[發明專利]柔性布局的視覺輔助激光振鏡掃描系統及其現場校準方法

有效

• 申請號: 201710542766.6
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107449374B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 涂俊超;張麗艷;王敏剛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及振鏡掃描系統標定領域，具體是一種柔性布局的視覺輔助激光振鏡掃描系統及其現場校準方法。

背景技術

借助激光振鏡掃描系統可以實現激光定位投影與激光三維測量，因此被廣泛運用在航空制造航空制造領域，如飛機零部件裝配、復合材料鋪層、圖案噴涂等方面。通常激光振鏡掃描系統在使用前都需要進行標定，即標定激光振鏡掃描系統自身掃描頭的偏轉量與出射激光束方位向量之間的關系與標定激光振鏡掃描系統與被掃描對象之間的位姿關系。將視覺測量與激光振鏡掃描系統相結合組成視覺輔助激光振鏡掃描系統是目前有效解決激光振鏡掃描系統標定問題方式之一，但在系統標定完成后視覺系統與激光振鏡掃描系統的相對位置關系是固定的。當現場出現被掃描對象的位置發生變化或在激光掃描路徑上出現遮擋等情況時，需要移動視覺輔助激光振鏡掃描系統的位置或更換視覺系統的鏡頭，此時系統就需要重新標定。為了獲得較高的系統標定精度，需要進行大量的數據采樣，所以視覺輔助激光振鏡掃描系統的標定過程很耗時，所以系統的重新標定大大降低了該系統在現場應用的可適性與效率。

為了提高視覺輔助激光振鏡掃描系統在現場的可適用性，視覺測量系統與激光振鏡掃描系統之間的布局應該是柔性的，即兩者的相對位置關系可以根據現場情況進行調整，并且視覺系統的相機鏡頭也可以根據現場被掃描對象距視覺測量系統的遠近進行更換。視覺測量系統與激光振鏡掃描系統之間采用柔性布局以后，每次現場應用時將會導致上次的標定結果不再適用，因而為了避免重復的系統標定工作，可以對視覺輔助激光振鏡掃描系統進行一個現場校準，使得之前的標定結果能在新的視覺系統坐標系下同樣適用。因此，快速、準確的完成激光振鏡掃描系統的現場校準是確柔性布局的視覺輔助激光振鏡掃描系統能夠在不同現場環境下得以高效應用的關鍵技術難題。

發明內容

本發明針對傳統視覺輔助激光振鏡掃描系統在不同現場環境應用中可適性不強與效率低的問題，提供了一種柔性布局的視覺輔助激光振鏡掃描系統及其現場校準方法, 該系統可以依據現場應用時的不同情況調整視覺測量系統與激光振鏡掃描系統的相對位置，并且視覺系統地相機鏡頭可以根據現場被掃描對象距視覺測量系統的遠近進行更換，從而達到增強系統可適性的效果。并且利用該系統可以準確地求出現場雙目系統坐標系下某個具體的輸入數字控制信號對應的出射光方位向量。

本發明提供了一種柔性布局的視覺輔助激光振鏡掃描系統，包括激光振鏡掃描系統、視覺定位裝置和校準裝置；

所述的視覺定位裝置為一個雙目立體視覺系統；

所述的激光振鏡掃描系統包括一個激光掃描振鏡、一個激光發射器、一個控制板卡、一個電腦主機；

所述的雙目立體視覺系統包括左、右兩個工業相機、相機固定裝置、與振鏡掃描系統共用的電腦主機；

所述的校準裝置為一塊校準平板，校準平板的一面為間距已知的黑色圓形陣列標準模板圖案，另一面為適合激光光斑成像的光滑平面。

本發明還提供了一種柔性布局的視覺輔助激光振鏡掃描系統的現場校準方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，依據現場需要進行激光定位投影的區域的幅面大小以及雙目立體視覺系統相對投影區域的遠近選擇合適的相機鏡頭，并通過調節相機固定裝置與鏡頭調焦裝置使得被投影區域清晰的出現在兩相機公共視場的中央區域；

步驟二，標定調節好的雙目立體視覺系統，并將標定參數保存；

步驟三，通過向激光振鏡掃描系統輸入一系列數字控制信號D_k,k＝1,2,…N，使得激光振鏡掃描系統在雙目立體視覺系統的視場中投射出由N條激光線l_k,k＝1,2,…N，構成的激光束；

步驟四，將校準裝置中的平板放置在激光束投射覆蓋區域內，并讓噴有啞光漆的光面面向相機，沿激光投射方向移動平板，在激光束投射覆蓋區域前后兩個位置處形成兩個具有N個光斑的光斑點陣，同時控制雙目立體視覺系統拍攝平板上形成的光斑點陣，記左右相機在位置1處拍攝到的光斑點陣圖像為與在位置2處拍攝到的光斑點陣圖像為與

步驟五，根據步驟四拍攝到的圖像與由雙目立體視覺算法計算得到兩個不同位置處平板上的光斑點陣中第k個數字控制信號D_k對應的光斑中心在雙目系統坐標系下的空間坐標與

步驟六，根據激光振鏡系統模型，計算出步驟三中輸入的控制數字信號D_k,k＝ 1,2,…N在原激光振鏡系統坐標系A中的激光射線向量其中表示激光射線方向向量，表示激光射線經過的一點空間坐標；