一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测方法及装置与流程

1.本发明涉及到公路路面养护施工设备，具体涉及到一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测方法及装置。


背景技术：

2.我国公路总里程达到500万公里，很多公路逐渐进入大、中维修期，路面筑养护机械市场需求量巨大。铣刨转子作为路面铣刨机械产品的核心零部件，直接影响主机产品的施工性能和客户青睐度。由于铣刨转子结构复杂、定位参数多、制造难度大，因此其施工性能及质量不仅取决于设计水平，更取决于制造水平。目前国内厂家逐步搭建了刀座半自动化拼点设备，解决了传统划线定位造成的加工效率低、精度差的问题，但是随着刀座拼点设备重复使用，其定位精度不断降低，同时在刀座拼点过程中缺少刀座位姿在线检测手段，无法对刀座拼点超差情况进行预警和补偿，铣刨转子仍存在加工精度较低、一致性不高等问题，降低了路面铣刨和切边的平整度，甚至出现刀体磨损、偏磨等施工问题，严重限制了铣刨机械的发展。
3.现有能够实现对铣刨转子刀座进行自动定位的装置，中国专利(202010270157.1)公开了精铣刨鼓刀座自动焊接装置，通过左右两个半轴与铣刨鼓法兰装夹定心，变位机与左右半轴连接，对铣刨鼓圆周方向进行定位，电机驱动丝杠旋转，推动焊机沿着直线导轨运动，实现对刀座自动定位及焊接，该装置根据精铣刨鼓刀座按螺旋线排列的头数、螺距及长度，分别控制焊机与变位机步进电机的工作频率，使焊机进给速度与变位机旋转速度相匹配，实现焊接刀座螺旋式焊接的要求；
4.题为《铣刨轮专用焊机结构及工作流程》(工程机械与维修，2012年第5期，第124～125页)的中国论文公开了一种铣刨转子专用焊机，采用卧式结构，主要由滑座、伺服滑台、伺服划线与刀座拼点机构、变位机、三抓卡盘、顶尖等组成。该焊机通过左右两个半轴与铣刨鼓法兰盘装配，之后通过左侧三抓卡盘和右侧顶针完成半轴的装夹，通过伺服装置对拼点机构的位置在轴向与径向进行调整，通过变位机对铣刨鼓进行旋转定位，最后采用定位销与刀座安装孔配合确定刀座拼点位姿，该装置能够实现拼点专机与铣刨鼓对中、刀座拼点位置自动定位等功能，提升了刀座拼点定位效率和精度。
5.上述装置均为铣刨转子刀座拼点装置，都能实现对铣刨转子刀座的半自动化拼点定位，且定位精度有一定的提升，但是刀座拼点过程精度主要受到铣刨鼓装夹、刀座定位等工序的影响，在铣刨鼓装夹工序，左右半轴与铣刨鼓法兰之间存在定心误差，导致拼点刀座的铣削半径存在一定波动；在刀座定位工序，刀座与定位销之间采用间隙配合，降低了刀座定位的一致性，同时上述两种铣刨转子刀座拼点装置无法对刀座位姿进行在线检测和调整，无法更好的保证刀座拼点定位精度和一致性，影响了铣刨转子施工质量。
6.因此本发明提供一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测方法及装置，提升铣刨转子刀座定位精度和一致性，解决铣刨转子施工中存在的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测方法及装置。
8.为实现上述目的，第一方面，本发明申请实施例提供一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测方法，包括以下步骤：
9.第一步，在铣刨鼓的法兰半轴上安装多个跟踪盘，并将所述跟踪盘与法兰半轴固定；
10.第二步，基于多个工业相机组件对所述跟踪盘上的定位标点进行侦测，识别多个跟踪盘上所有的定位标点并保存；
