[發明專利]一種基于測量碳纖維桿軸線中點的坐標統一化方法

有效

• 申請號: 202010028050.6
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111189391B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 張福民;何俊;曲興華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

1.一種基于測量碳纖維桿軸線中點的坐標統一化方法，用于激光跟蹤儀坐標系和攝影系統坐標系的統一，所采用的裝置包括碳纖維桿(2)、角隅棱鏡(4)、攝影測量靶球(5)，其特征在于，坐標統一化方法包括以下步驟：

步驟1，按照被測物體位置和測量需求固定所述激光跟蹤儀和所述攝影系統；

步驟2，將所述碳纖維桿(2)固定在所述激光跟蹤儀和所述攝影系統能夠同時測量到的范圍內；

步驟3，在所述碳纖維桿(2)的第一端上固定所述角隅棱鏡(4)、第二端上固定所述攝影測量靶球(5)；采用所述激光跟蹤儀對所述碳纖維桿(2)的第一端上的所述角隅棱鏡(4)的坐標進行測量，獲得所述碳纖維桿(2)第一端上的所述角隅棱鏡(4)在所述激光跟蹤儀坐標系下的坐標；采用所述攝影系統對所述碳纖維桿(2)的第二端上的所述攝影測量靶球(5)的坐標進行測量，獲得所述碳纖維桿(2)第二端上的所述攝影測量靶球(5)在所述攝影系統坐標系下的坐標；

步驟4，交換所述角隅棱鏡(4)和所述攝影測量靶球(5)的位置，將所述角隅棱鏡(4)固定在所述碳纖維桿(2)的第二端上，將所述攝影測量靶球(5)固定在所述碳纖維桿(2)的第一端上；采用所述激光跟蹤儀對所述碳纖維桿(2)的第二端上的所述角隅棱鏡(4)的坐標進行測量，獲得所述碳纖維桿(2)第二端上的所述角隅棱鏡(4)在所述激光跟蹤儀坐標系下的坐標；采用所述攝影系統對所述碳纖維桿(2)的第一端上的所述攝影測量靶球(5)的坐標進行測量，獲得所述碳纖維桿(2)第一端上的所述攝影測量靶球(5)在所述攝影系統坐標系下的坐標；

步驟5，對所述碳纖維桿(2)第一端上的所述角隅棱鏡(4)在所述激光跟蹤儀坐標系下的坐標和所述碳纖維桿(2)第二端上的所述角隅棱鏡(4)在所述激光跟蹤儀坐標系下的坐標取平均值，獲得所述碳纖維桿(2)的中點在所述激光跟蹤儀坐標系下的坐標；對所述碳纖維桿(2)第一端上的所述攝影測量靶球(5)在所述攝影系統坐標系下的坐標和所述碳纖維桿(2)第二端上的所述攝影測量靶球(5)在所述攝影系統坐標系下的坐標取平均值，獲得所述碳纖維桿(2)的中點在所述攝影系統坐標系下的坐標；即，獲得一組所述碳纖維桿(2)的中點在所述激光跟蹤儀坐標系下和所述攝影系統坐標系下的坐標；

步驟6，調整所述碳纖維桿(2)的姿態或位置，重復步驟3至步驟5，獲得n組所述碳纖維桿(2)的中點在所述激光跟蹤儀坐標系下和所述攝影系統坐標系下的坐標；

步驟7，根據步驟6獲得的n組所述碳纖維桿(2)的中點在所述激光跟蹤儀坐標系下和所述攝影系統坐標系下的坐標，得到所述激光跟蹤儀坐標系和所述攝影系統坐標系之間的轉換矩陣，完成所述激光跟蹤儀坐標系和所述攝影系統坐標系的統一。

2.根據權利要求1所述的基于測量碳纖維桿軸線中點的坐標統一化方法，其特征在于，所述碳纖維桿(2)的第一端和第二端均設置有用于固定所述角隅棱鏡(4)和所述攝影測量靶球(5)的靶座(1)，所述靶座(1)的中心位于所述碳纖維桿(2)的軸線上。

3.根據權利要求1所述的基于測量碳纖維桿軸線中點的坐標統一化方法，其特征在于，所述碳纖維桿(2)通過夾具和三角架(3)固定在選定位置上，并通過調整所述三角架(3)的高度和移動所述三角架(3)的位置調整所述碳纖維桿(2)的姿態或位置。

4.根據權利要求1所述的基于測量碳纖維桿軸線中點的坐標統一化方法，其特征在于，步驟7中，所述激光跟蹤儀坐標系和所述攝影系統坐標系之間的轉換矩陣為：

設第i組坐標中由所述激光跟蹤儀測量得到的中點坐標為P_i(xP_i,yP_i,zP_i)、由所述攝影系統測量得到的中點坐標V_i(x_vi,y_vi,n_vi)，其中，i＝1,2,...,n；

建立所述攝影系統坐標系測量點矩陣A和所述激光跟蹤儀坐標系測量點矩陣B：

利用最小二乘法得到所述激光跟蹤儀坐標系與所述攝影系統坐標系之間的轉換矩陣F：

F＝(A^TA)^-1·A^T·B (3)

所述激光跟蹤儀坐標系與所述攝影系統坐標系之間的轉換矩陣F表示為：

其中，p_x、p_y、p_z分別為所述激光跟蹤儀坐標系到所述攝影系統坐標系沿X、Y、Z軸的平移參量，n_x、n_y、n_z、o_x、o_y、o_z、a_x、a_y、a_z均為旋轉參量。