫正角度，通过判断所述待矫正角度与所述倾斜角度是否一致，一致时，即说明所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角并不存在误差，可以直接确定所述两个伺服角位移台的实际夹角即为所述理论夹角。所述待矫正角度与所述倾斜角度不一致时，再计算所述两个伺服角位移台的实际夹角，进而可以避免盲目地计算计算模型，可以节约相关的计算步骤，提高所述两个伺服角位移台的实际夹角的确定效率。

作为又一个实施例，所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角之后，所述方法还可以包括：

计算所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角的偏差数值；

将所述偏差数值输入所述角度调整机构的数控***，以供所述数控***执行角度调整时，基于所述偏差数值控制所述两个伺服角位移台的输出角度。

本发明实施例中，在获得所述两个伺服角位移台的实际夹角后，将所述实际夹角与理论夹角进行比对，获得两个夹角的偏差数值，可以利用该偏差数据对数控***利用两个伺服角位移台数据控制住角度时，进行输出角度的补偿，输出角度的补偿可以达到控制角度的优化，进而可以提高加工工件的精度。

如图4所示，为本发明提供的一种基于图1所示角度调整机构的测量标定装置一个实施例的结构示意图

所述装置可以包括以下几个模块：

第一建立模块401，用于建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系。

其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合。

可选地，所述伺服角位移台为可以用于CNC***中的加工工件进行倾斜角度控制的机械控制装置。通常情况下，可以由两个伺服角位移台联动进行加工工件的倾斜角度的控制，两个伺服角位移台的摆动轴被设计为90度正交。也即所述两个伺服角位移台在组装时需要组装为摆动轴正交90的状态，由于组装过程中，两个伺服角位移台的摆动轴又无法标定，造成所述两个伺服角位移台的摆动轴之间的实际角度可能并不是恰好正交的90度，存在一定的角度误差。一旦组装完成，所述两个伺服角位移台的即被固联在CNC***中，所述角度误差即无法再进行调整。因此，需要在后续利用所述两个伺服角位移台进行加工工件的倾斜角度控制时，可以针对所述角度误差进行修正。

所述两个伺服角位移台本身固联有对应的坐标系，可以根据所述两个位移台本身固联的坐标系可以确定第一固联坐标系、第二固联坐标系。所述第一固联坐标系以及所述第二固联坐标系均为笛卡尔坐标系，也即直角坐标系。当所述两个伺服角位移台的摆动轴转动时，其对应的第一固联坐标系、第二固联坐标系也发生相应的角度转动。

所述两个伺服角位移台处于角度原点时，此时，标准反射板平行于安装基座的基准水平面，此时，自准直仪测量得到的角度输出为0，可以将此时垂直于安装基座的基准水平面的法向量可以设置为Z轴。两个伺服角位移台的设计为90度正交，因此可以将处于角度原点的两个伺服角位移台中的任一个伺服角位移台的轴向设置为指向X轴，另一个伺服角位移台的轴向设置为指向Y轴。进而可以建立相应的基准多半系。此时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、第二固联坐标系的坐标系方向相同或机器。

第一确定模块402，用于在两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系。

其中，所述转换关系与所述两个伺服角位移台的夹角相关。

所述两个伺服角位移台摆动轴变化时，会产生二者的一个联动变化，而二者的联动变化会引起所述标准反射板的变化，进而自准直仪发出的激光在进行反射时，即可以产生反射激光的角度变化，自准直仪可以根据检测到的反射激光的变化，计算所述两个伺服位移台的变化角度，并输出所述变化角度。

所述两个伺服角位移台输出任一角度时，第一固联坐标系、第二固联坐标系会随之产生相应的夹角变化。可以基于空间坐标系的转换关系，确定所述第一固联坐标系、第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的转动关系。

第一测量模块403，用于控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度。

由于所述标准反射板安装于角度调整机构的执行面上，在所述两个伺服角位移平台联动转动时，标准反射板跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动。

可选地，CNC***控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度时，自准直仪可以利用标准反射板确定出相对于基准坐标系的倾斜角度。

第二建立模块404，用于基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

所述第一角度与第二角度分别为两个伺服位移台的固联坐标系相较于所述基准坐标系的角度变化，所述第一角度以及所述第二角度可以由所述自直准仪测量得到。

所述转换关系为所述两个伺服角位移台按照摆动轴转动后，形成的第一固联坐标系、第二固联坐标系与基准坐标系的转换关系，基于所述转换关系，可以将所述第一固联坐标系、第二固联坐标系映射装置所述基准坐标系中。