11.第三步，以所述定位标点为参照，利用侧定光笔依次分别对铣刨鼓左右两侧的端面及圆心进行测量，连接左右测量圆心为轴线，以轴线中心为原点，建立工件坐标系，并建立工件坐标系与侦测点位置的映射关系，根据侦测点位置计算工件坐标系旋转角度及位置，补偿铣刨鼓与法兰半轴的装夹误差；
12.第四步，基于所述工件坐标系，实时测量拼点机床上的柔性夹持装置位置，对拼点机床与铣刨鼓进行引导对中；
13.第五步，根据刀座设计参数完成拼点机床的位姿调整和铣刨鼓的旋转定位；
14.第六步，将刀座插入柔性夹持装置内进行装夹定位；
15.第七步，触发所述工业相机组件，采集定位标点和柔性夹持装置的图像，计算工件坐标系的位置；
16.第八步，根据所述柔性夹持装置上的标点位置计算刀尖点位置坐标和刀座安装面的法向矢量；
17.第九步，根据所述刀尖点位置坐标和刀座安装面的法向矢量，计算铣刨转子的定位参数；
18.第十步，将所述定位参数与设计参数进行对比，计算刀座的定位偏差；
19.第十一步，将所述定位偏差与偏差设定值进行比对，若定位偏差不超过设定值，直接进入第十二步，若定位偏差超过设定值，返回第五步，直至所述定位偏差小于设定值；
20.第十二步，将刀座检测参数和偏差参数保存；
21.第十三步，判断是否完成所有的所述刀座的拼点工作，若没有完成则继续循环进行第五步至第十三步操作，直至完成所有刀座拼点。
22.进一步的，在第九步中，所述定位参数包括所述铣刨转子的轴向距离、铣削半径、圆周角、安装角和侧倾角。
23.进一步的，在第九步中，根据第八步计算得出的刀尖点位置和刀座安装面的法向矢量以及第三步得到的轴线和轴线中心，建立刀头位置、法向矢量与铣刨转子刀具和刀座定位参数的计算模型进行定位参数的计算。
24.进一步的，在第八步中，双工业相机组件侦测夹头上标点的空间位置，利用光笔测量柔性膨胀夹头及圆特征，将平面特征向上平移一段距离，通过对柔性膨胀夹头进行标定来建立刀头位置、法向矢量与标点的相对关系。
25.进一步的，在第五步至第十三步中，刀座通过变位机进行旋转定位。
26.第二方面，本发明申请实施例提供能够实现上述铣刨转子刀座拼点位姿在线检测
方法的一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测装置，包括支撑架、工业相机组件、跟踪盘、法兰半轴、柔性夹持装置、铣刨鼓、工控机和显示屏，所述支撑架设置于所述铣刨鼓的一侧，所述铣刨鼓的另一侧设置有拼点机床，所述柔性夹持装置设置于拼点机床上，支撑架上活动安装有至少两个工业相机组件，所有所述工业相机组件的总拍摄范围覆盖柔性夹持装置、铣刨鼓和所有跟踪盘，法兰半轴分别设置于在铣刨鼓左右两侧的法兰上，跟踪盘设置在法兰半轴上并与铣刨鼓端面存在一定距离，所述跟踪盘上设置有定位标点，工控机放置在支撑架旁边，显示屏安装在支撑架上，所述跟踪盘与铣刨鼓端面之间设置有测定光笔，所述拼点机床和柔性夹持装置之间设置有变位机；
27.所述柔性夹持装置包括销轴外套、旋转轴、旋转手柄、标点、螺栓盘、三抓膨胀夹头和刀座组成，所述螺栓盘和三抓膨胀夹头设置于销轴外套的两端，所述标点设置于螺栓盘的外侧，所述旋转轴螺纹安装于所述螺栓盘的内侧，所述旋转手柄设置于所述旋转轴的外侧，所述旋转轴的输出端和三抓膨胀夹头的输入端机械连接，所述刀座可拆卸安装于所述三抓膨胀夹头的内侧。
28.进一步的，所述工业相机组件对称设置于所述支撑架上。
29.进一步的，所述工业相机组件与支架之间设置有角度调节结构。
30.进一步的，所述旋转轴和三抓膨胀夹头之间设置有楔形轴。
31.进一步的，所述柔性夹持装置和刀座的数量为若干个。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.1.通过在铣刨鼓半轴上设置跟踪盘及定位标点，使装置能够识别铣刨鼓旋转中心，实现对铣刨鼓法兰与半轴之间的装夹偏差的补偿，提高刀座拼点位姿检测精度，同时该检测装置能够实时、一次性对刀座包括轴向距离、铣削半径、圆周角、安装角和侧倾角在内的多个定位参数进行检测，检测效率高。
