[發明專利]一種平面式線激光傳感器位姿標定件及標定方法

有效

• 申請號: 202210745580.1
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115307571B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 石照耀;李美川;孫衍強;于渤;呂浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 王兆波

本發明公開了一種平面式線激光傳感器位姿標定件及標定方法，基于現有齒輪測量中心建立非接觸式三維齒輪測量系統，實現對線結構光傳感器位姿標定件的設計及標定方法確認。幾何特征的位姿標定件，是一個柱狀中心旋轉結構體，其具體包含了平面I，外圓柱面I，V型槽，外圓柱面II，平面II，下端面，上端面，平面III，內圓柱面。各幾何特征具有一定精度的形狀誤差要求，各幾何特征之間具有一定精度的位置誤差要求，滿足幾何特征的精度加工需求。與齒輪測量中心測量工藝相結合，標定操作簡單易行，可實現線激光傳感器的精確標定。標定方法利用最小二乘對直線的擬合技術成熟，精度較高，能夠真實反映實際坐標數值的相互關系。

技術領域

本發明涉及一種線激光傳感器位姿標定件及其標定方法，特別是涉及一種用于齒輪三維測量的線激光傳感器空間位姿標定件及其標定方法，屬于精密測量技術領域。

背景技術

傳統的齒輪測量多采用接觸式測量方式，其存在以下不足點：1、測量效率低，難以在短時間之內實現所需輪齒齒面信息的獲取。2、僅以部分輪齒齒面的點、線等特定信息來評判整體齒輪，無法獲取齒面的全信息，評價不全面。3、接觸式測頭存在磨損、半徑補償等問題。相比較，非接觸齒輪激光測量方法具有明顯優勢，極大提高了測量效率，可獲取快速所有輪齒的齒面全信息。

線激光測量作為一種典型的非接觸式測量技術，廣泛應用于產品形貌、尺寸測量領域，具有快速、高精度、高效率、操作便捷、無損耗等特點。線激光傳感器的諸多優勢方便了工業應用，其高度封裝降低了對操作人員的技術要求，更加簡單、便捷地實現對被測物體的精密測量。

線激光測量為比對式測量技術，在進行物體表面信息精密測量前，精確標定線激光傳感器與被測物體的空間位姿關系顯得尤為重要，也是實現精確三維信息重構的重要前提。對于齒輪這一類型的旋轉式結構體，線激光傳感器的標定一般是借助于結構簡單的標準芯軸或具有復雜幾何特征的特制標定件來完成。基于結構簡單的標準芯軸的標定方法，需要累積多次小樣本數據進行擬合運算，且標定過程中需要對傳感器進行多次位姿調節，過程中不可避免的引入了多源誤差；基于特制復雜幾何特征標定件的標定方法，對標定件的加工及精度要求帶來很大的挑戰。

基于上述的現狀和問題，提出了一種用于齒輪測量的線激光傳感器位姿標定件及其標定方法，本專利針對齒輪類型的柱狀旋轉式結構體，以特定的圓柱面、平面、槽型結構來實現線激光傳感器的精確位姿標定。

發明內容

本發明的目的是針對現有的齒輪測量過程中線激光傳感器的位姿標定問題，提供一種用于齒輪測量的線激光傳感器位姿標定件及標定方法。

本發明所涉及的線激光傳感器位姿標定件，包括中心旋轉結構體，所述中心旋轉結構體的上下端面為平整結構；所述中心旋轉結構體的側面設有多個特定幾何形狀單元，每個結構單元包括外圓柱面I(2)、V型槽(3)和外圓柱面II(4)，所述的V型槽(3)設置在外圓柱面I(2)與外圓柱面II(4)中間，外圓柱面I(2)和外圓柱面II(4)上下對稱布置；各個結構單元之間設有豎直斷面結構，豎直斷面結構為中心旋轉結構體的側面豎直結構面；中心旋轉結構體的中間設有內圓柱面(9)；如圖1所示，所述的豎直斷面結構包括平面I(1)、平面II(5)和平面III(9)；下端面(6)和上端面(7)為中心旋轉結構體的上下端面。

上述標定件滿足以下設計要求：

S1：內圓柱面(9)為標定件的定位基準，對其尺寸和形位公差有嚴格要求，其與被測齒輪具有一致的孔徑尺寸(圖5)，為實現徑向定位精度的準確性要求內圓面的圓柱度為0.3μm。

S2：平面I(1)、平面II(5)、平面III(8)具有相同的平面結構，保證獨立平面度為1μm，它們相對于中心軸的距離有一致性(圖2、圖5)并與待測齒輪的齒根圓直徑尺寸相關；平面I(1)、平面II(5)、平面III(8)均相對于下端面(6)垂直度為1μm；平面I(1)與平面III(8)平行度1μm；平面I(1)與平面III(8)關于中心線對稱度1μm；平面II(5)與平面I(1)、平面III(8)相互垂直度為1μm。