基于所述第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的映射关系，即可以确定所述第一固联坐标系、第二固联坐标系通过所述第一角度、第二角度的映射即可以确定出映射的基准坐标系的计算模型。

第一计算模块405，用于基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

所述计算模型为一个计算等式，公式的其他计算量已知的情况下，可以将两个伺服角位移台的实际夹角作为未知参量，引入公式，通过矩阵计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

本发明实施例中，通过引入角度调整机构，利用角度调整机构中的标准反射板以及自准直仪来确定两个伺服角位移台的倾斜角度。并可以确定在量伺服角位移台输出任意角度时，第一固联角度以及第二固联角度以及所述基准坐标系的转换关系，并基于所述转换关系确定基准坐标系的计算模型，并根据所述计算模型，可以根据所述倾斜角度分别计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。通过该实际夹角可以确定两个伺服角位移台的摆动轴线是否正交，相交角度是否为正交角度，有效实现了相交角度的测量标定，从而基于该实际夹角，可以确定两伺服角位移台的角度偏差，基于该角度偏差可以对角度调整机构的输出角度进行补偿校正。

作为一个实施例，所述第一确定模块可以包括：

第一确定单元，用于在所述第一伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系；

第二确定单元，用于在所述第二伺服角位移台输出任意角度时，确定第二固联坐标系相对于所述第一固联坐标系的第二转换关系；

第三确定单元，用于基于所述第一转换关系以及所述第二转换关系，建立所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系；

所述第二建立模块可以包括：

第一建立单元，用于基于所述第三转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

作为一种可能的实现方式，所述第三转换关系中包括以所述两个伺服角位移平台的夹角作为的未知参量；

所述第一计算模块可以包括：

第一计算单元，用于将所述倾斜角度利用所述计算模型的结果数据，计算获得所述第三转换关系的实际数据；

第二计算单元，用于根据所述第三转换关系的实际数据，计算获得的所述未知参量作为所述两个伺服角位移台的实际夹角。

本发明实施例中，通过第一转换关系以及第二转换关系，可以建立第二固联坐标系与基准坐标系之间的第三转换关系，并基于该第三转换关系，可以计算出第一角度以及第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。而所述两个伺服角位移台的夹角可以作为未知参量输入所述计算模型，并根据计算模型中的实际数据可以计算出该未知参量，即可获得所述两个伺服角位移台的夹角。通过角度转换关系可以准确计算实际的两个伺服位移台的夹角，保障了所述两个伺服角位移台的实际夹角，从而基于该实际夹角，可以确定两伺服角位移台的角度偏差，基于该角度偏差可以对角度调整机构的输出角度进行补偿较真。

作为又一个实施例，所述第一计算模块可以包括：

第三计算单元，用于根据所述两个伺服角位移平台的理论夹角以及所述计算模型，计算获得所述标准反射板相对于所述基准坐标系的待校正角度；

第一比较单元，用于比较所述待校正角度以及所述倾斜角度是否一致；如果是，确定所述两个伺服角位移台的实际夹角为所述理论夹角；如果否，基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

本发明实施例中，在计算所述两个伺服角位移台的实际夹角时，可以先确认相应的待矫正角度，通过判断所述待矫正角度与所述倾斜角度是否一致，一致时，即说明所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角并不存在误差，可以直接确定所述两个伺服角位移台的实际夹角即为所述理论夹角。所述待矫正角度与所述倾斜角度不一致时，再计算所述两个伺服角位移台的实际夹角，进而可以避免盲目地计算计算模型，可以节约相关的计算步骤，提高所述两个伺服角位移台的实际夹角的确定效率。

作为又一个实施例，所述装置还可以包括：

第二计算模块，用于计算所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角的偏差数值；

第一输出模块，用于将所述偏差数值输入所述角度调整机构的数控***，以供所述数控***执行角度调整时，基于所述偏差数值控制所述两个伺服角位移台的输出角度。

本发明实施例中，在获得所述两个伺服角位移台的实际夹角后，将所述实际夹角与理论夹角进行比对，获得两个夹角的偏差数值，可以利用该偏差数据对数控***利用两个伺服角位移台数据控制住角度时，进行输出角度的补偿，输出角度的补偿可以达到控制角度的优化，进而可以提高加工工件的精度。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于角度调整机构的测量标定方法，其特征在于，所述角度调整机构包括：按照摆动轴线正交的组装方式安装在基座上的两个伺服角位移台；所述角度调整机构的执行面上安装标准反射板；所述标准反射板跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动；所述标准反射板上方安装自准直仪；所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，所述标准反射板与所述基座对应的基准水平面平行以及所述自准直仪的测量角度标定为测量零点；

