一种基于逆运动学的旁轴在线校正方法与流程

1.本技术涉及机床加工领域，具体而言，特别涉及一种基于逆运动学的旁轴在线校正方法。


背景技术：

2.在机床加工过程中通常会存在因加热膨胀或应力因素导致工件尺寸偏差大等问题，为了保证加工工艺符合加工需求，提高加工精度，实现实时在线的高速扫描和误差补偿功能，本发明提出了一种通过旁轴和主轴协同加工运动的方法来实现在线校正功能。
3.在公布号cn110640303a高精度视觉定位系统及其定位校准方法中，设计了一种对激光加工校正的方法，设置了旁轴视觉系统但固定在加工主轴旁，且解决问题是由于振镜未校准导致的误差，不涉及旁轴和主轴的协同运动，此外此专利的校正方法通过计算处理的中点，只能校正矩形无法校正圆形等，有比较大的影响因素，而本技术校正方法涉及的旁轴在不干扰主轴加工的情况下基于逆运动学进行同时运动，确保始终能够实时校正，且本技术解决的问题是由于应力或热膨胀导致的工艺偏差问题，在本技术中校正方法主要是预先设计标定点，计算距离、角度变化等进行实时在线校正。


技术实现要素：

4.基于现有技术的不足，针对现有加工工艺偏差大的问题，本技术提供了一种基于逆运动学的旁轴在线校正方法，其特征在于包括：在加工主轴旁设置至少一个旁轴视觉系统，对所述旁轴运动进行路径规划，对所述加工过程通过逆运动学进行运动控制，根据所述设置的旁轴视觉系统进行在线校正。
5.可选地，所述校正过程包括设置标记点并通过所述旁轴视觉系统对所述标记点进行定点目标追踪。
6.可选地，所述实时校正通过对所述标定点以及所述加工对象的距离变化确定。
7.进一步地，所述校正过程也可以根据所述标记点以及所述加工对象的角度变化等参数确定。
8.可选地，所述加工过程通过工业总线实时传输数据。
9.可选地，所述旁轴视觉系统包括旁轴运动装置和旁轴视觉装置。
10.可选地，所述旁轴视觉装置包括摄像头、ccd相机、led照明装置中的至少一个。
11.可选地，所述路径规划包括选择所述不干扰主轴运动的旁轴路径和避障的最优路径。
12.可选地，所述路径规划过程包括根据所述加工过程使所述旁轴自动寻找所述标定点。
13.可选地，所述逆运动学运动过程包括设置所述加工对象附近标定点的激活区域。
14.可选地，所述运动控制包括设置所述主轴为约束条件计算所述旁轴的运动参数。
15.本技术的有益效果是：通过在主轴旁设置旁轴视觉系统协同加工，在不干扰主轴
加工的情况下，通过旁轴视觉定位的方法以及逆运动学算法运动控制实现对目标点和标正点的定位以及在线校正，提高加工精度。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1是根据本技术实施例的一种可选的旁轴在线校正方法流程图；
18.图2是根据本技术实施例提出的一种可选的旁轴定位结构示意图；
19.图3是根据本技术实施例的一种路径规划方法流程图；
20.图4是根据本技术实施例的一种根据逆运动学进行运动的方法流程图；
21.图5是根据本技术实施例的一种加工过程中的误差分析方法流程图；
22.图6是根据本技术实施例的一种在线补偿过程示意图；
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.1-机床主轴，2-旁轴运动装置，3-图像采集卡，4-工控机，5-驱动电源，6-加工对象，7-加工平台。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
26.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语
″
第一
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、
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第二
″
等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语
″
包括
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和
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具有
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以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.本发明提出了一种基于逆运动学的旁轴在线校正方法，如图1的流程图所示，包括以下步骤：
28.s101：确定旁轴视觉系统，旁轴视觉系统包括旁轴运动装置和旁轴视觉装置；
