[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

说明书

本发明公开了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，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。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。

技术领域

本发明涉及方向角测量领域，具体涉及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，主要应用于航天、航空发动机大型试验装置中目标物空间方向角的测量，同时可应用于风洞等大型试验设备中目标物空间方向角的测量。

背景技术

在风洞试验或航空航天发动机试验领域中，经常需要在线实时检测大型试验装置中目标物与试验装置(如试验舱)轴线向量之间的空间方向角。目前，空间方向角的检测主要通过量规、量尺、三坐标测量仪等方式来实现。

传统的空间方向角测量方法具有测量过程复杂、检测时间长、无法满足在线实时测量等缺点，并且传统接触式空间方向角测量方法在超大尺寸试验装置轴线向量检测中是无法实现的。

发明内容

本发明的目的是提供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，用以解决现有技术所存在的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

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，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、 3D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，3D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。

进一步地，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。

进一步地，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。