双旋转激光平面发射机的内参数标定方法

文档序号:9784448阅读:839来源:国知局
双旋转激光平面发射机的内参数标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大尺寸空间测量方法设备技术领域,具体地,涉及一种双旋转激光平 面发射机的内参数标定方法。
【背景技术】
[0002] 随着航空、航天、船舶和大型电站等领域在制造装配过程中对大型部件精确定位 和位置实时测控的要求不断提高,大尺寸测量技术在工业生产中的应用越来越广泛。
[0003] 目前国际上应用较成熟的大尺寸测量技术有激光跟踪仪测量系统、经炜仪测量系 统以及数字摄影测量系统等。但是这些技术都存在一些缺点,如激光跟踪仪在测量过程中 会出现丢光的现象,经炜仪测量系统每次测量时都需人工对准目标,这样不仅会降低工作 效率,而且会人为引入误差。
[0004] 在大尺寸测量技术中,中国专利文献"基于双旋转激光平面发射机网络的空间定 位方法"(【申请号】2008010150383.5),该专利公开了一种使用双旋转激光平面扫描进行空 间定位的方法,但没有涉及具体发射机内参数标定方法,没有具体的技术方案。

【发明内容】

[0005] 针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种双旋转激光平面发射机的内参 数标定方法。
[0006] 根据本发明的一个方面,提供一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法,其 特征是,包括如下步骤:
[0007] (1)在匀速旋转平台上安装两个线性激光器形成发射机,所述线性激光器发出两 道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号,所述LED脉冲信号作为所述扇形激光平面 旋转的初始时刻;
[0008] (2)在距所述发射机的预定距离位置设置一个三维标定台,在所述三维标定台上 安装一个光电器,所述光电器用于接收所述两个线性激光器的光信号,在所述三维标定台 上建立三维坐标系XYZ,所述光电器设置于XZ平面上;
[0009 ] (3)设定所述发射机动的坐标初始值,所述坐标初始值格式为
[0010] (64 0 0 # 0 0』应(')其中(A B C)为所述发射机在三维标定台的 5 坐标系中的坐标;
[0011] (4)在所述光电固定位置上沿Ζ轴正方向移动光电器,采集光电器移动标定点位置 的对应所述线性激光器的光信号;设所述光电器移动标定点为Ρ行q列;
[0012] (5)求解模型参数HR及T,模型如下: (叫⑴义)* (尸⑴-Γ ) = ο (i?i?2(1)iV2 )·(尸(1) -,)= ο (叫⑴入~)* (尸(2)-厂)=ο
[0013] I ^R2l2)JV2)· (p(2) ~ T J = 0 9' - rj = 0 )· (/)(")- '厂)=0
[0014] 其中:n:标定点编号,n = l,2,3…p*q,
[0015] R、T:发射机坐标系相对于三维标定台坐标系的旋转矩阵和平移矩阵;
[0016] 见、N2:两个激光平面在初始时刻的法向量;
[0017] 处)杷'激光平面从初始位置旋转到光电传感器时的旋转矩阵,分别是特征时 间# #的函数;
[0018] Ρ(η):三维标定台坐标系中标定点的坐标;
[0019] (6)根据第(5)步的模型参数推导发射机内参数,推导步骤如下:
[0020] (a)计算两个激光平面LPjPLP2在发射机坐标系下的平面方程以及与水平面的交 线LjPL2的方程,模型如下: \LPl: axx + h^y + ctz = 0 |?ι: ayx + bxy = Ο )LP, : ?/.,.ν -1- b-,γ -1- 6·,ζ 0 [/, : cux + lxy = 0
[0022] 其中:m=(ai h C1)T是激光平面1在初始时刻的法向量;
[0023] n2=(a2 b2 c2)T是激光平面2在初始时刻的法向量;
[0024] (b)计算两个激光平面在水平面上的夹角,模型如下: ? \ Γ Π V, · V.
[0025] Wrf - arecos ,,,, IhhKIJ f ... ?
[0026] 其中:h = 1 -1是交线U的方向向量; t h) / 'f
[0027] %= 1 - #是交线L2的方向向量; I丨'i
[0028] (c)计算两个激光平面与旋转轴的夹角約和%,以灼为例,模型如下: f \ r π n\ 9H1
[0029] φχ ~π-ανοοο^ .,,, IKrKU
[0030] 其中:m=(ai bl· C1)T是激光平面1在初始时刻的法向量; r
[0031] 1 ! 0是过旋转轴平面的法向量。 I J
[0032] 优选地,所述第(2)步中的预定距离为5米。
[0033] 优选地,所述第(4)步中光电器的移动标定点为3行11列。
[0034] 优选地,所述匀速旋转平台通过交流伺服电机驱动。
[0035] 优选地,所述匀速旋转平台以逆时针方向转动。
[0036] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
[0037] (1)采用非线性和线性相结合的方法,使用高精度三维标定台采集光电传感器数 据,以非线性优化的方法求解激光平面法向量,再以线性方法推导出发射机内参数,保证了 内参数的标定精度;
[0038] (2)确定的内参数为发射机结构参数,发射机出厂后内参数只需标定一次,可重复 使用,提高了工作效率;
[0039] (3)标定算法简单、易实现,且在优化求解时,对初值选取要求低;
[0040] (4)发射机内参数快速、精确标定,从而实现全方位、大尺寸的精确测量。
【附图说明】
[0041] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显:
[0042] 图1为发射机的立体结构示意图;
[0043]图2为发射机的俯视不意图;
[0044] 图3为发射机内参数标定示意图;
[0045] 图4为发射机激光平面结构示意图。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术 人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0047] 参见附图1至4,双旋转激光平面发射机内参数标定方法包括以下步骤:
[0048] (1)在旋转平台内部安装两个红色线性激光器,并在交流伺服电机的驱动下绕旋 转轴逆时针匀速旋转,工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲 信号,LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时
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