所述方法包括：

建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系；其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合；

在两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系；其中，所述转换关系与所述两个伺服角位移台的夹角相关；

控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度；

基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型；

基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系包括：

在所述第一伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系；

在所述第二伺服角位移台输出任意角度时，确定第二固联坐标系相对于所述第一固联坐标系的第二转换关系；

基于所述第一转换关系以及所述第二转换关系，建立所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系；

所述基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型包括：

基于所述第三转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三转换关系中包括以所述两个伺服角位移平台的夹角作为的未知参量；

所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角包括：

将所述倾斜角度利用所述计算模型的结果数据，计算获得所述第三转换关系的实际数据；

根据所述第三转换关系的实际数据，计算获得的所述未知参量作为所述两个伺服角位移台的实际夹角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角包括：

根据所述两个伺服角位移平台的理论夹角以及所述计算模型，计算获得所述标准反射板相对于所述基准坐标系的待校正角度；

比较所述待校正角度以及所述倾斜角度是否一致；

如果是，确定所述两个伺服角位移台的实际夹角为所述理论夹角；

如果否，基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角之后，所述方法还包括：

计算所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角的偏差数值；

将所述偏差数值输入所述角度调整机构的数控***，以供所述数控***执行角度调整时，基于所述偏差数值控制所述两个伺服角位移台的输出角度。

6.一种基于角度调整机构的测量标定装置，其特征在于，所述角度调整机构包括：按照摆动轴线正交的组装方式安装在基座上的两个伺服角位移台；所述角度调整机构的执行面上安装标准反射板；所述标准反射板跟随所述两个伺服角位移台的联动而运动；所述标准反射板上方安装自准直仪；所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，所述标准反射板与所述基座对应的基准水平面平行以及所述自准直仪的测量角度标定为测量零点；

所述装置包括：

第一建立模块，用于建立所述两个伺服角位移台中第一伺服角位移台对应的第一固联坐标系以及第二伺服角位移台对应的第二固联坐标系，以及在所述两个伺服角位移台均处于角度原点时，基于所述两个伺服角位移台的摆动轴线建立基准坐标系；其中，所述两个伺服角位移台处于角度原点时，所述基准坐标系与所述第一固联坐标系、所述第二固联坐标系的坐标系方向重合；

第一确定模块，用于在两个伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系、第二固联坐标系以及所述基准坐标系的转换关系；其中，所述转换关系与所述两个伺服角位移台的夹角相关；

第一测量模块，用于控制所述两个伺服角位移平台分别输出第一角度以及第二角度，并根据所述自准直仪测量获得标准反射板相对于基准坐标系的倾斜角度；

第二建立模块，用于基于所述转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型；

第一计算模块，用于基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：

第一确定单元，用于在所述第一伺服角位移台输出任意角度时，确定第一固联坐标系相对于所述基准坐标系的第一转换关系；

第二确定单元，用于在所述第二伺服角位移台输出任意角度时，确定第二固联坐标系相对于所述第一固联坐标系的第二转换关系；

第三确定单元，用于基于所述第一转换关系以及所述第二转换关系，建立所述第二固联坐标系相对于所述基准坐标系的第三转换关系；

所述第二建立模块包括：

第一建立单元，用于基于所述第三转换关系，建立所述第一角度、所述第二角度映射至所述基准坐标系的计算模型。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三转换关系中包括以所述两个伺服角位移平台的夹角作为的未知参量；

所述第一计算模块包括：

第一计算单元，用于将所述倾斜角度利用所述计算模型的结果数据，计算获得所述第三转换关系的实际数据；

第二计算单元，用于根据所述第三转换关系的实际数据，计算获得的所述未知参量作为所述两个伺服角位移台的实际夹角。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：

第三计算单元，用于根据所述两个伺服角位移平台的理论夹角以及所述计算模型，计算获得所述标准反射板相对于所述基准坐标系的待校正角度；

第一比较单元，用于比较所述待校正角度以及所述倾斜角度是否一致；如果是，确定所述两个伺服角位移台的实际夹角为所述理论夹角；如果否，基于所述倾斜角度利用所述计算模型，计算获得所述两个伺服角位移台的实际夹角。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二计算模块，用于计算所述两个伺服角位移台的实际夹角与理论夹角的偏差数值；

第一输出模块，用于将所述偏差数值输入所述角度调整机构的数控***，以供所述数控***执行角度调整时，基于所述偏差数值控制所述两个伺服角位移台的输出角度。