The 3D measurement method of contour error of CNC machine tool based on monocular vision belongs to the field of computer vision measurement technology, and involves a three-dimensional measurement method of contour error numerical control machine tool based on monocular vision. First, the monocular camera is installed on the mounting rack of the measuring system and is located on the upper side of the machine tool table. Combined with Zhang Zheng you calibration method and high precision checkerboard calibration board, the calibration parameters and distortion parameters of monocular camera are calibrated. After calibration, the measurement datum is installed to drive the machine tool to generate dynamic trajectory. At the same time, it triggers the motion sequence images of four coding points on the measurement datum of the monocular camera, and uses the iterative algorithm to calculate the spatial coordinates of the datum point of each frame, and the processing algorithm is connected to the base point after each frame. The motion track of the machine tool in the camera coordinate system. Then, the trajectory is projected into the machine tool coordinate system to compare with the theoretical trajectory to solve the three-dimensional error of the machine tool profile. The method is easy to operate and has good stability in measurement.
【技术实现步骤摘要】
基于单目视觉的数控机床轮廓误差三维测量方法
本专利技术属于计算机视觉测量
,涉及一种基于单目视觉的轮廓误差数控机床三维测量方法。
技术介绍
随着高性能装备制造在现代生产领域的广泛应用,及产品短周期复杂零件高精度生产要求,对数控机床加工能力提出了挑战,五轴数控机床可完对复杂变曲率零件进行高品质、高效率加工。但由于机床受到设计、制造、加工环境等因素的影响,由机床动态特性不足造成的数控机床误差十分突出,使刀具中心点实际位置偏离理论位置,降低工件加工精度,如果采用机床静态特性评估设备及方法无法充分反应和提高机床的加工精度。机床的动态特性可由轮廓误差较好地表征出来,轮廓误差定期检测是评价数控机床动态性能、保证零件加工精度的重要保障,准确评估机床轮廓误差需要高精度求解机床运动轨迹。因此,研究五轴数控机床动态轨迹高精度测量方法对于准确求解机床轮廓误差具有重要意义。天津大学刘少朋等人专利技术的专利号为CN106141814A的“基于LaserTRACER的数控机床平动轴几何误差检测与辨识方法”,采用由数控机床和LaserTRACER组成的系统,建立21项几何误差和数控机床末端位姿误差之间的映射模型,结合LaserTRACER位姿误差的测量数据,完成了数控机床几何误差的辨识,但该系统不适用于测量机床动态轮廓轨迹。福建工程学院叶建华、黄卫东专利技术的专利号为CN105382631A的“一种五轴数控机床旋转轴误差的检测设备和方法”,专利技术了由双目机器视觉非接触式测量头和可调位置的标准球组成的装置,利用机床直线轴带动测量系统的精确定位,来检测旋转轴的误差,该方法只能实现平 ...
【技术保护点】
1.一种基于单目视觉的数控机床轮廓误差三维测量方法,其特征为:该方法首先将单目相机安装在测量系统安装架上,并位于数控机床机床工作台的斜上方,结合张正友标定法与高精度棋盘格标定板,标定单目相机的内参数与畸变参数;标定后安装测量基准,驱使机床运行生成动态轨迹,同时触发单目相机拍摄测量基准上的四个编码点的运动序列图像,利用迭代算法对每帧图像进行数据处理计算基准点空间坐标,将处理算法遍历每帧图像后连接基准点即可得到相机坐标系下机床运动轨迹,随后将此轨迹投影于机床坐标系下,与理论轨迹对比以求解机床轮廓三维误差;该测量方法的具体步骤如下:第一步,搭建实验测量平台实验测量平台包括单目相机(1)、测量基准(2)、机床工作台(3)、测量系统安装架(4);将夹具(5)安装在机床工作台(3)上,以便测量基准(2)与标定板的更换装夹;将单目相机(1)安装在测量系统安装架(4)上,并位于机床工作台(3)的斜上方,根据测量轨迹的运动范围与测量景深调整单目相机(1)的位置;先将棋盘格标定板装夹于机床工作台(3)上为相机标定做准备;标定好后更换成测量基准(2),并固定在机床工作台(3)上;测量基准(2)为光刻玻璃板, ...
【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉的数控机床轮廓误差三维测量方法,其特征为:该方法首先将单目相机安装在测量系统安装架上,并位于数控机床机床工作台的斜上方,结合张正友标定法与高精度棋盘格标定板,标定单目相机的内参数与畸变参数;标定后安装测量基准,驱使机床运行生成动态轨迹,同时触发单目相机拍摄测量基准上的四个编码点的运动序列图像,利用迭代算法对每帧图像进行数据处理计算基准点空间坐标,将处理算法遍历每帧图像后连接基准点即可得到相机坐标系下机床运动轨迹,随后将此轨迹投影于机床坐标系下,与理论轨迹对比以求解机床轮廓三维误差;该测量方法的具体步骤如下:第一步,搭建实验测量平台实验测量平台包括单目相机(1)、测量基准(2)、机床工作台(3)、测量系统安装架(4);将夹具(5)安装在机床工作台(3)上,以便测量基准(2)与标定板的更换装夹;将单目相机(1)安装在测量系统安装架(4)上,并位于机床工作台(3)的斜上方,根据测量轨迹的运动范围与测量景深调整单目相机(1)的位置;先将棋盘格标定板装夹于机床工作台(3)上为相机标定做准备;标定好后更换成测量基准(2),并固定在机床工作台(3)上;测量基准(2)为光刻玻璃板,上表面光刻有呈扇形分布的四个圆形编码点119、125、127、151,设定中心点119为基准点,并以其为原点建立机床坐标系,此四个圆形编码点用于准确传递机床的运动信息;测量时将其装夹在机床工作台(3)上,通过机床的X、Y两轴联动在一定的的进给速度下插补等角螺旋线轨迹;第二步,相机标定依据张氏标定法结合高精度棋盘格标定板,标定单目相机(1)的内参数及畸变参数,选取空间一点坐标为(Xw,Yw,Zw),其在像平面上投影点坐标为(x,y),综合考虑实际成像过程中镜头的径向畸变和离心畸变,确定的摄像机非线性透视投影模型表达式如下:其中,f为单目相机1的焦距,αx=f/dx与αy=f/dy分别定义为x、y两轴上的归一化焦距,(x0,y0)为图像坐标系原点坐标,由αx、αy、u0、v0四个参数构成的投影变换矩阵M0为相机内参数矩阵,R为3×3的单位旋转正交阵,t为平移向量,0T=(0,0,0)T,组成的M1为相机的外参数矩阵;即第一个公式为线性投影成像模型,由内参数αx、αy、u0、v0及外参数R、t...
【专利技术属性】
技术研发人员:王福吉,刘巍,潘翼,李肖,李辉,贾振元,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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