CN110057338A - 一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于零件加工中心技术领域，公开一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于：包括如下步骤，1）非接触式全貌扫描测量，获得包含工作台、工件毛坯的全场三维扫描数据；2）模型配准与特征识别，获得工件原点在机床坐标系中的初始位置；3）测量点与测量路径规划，依据工件毛坯特征形貌、工件原点的初始位置，确定接触式测量点和规划测量路径；4）接触式高精测量，获得精确的工件原点位置坐标。具有工件原点的测量效率高、精度好、无需人员参与的优点。

Description

一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法
技术领域
本发明属于零件加工中心技术领域，具体涉及一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法。
背景技术
工件原点即工件坐标系的原点，用于确定工件几何形体各要素的位置，也是数控编程的参考点。工件原点根据毛坯形状，以能简化编程计算、易对刀为原则进行选定。在进行数控加工前，需要获得工件原点相对于机床原点的偏移量，以确定工件原点在机床坐标系的位置。工件原点的设置是数控加工中较为复杂的辅助工作之一，测量的准确性直接影响着零件的加工精度，测量时间直接占用机床工作实际，影响着产品的生产效率。
目前，数控铣床常用的工件原点设置方法为：试切对刀法、接触式测头测量法等。试切法是最为传统的测量方法，无需其它辅助设备，但对操作人员的要求高，耗时长，稳定性差，且测量精度不高。随着接触式测头的发展，在主轴刀座上安装接触式测头代替刀具，并利用测量头进行测量，可有效提高测量精度与效率，但对现有数控铣床工件原点的测量规划和测量操作依然需要人工的参与。如何实现工件原点测量路径的自主规划和测量过程的自动完成，以的提高测量过程的智能化，进而保证测量精度和提高测量效率，是技术人员孜孜以求的目标。
发明内容
本发明的目的是为了解决这一问题，针对现有数控铣床工件原点设置需要人员参与测量技术的不足，提出一种基于复合非接触式和接触式测量的工件原点自适应设置方法。通过非接触式扫描测量获得工件的全局形貌，进而根据扫描测量数据提取工件的轮廓特征，指导接触式精确测量，实现无需人工干预下工件原点自动测量。
该方法融合非接触式测量能效率获得工件全貌和接触式测量能实现高精度测量的优点，融入特征识别和测量路径规划方法，以及借助在机测量技术能与机床自身的无缝集成，发挥安装便捷、定位精准的优势，使得工件原点的测量效率高、精度好、无需人员参与。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于：包括如下步骤，1)非接触式全貌扫描测量，获得包含工作台、工件毛坯的全场三维扫描数据；
2)模型配准与特征识别，获得工件原点在机床坐标系中的初始位置；
3)测量点与测量路径规划，依据工件毛坯特征形貌、工件原点的初始位置，确定接触式测量点和规划测量路径；
4)接触式高精测量，获得精确的工件原点位置坐标。
优选地，步骤一，非接触式全貌扫描测量，在主轴刀具座上安装非接触扫描仪，通过X、Y直线轴的插补运动，带动非接触式扫描仪进行工作台、工件毛坯全貌数据的测量，并将测量的点云数据传输到上位机上。
优选地，步骤二，模型配准与特征识别，在测量点云数据中分离出工作台特征，将分离的工作台面与数控铣床虚拟样机中的工作台面进行配准，从而实现测量数据模型与虚拟样机间的坐标统一；在测量的点云数据中，识别出包含工件原点的特征面，以及与该特征面相邻的规则型面；依据工作原点特征面获得工件原点坐标值，在统一的参考坐标系下获得工件原点坐标与机床原点坐标的相对偏移值，通过机床实现工作原点的初始设置。
优选地，步骤三，测量点与测量路径规划，基于识别出的特征面以及相邻的规则型面，获得工件毛坯特征形貌及尺寸，依据工件原点的初始位置，进行接触式测量点及测量路径的规划，并生成测量数控程序。
优选地，步骤四，接触式高精测量，在主轴刀具座上安装高精度接触式测量头，利用测量数控程序，实现工件原点的自动精确测量。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明的有益效果是：
本发明方法融合非接触式测量效率高可快速获得毛坯形貌和接触式测量可精确调整的优点，以及借助在机测量技术实现与机床自身的无缝集成，实现工作原点的无人化自主设置。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明基于复合测量的工件原点自适应设置方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法，包括如下步骤，1)非接触式全貌扫描测量，获得包含工作台、工件的全场三维扫描数据；
