[发明专利]一种基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法

权利要求书

1.一种基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法，其特征在于，通过在线测量装置进行方向角在线测量；所述在线测量装置包括3D结构光传感器(I)、激光跟踪仪(II)、安装调整支架(III)以及目标物(V)，其中目标物(V)位于试验装置(IV)内部；

所述3D结构光传感器(I)为双结构光传感器结构；

所述安装调整支架(III)包括底座(4)，纵向调整杆(5)、横向调整杆(6)、滑块(7)、(3)D结构光传感器(I)的安装座(8)；所述安装调整支架(III)的底座(4)固定在试验装置(IV)内部，纵向调整杆(5)垂直支撑在底座(4)上，滑块(7)安装在纵向调整杆(5)上，滑块(7)可以在纵向调整杆(5)上上下移动；横向调整杆(6)安装在滑块(7)上，横向调整杆(6)可以在滑块(7)上横向移动，安装座(8)固定在横向调整杆(5)端部，(3)D结构光传感器(I)固定在安装座(8)上；安装调整支架(III)用于3D结构光传感器空间位置的调整，使3D结构光传感器(I)对准目标物(V)；

所述激光跟踪仪(II)设置在试验装置(IV)内部，位于所述安装调整支架(III)的前方；

利用激光跟踪仪(II)将试验装置轴线向量引入3D结构光传感器(I)坐标系，基于激光跟踪仪(II)测量的试验装置的轴线向量，通过3D结构光传感器(I)测量安装在所述试验装置中的目标物(V)轮廓并计算轴线向量，从而获得目标物轴线与试验装置轴线所构成空间角度。

2.根据权利要求1所述的基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法，其特征在于，目标物(V)的轴线与试验装置(IV)的轴线所构成空间角度以矢量角θ和旋转角β表征。

3.根据权利要求1所述的基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法，其特征在于，在激光跟踪仪(II)和3D结构光传感器(I)都固定好之后，将目标物(V)在试验装置(IV)中变换三次方向角度，每变换一次角度时，分别用激光跟踪仪(II)和3D结构光传感器(I)对目标物(V)进行一次测量，每一次测量可得到一组向量坐标，即目标物(V)在激光跟踪仪(II)坐标系下的轴线方向的向量坐标，以及目标物(V)在结构光传感器(I)的坐标系下的轴线方向的向量坐标；经过三次测量，可得到三组向量坐标；通过公式1完成激光跟踪仪(II)坐标系到3D结构光传感器(I)坐标系的关系转换：

上式中，[X Y Z]_T表示目标物(V)在3D结构光传感器(I)坐标系下的轴线方向的向量坐标，[X Y Z]_S表示目标物(V)在激光跟踪仪(II)坐标系下的轴线方向的向量坐标；R表示旋转矩阵，平移距离[△X△Y△Z]表示3D结构光传感器(I)坐标系原点与激光跟踪仪(II)坐标系原点之间的坐标的差值，λ表示比例因子。

4.根据权利要求1所述的基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法，其特征在于，将3D结构光传感器(I)架设于目标物(V)侧面，利用3D结构光传感器(I)获取目标物(V)表面坐标点云数据；沿3D结构光传感器(I)测量方向进行数据截取，获取点云数据外轮廓椭圆截面，计算椭圆圆心；通过截取多个不同外轮廓位置的椭圆截面并分别求取圆心，可得到一组圆心数据；对所述一组椭圆圆心进行最小二乘法直线拟合，所得直线即为圆柱轴线，即目标物(V)中心轴线向量。

5.根据权利要求1所述的基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法，其特征在于，通过激光跟踪仪(II)在试验现场测量试验装置(IV)外轮廓上的多个位置的三维坐标，通过拟合得到试验装置(IV)的轴线向量。

6.根据权利要求1所述的基于结构光传感器的目标物空间方向角在线测量方法，其特征在于，通过激光跟踪仪(II)获取的试验装置(IV)的轴线向量利两个坐标系之间的转换关系进行转换后，得到在3D结构光传感器(I)坐标系下的轴线向量3D结构光传感器(I)获取的目标物(V)中心轴线向量记为通过两个空间向量角度计算公式即可得到目标物轴线与试验装置轴线之间的夹角。