29.s102：通过计算旁轴运动路径和分析避障路径进行加工路径规划；
30.s103：通过逆运动学进行主轴和旁轴的运动控制；
31.s104：根据旁轴视觉系统进行目标点位的误差分析；
32.s105：对实时分析的误差进行在线补偿。
33.其中，如图2所示为旁轴视觉在线校正系统的示意图，系统包括机床主轴1，旁轴视觉系统2，图像采集卡3，工控机4，驱动电源5，加工对象6，加工平台7，旁轴视觉系统2包括旁轴运动装置以及旁轴视觉装置。所述系统通过主轴和旁轴的协同作用控制加工完成，在加
工平台上设置有加工对象，在主轴旁设置有旁轴a和旁轴b，旁轴上安装有旁轴视觉装置ccd相机，也可以安装摄像头、led照明装置等，在此申请中不做具体限制。针对加工工艺的不同，选配合适的ccd相机，实现定位的高精度，超高速，同时在旁轴上可装载多个ccd相机进行识别，保证能够在线高速实时运算。通过旁轴上的ccd相机将实时采集传输通过图像采集卡传输到工控机上，工控机旁连接有驱动电源，为系统进行供电，保证系统的正常运行。
34.其中旁轴个数根据需求设置所需的旁轴，本技术实施例以旁轴a、旁轴b两轴为例，在此申请中不做具体限制。
35.图3所示为路径规划的方法流程图，通过图2所述的旁轴系统，由于主轴和旁轴进行协同运动，为了保证不干扰主轴进行加工，且在主轴运动的过程中旁轴视觉系统能够保持实时检测加工过程，会导致运动轨迹有多种路径，此外在加工过程中，也会出现轴运动遇到障碍物的情况，此时需要在运动之前对旁轴a和旁轴b进行路径规划，可以实现对主轴和旁轴的协同运动达到定点目标追踪。同时还需考虑速度、加速度等运动参数，最终评估运动时间选出最优路径，其中路径规划方法如图3所示，主轴加工过程中由于工艺需求仅存在唯一路径，而旁轴会存在n条路径，通过计算旁轴的运动路径以及对避障进行分析，同时计算各路径运动参数，会存在m条路径，在对计算后的路径通过对运动时间等因素等进行分析选出最佳路径，此时路径规划完成，按照规划的路径进行加工运动。
36.图4是基于本技术实施例的通过逆运动学控制轴运动的示意图，其中包括以下步骤：如图4所示，在加工对象附近设置有许多标定点，在此申请实施例中，设置在20＊20mm的板上画圆，首先确定加工对象圆形附近的标正点设置为激活区域，在此区域的加工过程中，主轴的路径是唯一路径，为了确保旁轴的运动不干扰主轴加工，且能够实现实时检测校正的目的，需要以主轴的运动参数作为运动约束条件，并规划旁轴的标定点运动路径，在上述条件下，此时通过逆运动学计算旁轴的速度、加速度、电机旋转角度等，通过逆运动学控制旁轴进行运动。
37.图5所示为通过旁轴运动ccd相机的实时检测进行误差分析的方法流程图，其中主要实现对标正点的变形、偏差识别，主要包括以下步骤：首先设置标定点位置和标定的形状，其次控制机床主轴和旁轴对当前加工点根据逆运动学算法进行加工控制，此时通过分析可得标定点参数，通过ccd相机实时识别标定点参数以及实际加工对象参数的偏差，或通过计算设置的标定点到加工对象的距离是否存在偏差，对比需求的距离或加工参数，对偏差点实时进行校正。
38.其中，为了保证ccd旁轴定位的实时性，采用ethercat实时工业总线进行传输采集到的数据。
39.在本技术实施例中，采用高速ccd相机，可以实现毫秒级的图形数据采集。
40.图6为基本技术实施例对实时定位的误差进行在线校正的示意图，如图所示，需要通过激光加工技术在一个10＊10mm的电子板画圆，此时通过旁轴视觉系统设定标定点，得到图6a，图6a所示为需求示意图，在实际加工过程中由于加热等因素会导致加工工艺偏差，得到的圆无法满足需求，即为图6b。此时通过设置4个标定点，根据旁轴视觉系统设定圆形形状，并根据坐标轴得到相应的点的参数，根据ccd旁轴系统实时测量标正点到圆形的距离，在距离产生偏差时，实时传输到工控机，通过工控机的计算并控制修正加工过程，使其回到需求加工路径轨迹，同样地，除了计算角度外还可以通过角度等参数进行实时测量校
正，在此申请中不做具体限制。根据实时校正可以使加工过程按照设置的路径规划进行运动得到图6c。
41.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
42.在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
43.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
44.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
45.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。