基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法和設(shè)備。五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)切割前通常都需要一個(gè)示教的過(guò)程，但原有的示教錄返過(guò)程不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不易準(zhǔn)確控制。本發(fā)明在激光切割頭上固定一個(gè)光學(xué)測(cè)量?jī)x，由切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x一起運(yùn)動(dòng)，利用光學(xué)測(cè)量?jī)x與五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，獲取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件重構(gòu)工件的CAD模型，進(jìn)而根據(jù)該CAD模型實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃。本發(fā)明用于對(duì)三維大型覆蓋件等薄壁、易變形工件的在線切割。
【專利說(shuō)明】基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)上安裝測(cè)量裝置通過(guò)逆向工程軟件重構(gòu)其CAD模型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜板材的免示教激光切割的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)原有的示教錄返過(guò)程是依靠操作者的視覺(jué)和手工點(diǎn)動(dòng)來(lái)完成的，整個(gè)過(guò)程不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且由于測(cè)頭與工件的間距靠操作者肉眼確定，不易準(zhǔn)確控制；同時(shí)由于測(cè)頭結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致精度不能得到有效保證。如何充分地利用已有的系統(tǒng)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)免示教切割，便成為一個(gè)迫切需要解決的實(shí)際工程問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法和設(shè)備，通過(guò)利用光學(xué)測(cè)量?jī)x與五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維曲面上切割姿態(tài)、軌跡的自動(dòng)規(guī)劃和數(shù)控編程。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
基于逆向工程技術(shù)的免示教激光自動(dòng)切割裝置，其組成包括:五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)，所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)連接數(shù)字化采集硬件和計(jì)算機(jī)，共同構(gòu)成獲取工件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維測(cè)量系統(tǒng)，所述的數(shù)字化采集硬件的光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定，作為工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量裝置。
[0005]一種基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，在激光切割頭上固定一個(gè)光學(xué)測(cè)量?jī)x，由切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x一起運(yùn)動(dòng)，利用光學(xué)測(cè)量?jī)x與五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，獲取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件重構(gòu)工件的CAD模型，進(jìn)而根據(jù)該CAD模型實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃。
[0006]所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定在一起，利用五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量和加工在同一臺(tái)設(shè)備上完成，工件一次裝夾就完成測(cè)量和加工，消除二次裝夾誤差。
[0007]所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，利用逆向工程軟件重構(gòu)工件CAD模型，進(jìn)而根據(jù)所述的CAD模型及激光切割要求實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的五軸聯(lián)動(dòng)免示教激光切割。
[0008]所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，通過(guò)切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的掃描運(yùn)動(dòng)，光學(xué)測(cè)量?jī)x采用數(shù)字光柵投影方式將光柵條紋投影到被測(cè)物體表面，CCD相機(jī)從相異的角度拍攝被測(cè)物體表面的條紋圖像，并輸入到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)獲取條紋圖像中的信息精確解析出每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)物體表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)(X,Y,Z)，生成被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)合成，生成工件表面完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，作為逆向工程軟件的輸入；由逆向工程軟件完成復(fù)雜型面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)與目標(biāo)曲面的配準(zhǔn)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分片、曲線曲面的重構(gòu)及CAD模型重建；然后根據(jù)重構(gòu)的CAD模型的特點(diǎn)及激光切割的特點(diǎn)利用軌跡規(guī)劃軟件實(shí)現(xiàn)切割頭姿態(tài)及軌跡的自動(dòng)規(guī)劃，并輸出其G代碼，這樣不需要示教，就可以直接獲得激光的切割軌跡。
[0009]有益效果:
