申请/专利权人：爱佩仪智能装备有限公司

申请日：2021-05-10

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN113503811B

主分类号：G01B11/00

分类号：G01B11/00;G06T7/80

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2021.11.02#实质审查的生效;2021.10.15#公开

摘要：本发明涉及模型计算领域，具体公开了iScan在五轴切削机工具坐标系中偏置矩阵标定方法，包括如下具体步骤：步骤一、利用iScan获取原始点云数据；步骤二、对数据进行整理和过滤；步骤三、粗算偏置矩阵和标定球心坐标；步骤四、拟合计算精确求解。本发明提供了iScan在五轴切削机工具坐标系中偏置矩阵标定方法，该标定方法能够减小误差，进一步提升获取到末端位姿的精度，改善扫描数据的拼接精度，提高扫描仪工作的准确性，可以补偿优化后的五轴切削机运动学模型。

主权项：1.iScan在五轴切削机工具坐标系中偏置矩阵标定方法，其特征在于：包括如下具体步骤：步骤一、利用iScan获取原始点云数据，覆盖景深和整条扫描线的各个区间；步骤二、对数据进行整理和过滤，对数据进行整理和过滤包括：在每条扫描线上用滑窗搜索圆弧数据，根据iScan扫描线上的点距0.2mm，采用宽度为75个有效数据即15mm长的观测窗口，标记出拟合圆度误差不超过0.25mm，且拟合半径不大于最大允许球半径25mm的数据段起始点和终止点位置进行记录，每条扫描线搜索完毕后将该条线上所有符合圆弧特征的点全选拟合计算3D圆，记录保存圆心位置和半径；步骤三、粗算偏置矩阵和标定球心坐标；步骤四、拟合计算精确求解；根据iScan获取的原始点云数据在扫描仪本地坐标系下，对获得六维测量系统中的扫描数据进行处理： ，其中：——扫描仪本地坐标系下的测量点坐标向量； ——测量该点时从工具坐标系到机床坐标系的变换，对机器人来说，是末端法兰的位姿即选中时，基座坐标系下显示的末端位姿； ——机床坐标系下的测量点坐标值；T——从扫描仪本地坐标系到末端工具坐标系的变换矩阵；根据以上公式变形得到，其中为数据点在工具坐标系下的坐标值，知道为了求解坐标变换T，需要获取一组典型数据，已知该组数据在工具坐标系下的坐标值和扫描仪本地坐标系下的坐标值已知，则矩阵T求解计算；步骤三中粗算偏置矩阵和标定球心坐标包括：a）、从每组扫描数据中选择拟合半径最大的扫描线，认为其通过球心，拟合的圆心近似接近真实球心位置，对于每条关键扫描线的球心位置，满足，其中，为标定球心在各条扫描线工具坐标系下的坐标值，在本步骤中为未知量；b）、求解出球心坐标，用一个估算的球心位置作为迭代计算的初值，本步骤采用关键扫描线各自对应的工具坐标系原点，拟合计算球心作为初值，将代入上述公式，得到方程组，方程个数为关键扫描线的个数，c为标定球在机器坐标系下的坐标值，最少必须有三条关键扫描线方程可解： ，求解出T初值，应用计算出新的球心坐标： ；c）、重复上述迭代计算，残差公式如下，设定收敛条件，迭代5次数收敛到0.000001mm：Δ=；d）、本步骤采用了增加一个辅助点对，即增加扫描仪手柄中心点参加拟合计算，选取第一条关键扫描线的球心点，令其在扫描仪本地坐标系下的下x和y坐标值为零，在工具坐标系下，对其拟合目标： ，将该点对加入求解方程，保证求解中扫描仪的Z轴垂直于工具坐标系的Z轴；得到粗对齐矩阵，粗对齐不考虑球半径优化，使用关键扫描线的圆心拟合到共同的标定球中心点；步骤四中拟合计算精确求解包括：a）、对于每条扫描线的圆弧部分数据点，用粗算的偏置矩阵从扫描仪本地坐标系转换到工具坐标系下，再将球心坐标通过转换到工具坐标系下，在工具坐标系下从球心出发到每个扫描点的向量归一化后乘以球半径值得到球面上的理论点为拟合计算的目标点： ，其中，r为标定球半径，初始值使用关键扫描线拟合圆半径的平均值代入，使用粗对齐的结果矩阵代入；b）、根据公式对所有有效圆弧上的数据点计算得到一组拟合目标值，根据方程组求解出新的；c）、将代入公式，得到，重新拟合计算标定球，更新球半径和球心坐标后，重复步骤a）和步骤b），进行迭代运算；d）、用拟合球的均方差作为迭代计算收敛的残差，100次RMS收敛到0.000001mm，对应的球心坐标变动小于0.001mm；e）、迭代计算结束，输出矩阵T。

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权利要求：

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