[發明專利]一種基于平面約束的多邊法激光跟蹤三維坐標測量方法

有效

• 申請號: 202010530001.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111811396B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 張福民;張畫迪;曲興華;周倫彬
• 申請（專利權）人: 天津大學;蘇州集成校準檢測認證有限公司
• 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

本發明公開了一種基于平面約束的多邊法激光跟蹤三維坐標測量方法：(1)選定第一測站位置并布置光學面包板；(2)選定采樣點，在第一測站位置對每一個采樣點進行測量，獲得每一個采樣點在球坐標系下的三維坐標數據和每一個采樣點與絕對測量式激光跟蹤儀的測量中心之間的距離；(3)根據步驟(2)完成其他測站位置的數據測量；(4)根據步驟(2)得到的三維坐標數據，獲得每塊光學面包板的標準平面；(5)系統參數解算；(6)采用系統參數對待測物體的待測點坐標依照激光跟蹤多邊法進行解算。本發明通過在傳統多邊系統中引入平面約束，為系統提供優化方程，提高多邊系統的系統參數解算精度，進而提高多邊系統對空間點三維坐標測量的精度。

技術領域

本發明涉及三維坐標測量技術，特別涉及一種基于平面約束的多邊法激光跟蹤三維坐標測量方法。

背景技術

工業測量是在工業生產和科研的各個環節中，為產品的設計、模擬、測量、放樣、仿制、仿真、產品質量控制、產品運動狀態等提供測量技術支撐的一門學科。激光以其良好的定向性和能量集中性，在工業測量領域有重要的應用。

激光跟蹤儀是一種建立在球坐標上的測量設備，絕對測量式激光跟蹤儀依照TOF與激光干涉原理相結合的方式進行距離測量，使用高精度角度編碼器進行角度測量。具有精度高、便攜性好等特點，在工業測量中使用十分廣泛。然而在某些對精度有更高要求的測量場合，特別是在大尺寸測量中，激光跟蹤儀角度測量精度相對距離測量精度較低的劣勢就會顯現出來。多邊法系統能夠只使用距離測量數據進行空間三維坐標計算從而避免角度測量帶來的誤差。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種基于平面約束的多邊法激光跟蹤三維坐標測量方法，通過在傳統多邊系統中引入平面約束，為系統提供優化方程，提高多邊系統的系統參數解算精度，進而提高多邊系統對空間點三維坐標測量的精度。

本發明所采用的技術方案是：一種基于平面約束的多邊法激光跟蹤三維坐標測量方法，所采用的測量裝置包括絕對測量式激光跟蹤儀和跟蹤儀靶球，測量方法包括以下步驟：

步驟1，測量場搭建：選定能夠測量待測物體的某一位置作為第一測站位置；在所述第一測站位置的設定范圍內布置p塊光學面包板；

步驟2，數據測量：選定每塊所述光學面包板上的q個孔位點共p×q個點作為采樣點，采用所述絕對測量式激光跟蹤儀在第一測站位置配合所述跟蹤儀靶球，對每一個所述采樣點進行測量，獲得每一個所述采樣點在球坐標系下的三維坐標數據和每一個所述采樣點與所述絕對測量式激光跟蹤儀的測量中心之間的距離，完成第一測站位置的測量；

步驟3，轉站測量：選定除第一測站位置以外能夠測量待測物體的三處位置，作為第二測站位置、第三測站位置和第四測站位置，每個測站之間保持一距離，按照步驟2分別完成第二測站位置、第三測站位置和第四測站位置的測量；

步驟4，標準平面獲取：根據步驟2中所獲得的第一測站位置的每塊光學面包板上的q個孔位點的三維坐標數據，對于每塊所述光學面包板，在每塊光學面包板上的q個孔位點中選取6個孔位點進行標準平面擬合，在全部平面結果中，選取平面度誤差最小的平面，作為該塊所述光學面包板的標準平面，標準平面所對應的6個孔位點為該標準平面上的目標點；

步驟5，系統參數解算：以p塊所述光學面包板和4站測站位置組成的系統中，以第一測站位置的測量坐標系為系統坐標系，根據激光跟蹤多邊法求出第二測站位置、第三測站位置和第四測站位置在系統坐標系下的坐標；

步驟6，待測物體測量：采用步驟5得到的系統參數，對待測物體的待測點坐標依照激光跟蹤多邊法進行解算。

進一步地，步驟5中，所述的系統參數解算具體包括：

激光跟蹤多邊法使用平面約束下的距離方程作為解算空間點三維坐標的依據，已知平面約束下的距離方程為：