移矩阵，R，、T，共有6个 相互独立的参数，选用多个C轴工作台面标志点利用最小二乘算法求解；为机床刀 具主轴坐标系〇s-XsYsZs9到视觉坐标系0εε-ΧεεΥεεΖεε10的转换矩阵，(??3Γ)为 第j个机床刀具端球形标志点14在机床刀具主轴坐标系0S_XSYSZS9下的三维齐次坐标， (i^cc?为第j个C轴工作台面标志点在视觉坐标系0ra-XraYrcZrc10下的三 维齐次坐标，R"、T"分别为视觉坐标系0εε-ΧεεΥεεΖεε10与机床刀具主轴坐标系0S-XSYSZS9之 间的旋转矩阵与平移矩阵，R"、T"共有6个相互独立的参数，选用多个机床刀具端球形标 志点14,利用最小二乘算法求解；
[0029] 4)动态图像米集，求解机床各轴运动误差
[0030] 机床五轴联动时，米用左、右尚速像机7、8拍摄数控机床联动轨迹序列图像；利用 同步装置使图像采集与数控机床联动同步，在标定各坐标系关系基础上，将每一运动时刻 求解的球形标志点三维坐标与初始时刻标志点信息相结合求解该时刻机床各运动轴的运 动量，计算公式如下：
[0032] 其中，（XtYtZtAtCt)为t时刻机床各轴的实际运动量/ZccI) 为t时刻第i个C轴工作台面标志点在视觉坐标系0εε_ΧεεΥεεΖεε10下的三维齐次坐标，{'^R % 为初始时刻第i个C轴工作台面标志点在机床参考坐标系0R-XRYRZR下 的三维齐次坐标；0为t时刻第j个C轴工作台面标志点在视觉坐标 系0ee-nzrc10下的三维齐次坐标，f；n_'zs 1)为第j个机床刀具端球形标志点 14在机床刀具主轴坐标系0S-XSYSZS9下的三维齐次坐标；
[0033] 将求得理论值与机床实际运动量相结合求解各轴运动误差，如公式：
[0034]
[0035] 其中，Δ?Δ2Δ;/丨Δ"为机床父、丫、2、厶、（：轴空间轨迹运动误差， (r4sc 为由双目视觉系统测量得到的机床乂、￥、2^、(：轴实际空 间轨迹运动量，?? 为数控系统后处理确定的机床X、Υ、ζ、Α、C 轴理论空间轨迹运动量。
[0036] 本发明的有益结果是采用双目视觉系统结合标志点在大范围内测量五轴联动数 控机床轨迹误差，解决了空间轨迹误差测量难题。采用双目高速像机测量机床空间轨迹误 差的手段既提高了误差测量精度又增加了机床运动轨迹测量范围。本发明的测量方法简 单、可靠，简化了测量流程。
【附图说明】
[0037] 图1为五轴联动数控机床动态空间轨迹误差视觉测量示意图。其中，1-五轴联动 数控机床，2-机床刀具主轴部件，3-机床X轴部件，4-机床Y轴部件，5-机床C轴部件，6-机 床A轴部件，7-左高速像机，8-右高速像机，9-机床刀具主轴坐标系Os-XsYsZs，10-视觉坐 标系Οεε-ΧεεΥεεΖεε，11-机床C轴坐标系Οε-ΧεΥεΖε、12-机床A轴坐标系0A-XAYAZA，13-机床参 考坐标系〇R-XRYRZR，14-机床刀具端球开多标志点，15-C轴中心球开多标志点，16-内圈球开多标志 点，17-外圈球形标志点。
[0038] 图2为五轴联动数控机床动态空间轨迹误差视觉测量流程图。
【具体实施方式】
[0039] 以下结合技术方案和附图1和2详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0040] 附图1为五轴联动数控机床高速动态空间轨迹误差视觉测量示意图。五轴数控机 床1上的各运动部件由机床刀具主轴部件2、机床X轴部件3、机床Y轴部件4、机床C轴部 件5、机床A轴部件6组成；机床刀具主轴部件2为移动部件，位于机床Z轴上；机床X轴部 件3、机床Y轴部件4为移动部件构成机床工件台；从机床床身由下至上的安装顺序为机床 Y轴部件4、机床X轴部件3、机床A轴部件6,机床C轴部件5安装在机床A轴部件6上，可 绕Zc轴线回转；机床A轴部件6可绕X激线转动。机床运动初始时刻机床各轴回零点，机 床各运动轴的坐标系原点位于同一铅垂线上，机床C轴部件（5)与机床A轴部件(6)回转 轴线原点0。、(^两点之间的垂直距离为b。