该非接触式全貌扫描测量，将待加工工件通过夹具安装在工作台上，在主轴刀具座上安装非接触扫描仪，在工作台行程内，通过X、Y直线轴的插补运动，带动非接触式扫描仪进行工作台、工件毛坯全貌数据的测量，获得包含三维全貌的点云数据Ptest，并将其传输到上位机上。
2)模型配准与特征识别，获得工件原点在机床坐标系中的初始位置；
该数据模型配准与特征识别，在测量点云数据中分离出工作台特征，将分离的工作台面与数控铣床虚拟样机中的工作台面进行配准，从而实现测量数据模型与虚拟样机间的坐标统一；在测量的点云数据中，识别出包含工件原点的特征面，以及与该特征面相邻的规则型面；依据工件原点特征面获得工件原点坐标值，在统一的参考坐标系下获得工件原点坐标与机床原点坐标的相对偏移值，通过机床实现工作原点的初始设置。
模型配准，将点云数据Ptest转换成三角网格模型Mtest。在三角网格模型数据中获得工作台面的规则特征子网格数据Mp，同时将数控铣床虚拟样机中的工作台面曲面模型也转换成三角网格模型Mm。采用主元分析法进行Mp、Mm两网格模型的配准。从而将扫描数据模型的坐标系与虚拟样机模型的坐标***一起来。
特征识别，在三角网格模型Mtest中，分离不含工作台，只包含毛坯的子网格模型Mn，在Mn中识别毛坯的特征面。如毛坯为矩形则，则识别出上表面及周围的四个平面；如为圆柱形，则识别出上表面及圆锥面。基于识别出的工件原点特征面，获得工件原点，如矩形或圆柱的上表面中心点pc。
初始坐标求解，在统一参考坐标系下，计算工件原点pc与机床原点坐标pt之间的差值，pe(x,y,z)＝pc-pt。将pe的X、Y、Z坐标值写入到数控***G54坐标中，即实现初始工件原点的自动设置。
3)测量点与测量路径规划，依据工件毛坯特征形貌、工件原点的初始位置，确定接触式测量点和规划测量路径；
测量点与测量路径规划，基于识别出的毛坯工件原点特征面以及相邻的规则型面，为精确的接触式测量做准备，进行高精度接触式测量点及测量路径的规划。
由于非接触式测量精度不够高，求解的初始工件原点坐标值并不精确，在高要求的场合需要进一步通过接触式高精测量进行修正。
在识别出的特征型面上，以X、Y正负方向和Z轴正向上各选定一个测量点。分别规划从X、Y正负方向和Z轴负方向上接近毛坯进行选定点的测量。测量的起点在平行于X、Y、Z轴且距离50mm的位置处，快进的路线则基于三维扫描模型规划不与夹具、毛坯发生碰撞的直线。基于规划的接触式测量点与测量路径，按接触式测量指令格式生成测量代码。
4)接触式高精测量，获得精确的工件原点位置坐标。
接触式高精测量，在主轴刀具座上安装高精度接触式测量头，利用自动生成的测量数控程序，实现规划点的测量，并计算获得工件原点的精确坐标值，并修正设置到数控***G54坐标中的X、Y、Z坐标值，从而实现工件原点是精确设置。
以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于：包括如下步骤，1）非接触式全貌扫描测量，获得包含工作台、工件毛坯的全场三维扫描数据；
2）模型配准与特征识别，获得工件原点在机床坐标系中的初始位置；
3）测量点与测量路径规划，依据工件毛坯特征形貌、工件原点的初始位置，确定接触式测量点和规划测量路径；
4）接触式高精测量，获得精确的工件原点位置坐标。
2.根据权利要求1所述基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于，步骤一，非接触式全貌扫描测量，在主轴刀具座上安装非接触扫描仪，通过X、Y直线轴的插补运动，带动非接触式扫描仪进行工作台、工件毛坯全貌数据的测量，并将测量的点云数据传输到上位机上。
3.根据权利要求1所述基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于，步骤二，模型配准与特征识别，在测量点云数据中分离出工作台特征，将分离的工作台面与数控铣床虚拟样机中的工作台面进行配准，从而实现测量数据模型与虚拟样机间的坐标统一；在测量的点云数据中，识别出包含工件原点的特征面，以及与该特征面相邻的规则型面；依据工作原点特征面获得工件原点坐标值，在统一的参考坐标系下获得工件原点坐标与机床原点坐标的相对偏移值，通过机床实现工作原点的初始设置。
4.根据权利要求1所述基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于，步骤三，测量点与测量路径规划，基于识别出的特征面以及相邻的规则型面，获得工件毛坯特征形貌及尺寸，依据工件原点的初始位置，进行接触式测量点及测量路径的规划，并生成测量数控程序。
5.根据权利要求1所述基于复合测量的工件原点自适应设置方法，其特征在于，步骤四，接触式高精测量，在主轴刀具座上安装高精度接触式测量头，利用测量数控程序，实现工件原点的自动精确测量。
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