[发明专利]基于圆柱体和线结构光标定空间回转轴线的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于圆柱体和线结构光标定空间回转轴线的方法及其应用，所述空间回转轴线的标定包括：（1）将圆柱体放置于转台上，线结构光传感器获取圆柱体的轮廓数据并根据轮廓数据获得圆心坐标C₁；（2）转台转动角度θ后，线结构光传感器再次获取圆柱体的轮廓数据获得圆心坐标C₂；（3）通过圆心坐标C₁、C₂和角度θ计算出回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据L₀；沿圆柱体的高度方向移动线结构光传感器，移动距离为z，重复步骤（1）至（3），获取回转轴线在初始数据坐标系下的L_i，最后直线拟合得出回转轴线，即实现对回转轴线的标定。通过本发明提供的方法可快速实现对回转轴线的标定，将其应用于叶片检测领域。

技术领域

本发明属于线结构光传感器测量领域，具体涉及一种基于圆柱体和线结构光传感器标定回转轴线的方法及其应用。

背景技术

叶片作为航空发动机、燃机、汽轮机等设备中的关键零部件，承担着将热能转化为机械能的重要任务，叶片的形状及质量直接影响整机的能量转换效率和使用寿命。叶片因其三维型面为不规则曲面且每个截面高度的型线轮廓不相同给叶片检测工作增加了难度。

基于线结构光传感器的四轴测量系统需要通过多视角数据拼接检测叶片截面曲线特征的系统，该系统在使用前需要对线结构光传感器的位姿、转台回转轴线、以及待测叶片的轴线等进行标定，以减少检测数据的误差。传统对转台回转轴线的标定是采用引入标准球对转台的回转轴线标定，但是标准球仅能实现对一个截面回转中心的标定，并不能实现对回转轴线的标定，因此在标定过程回转轴线存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于圆柱体和线结构光传感器标定回转轴线的方法，该方法引入标准圆柱体对转台回转轴线进行标定，利用同一截面回转轴线到圆柱体所在圆心距离相同，再配合线结构光传感器Z轴移动，实现对回转轴线的标定。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于圆柱体和线结构光传感器标定空间回转轴线的方法，包括线结构光传感器的位姿标定和空间回转轴线的标定，所述空间回转轴线的标定采用如下步骤实现：

(1)将标准圆柱体放置于转台上，线结构光传感器获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据进行圆拟合获得在初始数据坐标系下的圆心坐标C₁(x_c1,y_c1)；

(2)转台转动角度θ后，线结构光传感器再次获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据圆拟合获得移动后数据坐标系下的圆心坐标C₂(x_c2,y_c2)；

(3)通过圆心坐标C₁、C₂和转动角度θ计算出回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据L₀(x₀,y₀)；

式中，L₀为回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据；T为转动转台后的旋转矩阵，E_2×2为二阶单位矩阵；为圆心C₁在初始数据坐标系中的坐标向量；为圆心C₂在移动后数据坐标系中的坐标向量；为转台转动前后线结构光传感器的移动向量；