本發(fā)明通過(guò)借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)充分發(fā)揮了五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)CNC系統(tǒng)的功能，對(duì)解決激光加工中切割頭姿態(tài)及軌跡自動(dòng)規(guī)劃這一工程實(shí)際問(wèn)題起到了有效的作用。
[0010]本發(fā)明特別適合于對(duì)三維大型覆蓋件等薄壁、易變形工件的在線切割，可以進(jìn)一步降低設(shè)備對(duì)工人的技術(shù)要求、節(jié)省加工時(shí)間、提高加工效率，更好地滿足五軸聯(lián)動(dòng)激光切割加工的要求。本發(fā)明具有速度快、精度高、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以更好地滿足五軸聯(lián)動(dòng)激光切割加工的要求。
[0011]本發(fā)明通過(guò)逆向工程技術(shù)為解決該問(wèn)題提供了一條新思路，在激光切割頭上固定一個(gè)光學(xué)測(cè)量?jī)x，由切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x一起運(yùn)動(dòng)，利用光學(xué)測(cè)量?jī)x與五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，獲取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件重構(gòu)工件的CAD模型，進(jìn)而根據(jù)該CAD模型實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜板材的免示教激光切割。
[0012]本發(fā)明在五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)上，配置相應(yīng)的數(shù)字化采集硬件和計(jì)算機(jī)軟件，構(gòu)成簡(jiǎn)易的三維測(cè)量系統(tǒng)，從而達(dá)到投資少、見(jiàn)效快、事半功倍的效果。該測(cè)量系統(tǒng)屬于準(zhǔn)在線測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量和加工在同一臺(tái)設(shè)備上完成，工件一次裝夾就完成測(cè)量和加工，省時(shí)且測(cè)量成本低，無(wú)二次裝夾誤差。同時(shí)，該系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制測(cè)量的示教錄返編程，比起原有的點(diǎn)動(dòng)控制示教錄返編程，具有速度快、精度高、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因而可以更好地滿足五軸聯(lián)動(dòng)激光切割加工的要求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1:一種基于逆向工程技術(shù)的免不教三維激光切割方法；
圖2:—種基于逆向工程技術(shù)的免示教激光切割機(jī)數(shù)據(jù)處理流程。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
基于逆向工程技術(shù)的免示教激光自動(dòng)切割裝置，其組成包括:五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)，所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)連接數(shù)字化采集硬件和計(jì)算機(jī)，共同構(gòu)成獲取工件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維測(cè)量系統(tǒng)，所述的數(shù)字化采集硬件的光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定，作為工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量裝置。
[0015]實(shí)施例2:
一種基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，在激光切割頭上固定一個(gè)光學(xué)測(cè)量?jī)x，由切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x一起運(yùn)動(dòng)，利用光學(xué)測(cè)量?jī)x與五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，獲取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件重構(gòu)工件的CAD模型，進(jìn)而根據(jù)該CAD模型實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃。[0016]實(shí)施例3:
實(shí)施例2所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定在一起，利用五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量和加工在同一臺(tái)設(shè)備上完成，工件一次裝夾就完成測(cè)量和加工，消除二次裝夾誤差。
[0017]實(shí)施例4:
實(shí)施例3所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，利用逆向工程軟件重構(gòu)工件CAD模型，進(jìn)而根據(jù)所述的CAD模型及激光切割要求實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的五軸聯(lián)動(dòng)免示教激光切割。
[0018]實(shí)施例5:
光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定在一起，由切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的掃描運(yùn)動(dòng)。光學(xué)測(cè)量?jī)x采用數(shù)字光柵投影方式將光柵條紋投影到被測(cè)物體表面，CCD相機(jī)從相異的角度拍攝被測(cè)物體表面的條紋圖像，并輸入到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)獲取條紋圖像中的信息精確解析出每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)物體表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)(X、Y、Z)，生成被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)合成，生成工件表面完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，作為逆向工程軟件的輸入。由逆向工程軟件完成復(fù)雜型面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)與目標(biāo)曲面的配準(zhǔn)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分片、曲線曲面的重構(gòu)及CAD模型重建等。然后根據(jù)重構(gòu)的CAD模型的特點(diǎn)及激光切割的特點(diǎn)利用軌跡規(guī)劃軟件實(shí)現(xiàn)切割頭姿態(tài)及軌跡的自動(dòng)規(guī)劃，并輸出其G代碼，這樣不需要示教，就可以直接獲得激光的切割軌跡。
