[发明专利]一种多结构光传感器空间姿态标定件及其标定方法

权利要求书

1.一种多结构光传感器空间姿态标定件，其特征在于：利用线结构光传感器的测量特点及旋转件测量位置关系，设计了专用的坐标位置校准件；每一个结构光传感器的激光平面与校准件相交为两段直线，通过精确拟合这两条直线得到每一个传感器与校准件的空间几何关系，最终可将每一个线结构光传感器的坐标值转换到旋转测量坐标系上。

2.根据权利要求1所述的一种多结构光传感器空间姿态标定件，其特征在于：在高精度正方体的基础上，在标准正方体的前后左右四个面分别切割一个钝角三角形，形成的凹形多面体，作为结构光传感器的测量平面，则传感器的测量结果为两条相交的直线。

3.利用权利要求1所述标定件进行的一种多线结构光传感器空间姿态标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：适当方式固定每一个线结构光传感器，使其平面激光束从倾斜方向与异形校准件相交，调整位置使激光接触区域在线结构光传感器测量有效区域内，测量数据即为传感器坐标系下的二维数据，多次测量取均值，得到二维点集合X₀＝(x_i，y_i)

步骤2：分别选取两条直线的拟合区域，分别对两条直线进行拟合得到直线参数

步骤3：根据两条直线夹角计算结构光相对于旋转坐标系x,y轴方向夹角

步骤4：根据两条直线在x轴的投影计算结构光传感器相对于旋转坐标系z轴方向的夹角；

步骤5：将线结构光传感器坐标数据转换到旋转坐标系下，完成坐标标定。

4.根据权利要求3所述的一种多线结构光传感器空间姿态标定方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

S1.建立线结构光传感器与标定装置表面的理论位置模型；

线结构光传感器与异性标定件的理论位置为：

第一、线结构光传感器激光平面垂直于标定件的前后左右四个平面；

第二、线结构光传感器的激光平面被等腰三角形的定点平分，即等腰三角形的顶点在激光平面的中心；

在上述理论位置的基础上，设异形标定件同侧上下表面的夹角为α，传感器激光宽度为l，设理想情况下，传感器激光平面与平面交线垂直，建立线结构光传感器与异性标定件的理论位置模型；

两条测量直线夹角为α，其中

其中，OA₀是线结构光传感器激光方向与异性标定件的接触深度，为等腰三角形顶点距离激光平面与异形标定件接触最远端连线的法向距离

S2.激光平面沿X方向偏转时的位姿判断；

在S1所述的理论位置模型基础上，当激光平面只沿X方向偏转时，线结构光传感器中的测量数据，左右分布不变，Y方向的测量数据存在变化，最大值比OA₀大，OA为X方向发生偏移时，线结构光传感器与异性标定件接触的实际高度；则激光平面的偏转角度为：

S3.激光平面只沿Y方向偏转时的位姿判断；

当激光平面只沿Y方向偏转时，线结构光传感器中的测量数据，Y方向的最大值不变，但左右分布不相等，左侧长度l₀，右侧长度l₁，左右比值决定了传感器的Y方向偏移程度，激光平面的Y轴偏转角度α_y为：

S4.一般位置的激光平面位姿判断；

一般位置的线结构光传感器的位姿会同时沿X方向和Y方向偏转，且异形标定件的实际测量数值有相应误差；

散点为线结构光传感器的测量数据，设左侧数据S₀＝{x₀，x₁，...，x_n}，右侧数据S₁＝{x₀，x₁，...，x_m}，及左右两条直线表达式

根据最小二乘法，分别拟合两条直线：

拟合完成后，则根据S2和S3的分析可得，

S5.将异形标定件固定到旋转坐标系上，如高精度转台等设备，旋转异形标定件，找到先结构光传感器测量数据中最大值A最小的时候，该值为A₀，

则

至此，线结构光传感器的坐标关系标定完毕。