34.2.提高了铣刨转子制造精度及质量。刀座拼点位姿在线检测装置将刀座定位参数检测过程由刀座满焊后提前至刀座拼点焊接之前，根据刀座位姿检测结果，决定是否调整刀座的定位参数，解决了刀座满焊后测量不及时、返工难度大、时间长等行业问题，提高了铣刨转子加工效率和质量。
35.3.通过相对位置固定的支撑架和铣刨鼓，配合工业相机组件和工控机，以铣刨鼓旋转中心为原点建立工件坐标系，通过测量柔性夹持装置的位置，根据刀座设计参数完成拼点机床位姿调整、铣刨鼓圆周方向旋转定位、刀座装夹定位、定位参数计算以及刀座拼点等流程，建立刀具刀座与工件之间的计算模型进行计算，将工件坐标系和刀座拼点调整相结合，同时控制了铣刨鼓和拼点机床的位置变量，减小对刀座检测的不良影响，进一步提高检测精度。
附图说明
36.图1是本发明的刀座位姿在线检测装置正视图；
37.图2是本发明的刀座位姿在线检测装置侧视图；
38.图3是本发明的柔性夹持装置结构示意图；
39.图4是本发明的刀尖点位置和刀座安装面的法向矢量计算示意图；
40.图5是本发明的刀座位姿在线检测流程图；
41.图6是本发明的刀座定位参数计算模型示意图；
42.图中：1、支撑架；2、工业相机组件；3、跟踪盘；4、法兰半轴；5、柔性夹持装置；6、铣刨鼓；7、工控机；8、显示屏；9、定位标点；10、光笔；51、销轴外套；52、旋转轴；53、旋转手柄；54、标点；55、螺栓盘；56、三抓膨胀夹头；57、刀座。
具体实施方式
43.下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
44.实施例一：
45.如图1～2所示，本发明的铣刨转子刀座位姿在线检测装置包括：支撑架1、工业相机组件2、跟踪盘3、法兰半轴4、柔性夹持装置5、铣刨鼓6、工控机7、显示屏8等组成，支撑架1放置在铣刨鼓6一侧，左右至少两个工业相机组件2对称安装在支架1上，并且两个工业相机组件2可以调整距离、俯仰及侧倾角度，保证工业相机组件2的公共视野完全覆盖铣刨转子长度和两个跟踪盘3长度；法兰半轴4分别在左右两侧安装在铣刨鼓6法兰上，跟踪盘3安装在法兰半轴4上，并与铣刨鼓6端面存在一定距离，保证光笔10测量铣刨鼓6端面和圆特征所需的空间距离，定位标点9固定在跟踪盘3上，工控机7放置在支撑架1旁边，显示屏8安装在支撑架1上。
46.如图3所示，本发明的柔性夹持装置5结构包括：销轴外套51、旋转轴52、旋转手柄53、标点54、螺栓盘55、三抓膨胀夹头56、刀座57等组成，通过拧紧旋转手柄53，带动旋转轴52向三抓膨胀夹头56移动，由楔形轴带动三抓膨胀夹头56沿着径向向外膨胀，最终完成对刀座57的高精度定心定位。
47.其中，工业相机组件2对称设置于支撑架1上，尽量以较少的工业相机组件2覆盖同一片包含两个跟踪盘3和一个铣刨鼓6的长度，在调试好工业相机组件2拍摄范围后，将工业相机组件2的位置和角度固定，使两个工业相机组件2相对位置不可移动，保证拍摄的稳定性。
48.其中，工业相机组件2与支架1之间设置有角度调节结构，用于最初对工业相机组件2的拍摄范围进行调整。
49.其中，铣刨鼓6与支撑架1之间设置有平移机构，使两个工业相机组件2与工件之间在进行第二步之前可以进行相对运动，在保证两个工业相机组件2相对位置不变的情况下，对铣刨鼓6的位置进行微调，或保证工件位置不变的情况下，调整两个工业相机组件2的位置，以确保工业相机组件2的标点侦测效果。
50.实施例二：
51.如图4～6所示的一种铣刨转子刀座拼点位姿在线检测方法，包括以下步骤：