[0019]其中采用的硬件:
(I)光學(xué)測(cè)量?jī)x。本系統(tǒng)采用光學(xué)雙目面掃描測(cè)頭，測(cè)量距離為800mm-1000mm，分辨率可達(dá)1280*1024，測(cè)量精度0.05mm，單次掃描時(shí)間< 5s。
[0020](2)五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它們來(lái)完成測(cè)量過(guò)程計(jì)算機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令。
[0021](3)數(shù)控系統(tǒng)中的測(cè)量軟件模塊。借機(jī)量系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，很大程度上取決于系統(tǒng)的軟件，它主要完成測(cè)頭運(yùn)動(dòng)控制，如光學(xué)測(cè)量?jī)x運(yùn)動(dòng)速度和空間位置的控制；采樣數(shù)據(jù)處理，獲取機(jī)床當(dāng)前三坐標(biāo)的空間位置。
[0022](4)專用逆向工程軟件。根據(jù)測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、曲線曲面重構(gòu)獲取其CAD模型。
[0023](5)基于CAD模型的軌跡規(guī)劃軟件。根據(jù)逆向工程軟件重構(gòu)的CAD模型特征及激光切割的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)切割姿態(tài)及軌跡的自動(dòng)規(guī)劃。
[0024]以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，凡采用等同變換、等效變換而形成的技術(shù)方案，均在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于逆向工程技術(shù)的免不教激光自動(dòng)切割裝置，其組成包括:五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)，其特征是:所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)連接數(shù)字化采集硬件和計(jì)算機(jī)，共同構(gòu)成獲取工件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維測(cè)量系統(tǒng)，所述的數(shù)字化采集硬件的光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定，作為工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量裝置。
2.一種基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，其特征是:在激光切割頭上固定一個(gè)光學(xué)測(cè)量?jī)x，由切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x一起運(yùn)動(dòng)，利用光學(xué)測(cè)量?jī)x與五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成工件空間點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，獲取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件重構(gòu)工件的CAD模型，進(jìn)而根據(jù)該CAD模型實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，其特征是:光學(xué)測(cè)量?jī)x與激光切割頭固定在一起，利用五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成借機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量和加工在同一臺(tái)設(shè)備上完成，工件一次裝夾就完成測(cè)量和加工，消除二次裝夾誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，其特征是:利用逆向工程軟件重構(gòu)工件CAD模型，進(jìn)而根據(jù)所述的CAD模型及激光切割要求實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割姿態(tài)、軌跡的在線規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的五軸聯(lián)動(dòng)免示教激光切割。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于逆向工程技術(shù)的免示教激光三維測(cè)量方法，其特征是:通過(guò)切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)測(cè)量?jī)x運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的掃描運(yùn)動(dòng)，光學(xué)測(cè)量?jī)x采用數(shù)字光柵投影方式將光柵條紋投影到被測(cè)物體表面，CCD相機(jī)從相異的角度拍攝被測(cè)物體表面的條紋圖像，并輸入到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)獲取條紋圖像中的信息精確解析出每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)物體表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)(X、Y、Z)，生成被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)合成，生成工件表面完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，作為逆向工程軟件的輸入；由逆向工程軟件完成復(fù)雜型面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)與目標(biāo)曲面的配準(zhǔn)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分片、曲線曲面的重構(gòu)及CAD模型重建；然后根據(jù)重構(gòu)的CAD模型的特點(diǎn)及激光切割的特點(diǎn)利用軌跡規(guī)劃軟件實(shí)現(xiàn)切割頭姿態(tài)及軌跡的自動(dòng)規(guī)劃，并輸出其G代碼，這樣不需要示教，就可以直接獲得激光的切割軌跡。
【文檔編號(hào)】G05B19/4097GK103885390SQ201410139980
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】王懋露, 張宏志, 王揚(yáng), 劉俊巖, 楊立軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)