[發明專利]一種旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置的參數標定方法

無效

• 申請號: 201110280610.8
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102445162A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 李明;梁爽;趙幸福;楊恢;盛翠園;梅沛;李娜;李偉;田應仲
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種測量裝置的參數標定方法，特別是一種旋轉光束呈錐面掃描的測量裝置的參數標定方法，屬于工業測量領域。

背景技術

測量裝置的標定方法從技術手段上講主要分為兩種，一種是直接標定，采用高精度測量儀器對測量裝置的參數直接進行測量。這種標定方法比較容易實現，精度較高，但是有一個前提，測量裝置的參數必須可以直接測量或是可引出測量。另一種是間接標定，利用該測量裝置掃描對標準塊（比如高精度球面等）進行測量，以此來間接標出測量裝置的參數，這種方法可以對不能直接測量的參數進行標定，但是對算法和標準件精度的要求較高。

李明等發明了一種旋轉激光束呈錐面掃描的測量裝置（申請號：201110236707.9），該測量裝置由上下傳動軸，上下傳動軸伺服電機，旋轉伺服電機，連接件和激光位移傳感器組成。上下傳動軸伺服電機通過上下傳動軸驅動旋轉伺服電機上下移動，激光位移傳感器通過連接件與旋轉伺服電機連接，旋轉伺服電機通過連接件驅動激光位移傳感器旋轉，并帶動激光位移傳感器上下移動，調整激光位移傳感器在連接件上的工位，使激光位移傳感器的激光發射方向與旋轉伺服電機的旋轉軸呈一定夾角，當旋轉伺服電機帶動激光位移傳感器旋轉時，激光位移傳感器發射出的激光呈錐面地對待測工件進行掃描測量。

此測量裝置應用在實際測量之前需要對測量裝置的參數進行標定，限于傳感器實際的工位和安裝精度，激光位移傳感器作為掃描測量元件使用，伺服電機帶動傳感器旋轉時，光束形成的錐面并不是標準的圓錐面。由于激光的不可直接測量性，高精度的測量儀器不能完成對整個測量裝置參數的直接標定。而如果用采間接的標定方法，由于整個系統需要標定的參數過多，導致算法過于復雜，難以得出參數解。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的在于提出一種旋轉光束呈錐面掃描的測量裝置的參數標定方法，針對測量裝置中掃描光束參數的不可直接測量性，提出一種直接標定和基于標準面的間接標定相結合的參數標定方法。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

實際的測量過程中，所述旋轉伺服電機帶動所述激光位移傳感器旋轉時，激光束所形成的錐面并不是一個標準錐面，所述上下傳動軸帶動旋轉伺服電機上下移動時，激光束形成的錐面也并不一定是沿著錐面的旋轉中心平移。因此，整個測量裝置的標定分為兩個部分：

1)????呈錐面掃描的光束的參數標定

實際測量過程中，呈錐面掃描的光束的數學模型為：以激光光線和旋轉軸的公垂線在旋轉軸上的垂足為原點，Y軸沿公垂線方向，Z軸沿旋轉軸方向，X軸則由右手法則確定。此時，整個數學模型有三個參數需要標定，分別為：公垂線距離r，激光發射點距公垂線垂足的偏距l，以及錐角θ。同時，測量點在該數學模型坐標系下的坐標可用這三個參數表示出來。

呈錐面掃描的光束不可直接測量，因此它的參數標定采用間接標定方法，間接標定采用的標準塊包括平面、圓柱面、圓錐面或球面等高精度標準型面。由于間接標定采用優化擬合的方式，圓柱面、圓錐面和球面作為二次曲面，擬合的難度要大于平面，擬合精度也不如平面，因此，呈錐面掃描的光束參數的標定標準塊的標準型面推薦選用平面。將該標準塊固定，手動操作測量裝置對標準塊的標準型面進行掃描測量，測量過程中保持上下傳動軸的位置不變，得到所述標準型面點云的原始數據。

由于測量點均在標準型面上，而測量點在呈錐面掃描的光束坐標系下的坐標可用需要標定的參數表示出來，故采用迭代尋優的最優化方法求出呈錐面掃描的光束的三個參數的最優值，目標方程為測量點到標準型面的距離的加權平方和。

2)????上下傳動軸在呈錐面掃描的光束坐標系下的方位標定

實際的測量中，上下傳動軸帶動傳感器上下移動的過程相當于呈錐面掃描的光束坐標系沿空間一條直線平移的過程，因此，必須進行呈錐面掃描的光束坐標系與這條空間直線，即上下傳動軸的位置關系標定。由于光束及光束的旋轉軸不能被直接測量，而上下傳動軸的方位可以用激光跟蹤儀等高精度測量儀器直接測量，因此采用直接標定和間接標定相結合的方式進行上下傳動軸在呈錐面掃描的光束坐標系下的方位標定。