[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

说明书

本发明公开了一种多线结构光传感器空间姿态标定方法，属于精密测量领域。本发明基于多个线结构光传感器和异形校准件，提出了一种多结构光传感器空间姿态标定用校准件及其标定方法。这种方法适用于沿圆周方向分布的多个线结构光传感器对具有回转轴的机械零部件的测量。该方法利用最小二乘法对两段直线进行拟合，通过对拟合结果的坐标数据关系分析和计算，实现了对多个线结构光传感器的位姿关系标定。

技术领域

本发明涉及一种多结构光传感器空间姿态标定用标准件及其标定方法，属于精密测量领域。

背景技术

线结构光传感器是在激光三角测量原理基础上发展的传感器，其可以在一定的量程范围内获取传感器激光零位平面与被测物表面之间的距离。线结构光传感器属于非接触式测量，其快速、高精度、结构简单和使用简便的特点方便了工业应用，传感器高度封装使用人员无需了解激光知识便能够使用激光进行精密测量。一般情况下，线结构光传感器输出二维数据，经过适当的标定和计算，能够推算出被测物的三维信息。

在测量物体表面几何尺寸前，必须标定线结构光传感器与被测物所在坐标系的空间位置关系，标定的方法与被测物的几何形状和测量系统的结构关系密切。对于旋转测量机构和系统，被测物一般使用极坐标系(二维)或圆柱坐标系(三维)表示，所以线结构光传感器的坐标标定也必须在圆柱坐标系下进行。本文的标定方法是将多个线结构光传感器测得的二维距离值转换为被测物圆柱坐标系的三维值：(ρ，θ，h)。

在实际测量过程中，需要按照被测物特点选择合适标定方法，本方法是针对使用多个线结构光传感器测量柱状零件(圆柱、齿轮等)等旋转件，且该旋转件放置可旋转的轴系上的传感器姿态标定。标定过程中，需要先将一个标定件放置在旋转轴系中心，该标定件上的特定点，直线或者面已经经过其他测量仪器的测量和评定，使其精度信息已知。将线结构光传感器对此标定件的测量数据和既有精度信息进行关联，即可对线结构光光传感器的位置和结果进行标定。不同的测量传感器和装置使用不同的标定件进行标定，标定件一般为特殊外形的机械零件，一般称之为异性标定件。

发明内容

为了解决围绕旋转轴的多个线结构光传感器的坐标标定问题，本发明专利提出了一种异形标定件及标定方法。该方法将本发明专利提出的高精度异形标定件固定到回转轴系，调整各个线结构光传感器与异形标定件的相对位置，线结构光传感器光线以一定角度倾斜对准标定装置并且使得激光线跨越异形标定件的凹槽处，使得异形标定件表面位于传感器的量程之内，能够正常读取测量数值，如图1所示，l为线结构光传感器的激光宽度，标定装置的凹槽最深处大致位于激光平面的中部。以此为基础进行坐标标定。

本发明涉及的姿态异性标定件，是在一正方体金属块基础上，在其前后左右四个面分别切割相同高度的等腰三角形，标定件中心设置一通孔方便卡盘固定。该异性标定件的前后左右四个面由等腰三角形的两边组成，使用三坐标测量机或者其他测量装置进行测量，明确其精度信息。

一种多线结构光传感器空间姿态标定方法，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，则此时传感器的测量数据如图2所示。

两条测量直线夹角为α，其中