[發明專利]一種激光掃描儀的誤差補償方法

有效

• 申請號: 201810557349.3
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN110553582B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 郭圣楠;黃俊杰;朱曉峰;李昂;陳濤
• 申請（專利權）人: 上海輝格科技發展有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 上海宏京知識產權代理事務所(普通合伙) 31297
• 代理人: 鄧文武

1.一種激光掃描儀的誤差補償方法，其特征在于，包括激光掃描儀與安裝法蘭，所述激光掃描儀包括由上至下依次連接設有激光測距儀、安裝底板、副回轉軸、主回轉軸，所述副回轉軸垂直連接于所述主回轉軸，所述主回轉軸有部分探出所述激光掃描儀后垂直連接于所述安裝法蘭，所述主回轉軸上設有主編碼器，所述副回轉軸上設有副編碼器，其中誤差補償方法，包括以下步驟：

步驟一：將激光測距儀的紅外光指向第一目標點，獲取主回轉軸中主編碼器記錄的旋轉角度α₁，獲取副回轉軸中副編碼器記錄的旋轉角度β₁，獲取激光測距儀與目標點之間的距離L₁，并分別將α₁、β₁、L₁帶入公式(1)中轉化為該目標點在以安裝法蘭與主回轉軸連接處為圓點、主回轉軸為X軸、副回轉軸為Y軸的掃描儀坐標系，公式(1)如下：

其中公式(1)中：[x y z]'為目標點在右手坐標系下的三維坐標，α為主回轉軸中主編碼器記錄的旋轉角度，β為副回轉軸中副編碼器記錄的旋轉角度，L為激光測距儀與目標點之間的距離，A為安裝法蘭中心與副回轉軸軸線距離在主回轉軸方向上的分量，B為主回轉軸軸線與副回轉軸軸線在空間中的最短距離，C為安裝底板底面與主回轉軸軸線之間的距離，D為安裝底板底面與激光測距儀光束發射點之間的距離，E為激光測距儀光束發射點與副回轉軸軸線之間的距離；

得到第一目標點在掃描儀坐標系中的坐標[x y z]'，則可根據公式(1)反算出另一組解為α₂、β₂、L₂；

步驟二：將激光掃描儀的主回轉軸、副回轉軸旋轉至步驟一中得出的α₂、β₂角度，由于α₂、β₂角度受誤差項影響，此時激光測距儀的紅外激光指向第一目標點附近，微調整激光掃描儀的主回轉軸與副回轉軸旋轉角度，使激光測距儀的紅外激光指向中第一目標點，記下此時的激光掃描儀主回轉軸、副回轉軸的旋轉角度以及激光測距儀測得的距離，記為α'₂、β'₂、L'₂；

步驟三：在公式(1)的基礎上引入四個誤差項，四個誤差項分別為激光測距儀光束與副回轉軸不垂直引起的誤差項、副回轉軸歸零引起的誤差項、主回轉軸與副回轉軸不正交引起的兩個誤差項，則掃描儀坐標系下目標點的坐標計算公式為公式(3)，公式(3)如下：

其中公式(3)中：θ₁為激光測距儀光束與副回轉軸不垂直引起的偏差角，θ₂、θ₃為主回轉軸與副回轉軸不正交引起的兩個偏差角，Δβ為副回轉軸歸零誤差引起的誤差項；

步驟四：對公式(3)簡化生成公式(4)，公式(4)如下：

X＝H(A,B,C,D,E,L,α,β,θ₁,θ₂,θ₃,Δβ)

其中公式(4)中：H為自定義的坐標計算函數；

引入四個誤差項后，激光掃描儀仍然有兩個姿態指向同一目標點，即激光掃描儀測量范圍內任意點，得到公式(5)，其中公式(5)如下：

步驟五：選取不同于第一目標點的第二目標點，重復步驟一和步驟二；

步驟六：將步驟一與步驟二中所得的α₁、β₁、L₁及α'₂、β'₂、L'₂代入公式(5)中得到公式(6)，公式(6)如下：

H(A,B,C,D,E,L₁,α₁,β₁,θ₁,θ₂,θ₃,Δβ)＝H(A,B,C,D,E,L'₂,α'₂,β'₂,θ₁,θ₂,θ₃,Δβ)

結合公式(3)得到三個關于誤差項的等式，對第二目標點采取同樣的操作，共得到六個關于誤差項的等式，利用最小二乘法，求出四個誤差系數θ₁、θ₂、θ₃、Δβ，激光掃描儀誤差標定完成。