[發(fā)明專利]一種基于虛擬球的空間標定體及其標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410023084.0
• 申請日: 2014-01-18
• 公開（公告）號: CN103791868A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于連棟;趙會寧;董釗;李維詩;鄭文興;魯思穎;韓麗玲
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種基于虛擬球的空間標定體及其標定方法，其特征在于：采用標準桿件和基座分離的形式以及激光跟蹤儀作為測量設(shè)備進行標定，其中基座采用硬質(zhì)鋁合金板作為標準桿件的安裝平臺；

首先制作具有三自由度的空間標定體，其包括有基座，在基座的上表面加工有均勻分布的螺紋孔，利用螺釘將硬質(zhì)鋁合金板和三自由度支架進行固連，在標準桿件的兩端分別加工有螺紋，其中一端固定到硬質(zhì)鋁合金板上，另一端用來固定構(gòu)成虛擬球的主體，所述虛擬球的主體采用切除頂端的正八面體，在其每個面上都加工有一個錐窩，一個切除頂端的表面中心位置加工有一個錐窩，另一個切除頂端的表面中心位置加工有一個螺紋孔；所述的錐角為60～120°，且正八面體上的每個錐窩其錐角和深度相同，錐窩目的是定位待標關(guān)節(jié)式坐標測量機的測頭，必須保證每個錐窩都要具有較好的圓錐度；

然后激光跟蹤儀作為測量設(shè)備對空間標定體進行標定，在整個測量過程中需要保證空間標定體保持不動，同時在基于虛擬球的空間標定體四周架設(shè)四臺激光跟蹤儀或者單臺激光跟蹤儀在空間標定體四周依次架設(shè)四次且每臺或者每次都能測量空間標定體上面所有的錐窩；假設(shè)每臺激光跟蹤儀或者每次架設(shè)激光跟蹤儀到某一個錐窩距離為l_iji=1,2,…,n;j=1,2,…,4，設(shè)每臺激光跟蹤儀或者每次架設(shè)激光跟蹤儀自身位置坐標為(x_j,y_j,z_j)，錐窩點坐標為(x_i,y_i,z_i),(i=1,2,…n;i≥13)，根據(jù)激光跟蹤儀測長精度高這一特點，可以建立公式（1）：

(xi-x1)2+(yi-y1)2+(zi-z1)2=li12(xi-x2)2+(yi-y2)2+(zi-z2)2=li22(xi-x3)2+(yi-y3)2+(zi-z3)2=li32(xi-x4)2+(yi-y4)2+(zi-z4)2=li42---(1)]]>

利用高斯-牛頓法求解(x_i,y_i,z_i)和(x_j,y_j,z_j)；

根據(jù)球面上的點到球心的距離等于半徑，每個切除頂端的正八面體上面錐窩共有9個，則可建立方程（5）

(xi-xvs)2+(yi-yvs)2+(zi-zvs)2=Rvs2,(i=1,2,...,9)---(5)]]>式中，(x_vs,y_vs,z_vs)表示虛擬球的球心，R_vs表示虛擬球的半徑；同理，利用高斯-牛頓算法可求出虛擬球的球心(x_vs,y_vs,z_vs)；

最后根據(jù)虛擬球i的球心坐標(x_vsi,y_vsi,z_vsi)和虛擬球j的球心坐標(x_vsj,y_vsj,z_vsj)，求出虛擬球i和虛擬球j球心之間的長度標準量d_k(k=1,2,…,36)，即為公式（6）：

dk=(xvsi-xvsj)2+(yvsi-yvsj)2+(zvsi-zvsj)2(i≠j)---(6)]]>

綜上根據(jù)上述公式，將基于虛擬球的空間標定體繞關(guān)節(jié)式坐標測量機周圍依次均勻固定在四個不同的位置，并在每個位置，通過調(diào)整硬質(zhì)鋁合金板使其擁有四種不同姿態(tài)，在待標定的關(guān)節(jié)式坐標測量機的測量空間中，共16個不同的位姿，使用待標定的關(guān)節(jié)式坐標測量機進行采樣時，一共可以獲得組長度標準量，進而可實現(xiàn)待標定關(guān)節(jié)式坐標測量機在其整個測量空間中的標定；利用任意兩個虛擬球心距離提供的長度標準量，并以這些長度標準量為已知的函數(shù)值，以關(guān)節(jié)式坐標測量機的結(jié)構(gòu)參數(shù)為未知量，可以得出多個方程，通過高斯-牛頓算法可求解出關(guān)節(jié)式坐標測量機的結(jié)構(gòu)參數(shù)的真實值。