52.第一步，跟踪盘装夹：在铣刨鼓6左右法兰半轴4上安装两个跟踪盘3，并将跟踪盘3与法兰半轴4锁死；
53.第二步，跟踪盘标点检测：基于双工业相机组件2对跟踪盘3上的定位标点9进行侦测，识别左右两个跟踪盘3上圆周方向所有的标定位置，并将侦测的定位标点9坐标保存下
来；
54.第三步，工件坐标系建立：以第二步侦测的定位标点9为参照，利用侧定光笔10按照顺序分别对铣刨鼓6左右两侧的端面及圆心进行测量，连接左右测量圆心为轴线o1o2，以轴线中心o为原点，以铣刨鼓6右侧为z轴正方向，以第一个拼点刀座57的刀尖点与轴线垂足之间的连线作为x轴方向，建立工件坐标系，并建立工件坐标系与侦测点位置的映射关系，通过侦测点位置计算工件坐标系旋转角度及位置，补偿铣刨鼓6与法兰半轴4的装夹误差；
55.第四步，拼点机床引导对中：基于第三步建立的工件坐标系，实时测量安装在拼点机床上的柔性夹持装置5的位置，对拼点机床与铣刨鼓6进行引导对中；
56.拼点机床与铣刨鼓进行对中引导的目的是为了将拼点机床移动至铣刨鼓轴向中心点位置，主要用于拼点专机的轴向定位；
57.第五步，拼点机床及轮鼓位置调整：根据刀座57设计参数完成拼点机床位姿调整和铣刨鼓6圆周方向旋转定位；
58.第六步，刀座装夹：将刀座57插入柔性夹持装置5的柔性夹头，并拧紧锁死柔性夹头，对刀座57进行装夹定位；
59.第七步，铣刨鼓坐标系计算：通过按钮触发工业相机组件2采集跟踪盘3上定位标点9和柔性夹持装置5的图像，通过定位标点9的相对位置关系，计算工件坐标系的位置；
60.第八步，刀座位姿监测：根据柔性夹持装置5的标点54的位置计算刀尖点位置和刀座57安装面的法向矢量；
61.如图4所示，双工业相机组件2侦测夹头上标点54的空间位置，利用光笔10测量柔性膨胀夹头及圆特征，将平面特征向上平移距离l，通过对柔性膨胀夹头进行标定来建立刀头位置p0、法向矢量n0与标点54相对关系。
62.第九步，刀座定点参数计算：按照图6所示，由刀尖点位置和刀座57安装面的法向矢量计算铣刨转子的定位参数轴向距离、铣削半径、圆周角、安装角和侧倾角等；
63.如图4和图6所示，根据第八步计算得出的刀尖点位置和刀座57安装面的法向矢量以及第三步得到的轴线o1o2和轴线中心o，设刀尖位置点坐标的z轴坐标数值为d，刀尖位置点为p0，法向矢量为n0，刀尖位置点p0在z轴上的投射点为p1，建立刀头位置p0、法向矢量n0与铣刨转子刀具和刀座57定位参数的计算模型进行定位参数的计算。
64.刀尖点位置p0计算过程：在检测过程中，通过计算匹配标点位置，计算刀头位置p0(x0，y0，z0)和法向矢量n0(w0，p0，r0)；同时本发明建立了刀头位置p0、法向矢量n0与铣刨转子刀具和刀座定位参数的计算模型：
65.铣削半径：
66.轴向距离：d＝p
1-o＝z067.圆周角：
68.安装角：
69.侧倾角：
70.第十步，刀座定点参数计算：将检测参数与设计参数对比，计算刀座57定位偏差；
71.第十一步，判断是否超差：将刀座57定位偏差与偏差设定值进行大小比较，若定位偏差不超过设定值，直接进入第十二步，若定位偏差超过设定值，返回第五步，完成第五步后再次检测刀座57定位参数，直至定位偏差小于设定值；
72.第十二步，记录刀座定点参数：将刀座57检测参数和偏差参数保存；
73.第十三步，判断拼点是否完成：判断是否完成所有刀座57的拼点工作，若没有完成则继续循环进行第五步至第十三步操作，直至完成所有刀座57拼点；
74.第十四步，拼点任务结束。
75.其中，在第五步到第十三步的刀座拼点过程中，刀座通过变位机进行旋转定位调整。
76.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。