【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器标定，尤其涉及一种激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法。
技术介绍
1、航空航天领域复杂曲面结构件自适应加工，由于铸造成型的毛坯形状未知、尺寸一致性差等问题，所以对其加工必须采用检测手段测量其实际形貌并修正加工程序，从而生产出合格的产品，比如复杂薄壁舱体、大尺寸叶片等。
2、因此，首先需要在机测量，随后接触式探针测量效率太低，不适合实际应用场景，所以该专利技术的目的就是可以高效、精确、实时地检测复杂薄壁曲面轮廓信息，并据此生成加工程序，实现准确加工。由于该类零件成本高，因此对成品率要求高。而超高速轮廓扫描仪主要提高效率，激光位移传感器主要提高精度，可有效保证效率和精度的统一，从而提高该类复杂产品的合格率，降低成本。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，可有效保证效率和精度的统一。为实现上述目的，采用的技术方案如下：
2、一种激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，包括以下步骤：
3、步骤1、引入坐标系，并建立坐标系之间的坐标转换关系，以实现相关坐标系之间的统一：
4、其中，引入的坐标系包括：世界坐标系cmw、主轴平移坐标系ct和旋转坐标系cr；旋转坐标系cr随s轴、b轴一起转动；
5、主轴平移坐标系ct与世界坐标系cmw间存在平移运动，即存在转换关系一t为：
6、
7、机床主轴平移坐标系ct和旋转坐标系cr间存在旋转运动，
8、rbs＝rsrb；
9、其中，-世界坐标系下主轴原点的三维坐标；
10、-为主轴原点在机床x，y，z方向上的坐标；
11、rs-主轴绕s轴的旋转矩阵，rb-主轴绕b轴的旋转矩阵；
12、步骤2、世界坐标系cmw下，建立位姿标定模型，具体包括:
13、步骤2a、将激光位移传感器和轮廓扫描仪通过夹具安装于主轴；其中，主轴可沿x,y,z三个方向平移，并可绕s轴和b轴旋转；
14、步骤2b、旋转坐标系下cr下，建立位姿标定模型的子模型；
15、子模型包括：激光位移传感器的安装偏心tpo、安装偏角rpo、轮廓扫描仪的安装偏心tli、安装偏角rli；
16、其中，偏心是指光束原点在x，y，z方向上的偏移位置；
17、偏角是指激光束与x，y，z方向之间的夹角；
18、tpo＝[xpo,ypo,zpo]
19、tli＝[xli,yli,zli]
20、rpo＝[lpo,mpo,npo]t
21、rli＝[lli,mli,nli]t；
22、步骤2c、基于某空间点q时，建立激光位移传感器与测量点q在世界坐标系下的位置关系，即为位姿标定模型；
23、
24、其中，(xq,yq,zq)为被测量点在机床坐标系下的三维坐标；
25、l-激光位移传感器或轮廓扫描仪的读数，即主轴原点到某空间点q的距离；
26、r-安装偏角rpo或rli；
27、t-安装偏心tpo和tli；
28、步骤3、采用标准球的球心替代空间点q，之后基于位姿标定模型获取tpo、rpo、tli、rli的位姿求解模型，具体包括：
29、步骤3a、建立激光位移传感器标定时的模型一、轮廓扫描仪标定时的模型二；
30、其中，模型一为：
31、s0＝s1+δs1＝s1+rsrb(l1rpo+tpo)
32、模型二为：
33、s0＝s2+δs2＝s2+rsrb(l2rli+tli)
34、其中，s1-激光位移传感器标定时主轴原点随主轴运动过程中拟合的球心；
35、s0-待标定标准球的球心；
36、s2-轮廓扫描仪标定时主轴原点随主轴运动过程中拟合的球心；
37、δs1-主轴原点到激光位移传感器测量点之间的位置关系；位置关系为在x，y，z三方向上的坐标差，即位姿标定模型；
38、δs2-主轴原点到轮廓扫描仪测量点之间的位置关系；位置关系为在x，y，z三方向上的坐标差，即位姿标定模型；
39、步骤3b、基于模型一和模型二，获取包含tpo、rpo、tli、rli的位姿求解模型，具体包括：
40、s1+rsrb(l1rpo+tpo)＝s2+rsrb(l2rli+tli)
41、rsrbl1rpo+rsrbtpo-rsrbl2rli-rsrbtli＝s2-s1
42、
43、
44、其中，[l1rsrb,rsrb,-l2rsrb,-rsrb]为方程系数项，可赋值不同的预设值以求解方程系数项；
45、l1-激光位移传感器的读数；
46、l2-轮廓扫描仪的读数；
47、步骤4、通过设置12组参数，联合求解tpo、rpo、tli、rli；
48、其中，每组参数均包括αc、βc、l1、l2。
49、优选地，其中一组参数为：
50、βc＝0°；αc＝0°；l1＝79mm；l2＝59mm；激光位移传感器沿着y方向和z方向扫描球面；轮廓扫描仪沿着z方向扫描球面。
51、优选地，rbs为：
52、
53、
54、
55、其中，αc-主轴绕s轴的旋转角；βc-主轴绕b轴的摆角。
56、优选地，[l1rsrb,rsrb,-l2rsrb,-rsrb]为：
57、
58、优选地，步骤2c中的位姿标定模型基于wfl车铣复合加工中心。
59、优选地，所述激光位移传感器的型号为lk-g80；所述轮廓扫描仪的型号为lj-v7060。
60、与现有技术相比，本专利技术的优点为：
61、1、无需知道标准球球心位置，即标准球可任意摆放。
62、2、待求解变量减少，位姿调整次数减少进而可有效提高标定效率。具体的，现有技术需要求解标准球心位置，而两传感器联合标定则无需求解，导致其待求解变量减少。
63、3、标定完成后的激光位移传感器和轮廓扫描仪，可有效保证效率和精度的统一。具体的，两传感器联合标定后，其相对位置是固定的，因此可通过标定其中一传感器来求解另一个传感器矢量，可提高标定效率，另外，联合标定后进行在机测量时，轮廓扫描仪可快速获取型面数据来保证效率，激光位移传感器可准确测量曲面轮廓来保证精度，从而实现效率和精度的统一。
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1.一种激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，其中一组参数为：
3.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，RBS为：
4.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，[L1RSRB,RSRB,-L2RSRB,-RSRB]为：
5.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，步骤2C中的位姿标定模型基于WFL车铣复合加工中心。
6.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，所述激光位移传感器的型号为LK-G80；所述轮廓扫描仪的型号为LJ-V7060。
【技术特征摘要】
1.一种激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，其中一组参数为：
3.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于，rbs为：
4.根据权利要求1所述的激光位移传感器和轮廓扫描仪的联合标定方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁大伟，徐丰羽，申景金，蒋国平，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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