[0041] 实施例选用光阳五轴联动数控机床，机床刀具主轴部件1行程为400mm，机床X轴 部件3行程为600mm，机床Y轴部件4行程为600mm，机床C轴5部件行程为360 °，机床A轴 部件6转动范围为-70° -90°。左、右高速像机7、8帧频为180fps，分辨率为4096X3278。 两高速摄像机配备相同型号的Nikon24/70普通变焦镜头，像机与初始时刻C轴工作台面成 30°，两像机光轴之的夹角为45°，测量距离为300mm。利用光阳五轴联动数控机床加工涡 轮叶片表面，被加工件空间尺寸为lOOmmXlOOmmX100mm。
[0042] 首先用UG软件对工件三维建模，利用后处理生成涡轮表面加工五轴联动轨迹，本 实施例是在不安装工件情况下，利用双目视觉系统测量加工涡轮叶片表面的五轴联动数控 机床空载时空间动态轨迹误差。采用附图2所示测量流程求解数控机床运动误差，具体步 骤如下：
[0043] (1)左右像机标定
[0044] 本发明采用张正友提出的张氏标定法结合高精度二维标定板标定像机的内外以 及畸变参数。所采用的标定板为陶瓷材料棋盘格标定板，标定板大小为200mmX200mm，棋盘 格大小为lOmmXl〇mm。标定左、右高速像机7、8时将该标定板在两像机的公共视场内摆放 14个位置，在每一位置由采集的标定板的图像用于像机标定与计算两像机之间的F矩阵。 由公式（1)得到的标定两像机的参数如表1所示：
[0045] 表1左右高速摄像机标定参数值
[0046] L/1N丄UD乙D乙0"±丄/1 * *1 * ?/〇χ
[0047] (2)机床空间轨迹误差测量
[0048] 1)球形标志点安装
[0049] 为便于球形标志点识别本发明采用四类球形标志点作为特征信息测量机床空间 轨迹误差。不同球形标志点具有不同直径，同一类球形标志点具有不同的颜色。具体采用3 个机床刀具端球形标志点14,球形标志点直径为10mm，三个球形标志点等120度安装在主 轴上；将1个6mm直径的C轴中心球形标志点15安装在C轴台面上，球心位于回转中心轴 线上；6个4mm直径的内圈球形标志点16以及6个8mm外圈球形标志点17等间距15mm六 边形安装在C轴台面上；
[0050] 2)静态图像采集标定各坐标系
[0051] 运动初始时刻在机床各轴建立坐标系，将机床刀具主轴坐标系0s_XsYsZs 9原点0S 设置在刀尖；将机床C轴坐标系0ε-ΧεΥεΖε 11坐标系原点0ε建立在C轴回转轴线与机床工 作台面交点处；机床Α轴坐标系0Α-ΧΑΥΑΖΑ 12的原点建立在Α轴回转轴线与C轴回转轴线 的交点％处。为方便计算，将机床参考坐标系〇r_XrYrZr 13与A轴坐标系原点重合。最终， 使得建立的机床刀具主轴坐标系〇s_XsYsZs9、机床C轴坐标系0ε-ΧεΥεΖε 11、机床A轴坐标系 0Α-ΧΑΥΑΖΑ 12以及机床参考坐标系0R-XRYRZR 13的坐标系原点在同一条铅垂线上，并且各坐 标轴方向保持一致。Z轴向上为正，X轴向右为正，Y轴向前为正。由左、右高速像机7、8所 确定的视觉坐标系〇εε_ΧεεΥεεΖεε 10建立在左高速像机7的光心上。利用左、右高速像机7、8 在初始时刻采集各球形标志点信息，由公式（3)、（4)、（5)重建初始时刻各标志点在视觉坐 标系10下的三维坐标。在计算出标志点三维坐标基础上，根据公式（6)利用 最小二乘法计算f、T'、R"、Τ"上得到：
[0054] 3)动态图像米集求解机床各轴运动误差[0055] 利用数控系统控制五轴数控机床在预定命令下作涡轮表面加工空载轨迹，同
[0052]
[0053] 时触发左、右高速像机7、8采集球形标志点动态图像，利用公式（3)、（4)、（5)重建每 一时刻各标志点在视觉坐标系Ocx-XcxYcxZm10下的三维坐标丨/Zcr"、： (i^cc丨匕.1):，由重建出的标志点三维坐标结合计算w、R"、τ"以及初始 时刻各个球形标志点坐标1)根据公式（7)计算各轴 运动量（xtYtztAtCt)。以第4秒采集的720帧图像为例，计算得到：
[0056]
[0057] 将第4秒的实际测量值与数控指令的理论指令值进行比较，根据公式⑶得到该 时刻机床运动量误差：
[0058]
[0059] 本发明采用双目视觉测量技术与四类自发光球形标志点相结合方法，实现了数控 机床动态空间轨迹误差测量。与传统误差测量手段相比，本发明方法可实现动态测量数控 机床空间轨迹。该方法简单、可靠，简化了测量流程，提高了误差测量精度，同时也增加了动 态空间轨迹测量视场。
【主权项】
1. 一种五轴数控机床动态误差视觉测量方法，采用双目像机在大范围内测量数控机 床动态空间误差，其特征是，测量方法根据双目