雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法技術

本發明專利技術提供了一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法，包括步驟：(1)建立發射機模型；(2)安裝光電傳感器，建立三維標定臺坐標系；(3)粗測發射機位置；(4)采集標定點數據；(5)進行標定；(6)推導發射機內參數。其中(6)的具體步驟為：a)計算激光平面方程；b)計算激光平面在水平面上的夾角；c)計算激光平面與旋轉軸的夾角。本發明專利技術使發射機內參數快速、精確標定，從而實現全方位、大尺寸的精確測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及大尺寸空間測量方法設備
，具體地，涉及一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法。
技術介紹
隨著航空、航天、船舶和大型電站等領域在制造裝配過程中對大型部件精確定位和位置實時測控的要求不斷提高，大尺寸測量技術在工業生產中的應用越來越廣泛。目前國際上應用較成熟的大尺寸測量技術有激光跟蹤儀測量系統、經緯儀測量系統以及數字攝影測量系統等。但是這些技術都存在一些缺點，如激光跟蹤儀在測量過程中會出現丟光的現象，經緯儀測量系統每次測量時都需人工對準目標，這樣不僅會降低工作效率，而且會人為引入誤差。在大尺寸測量技術中，中國專利文獻“基于雙旋轉激光平面發射機網絡的空間定位方法”(申請號：2008010150383.5)，該專利公開了一種使用雙旋轉激光平面掃描進行空間定位的方法，但沒有涉及具體發射機內參數標定方法，沒有具體的技術方案。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法。根據本專利技術的一個方面，提供一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法，其特征是，包括如下步驟：(1)在勻速旋轉平臺上安裝兩個線性激光器形成發射機，所述線性激光器發出兩道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號，所述LED脈沖信號作為所述扇形激光平面旋轉的初始時刻；(2)在距所述發射機的預定距離位置設置一個三維標定臺，在所述三維標定臺上安裝一個光電器，所述光電器用于接收所述兩個線性激光器的光信號，在所述三維標定臺上建立三維坐標系XYZ，所述光電器設置于XZ平面上；(3)設定所述發射機動的坐標初始值，所述坐標初始值格式為300300ABC,]]>其中(ABC)為所述發射機在三維標定臺的坐標系中的坐標；(4)在所述光電固定位置上沿Z軸正方向移動光電器，采集光電器移動標定點位置的對應所述線性激光器的光信號；設所述光電器移動標定點為p行q列；(5)求解模型參數N1、N2、R及T，模型如下：(RR1(1)N1)·(P(1)-T)=0(RR2(1)N2)·(P(1)-T)=0(RR1(2)N1)·(P(2)-T)=0(RR2(2)N2)·(P(2)-T)=0...(RR1(n)N1)·(P(n)-T)=0(RR2(n)N2)·(P(n)-T)=0]]>其中：n：標定點編號，n＝1,2,3…p*q,R、T：發射機坐標系相對于三維標定臺坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣；N1、N2：兩個激光平面在初始時刻的法向量；激光平面從初始位置旋轉到光電傳感器時的旋轉矩陣，分別是特征時間的函數；P(n)：三維標定臺坐標系中標定點的坐標；(6)根據第(5)步的模型參數推導發射機內參數，推導步驟如下：(a)計算兩個激光平面LP1和LP2在發射機坐標系下的平面方程以及與水平面的交線L1和L2的方程，模型如下：LP1:a1x+b1y+c1z=0LP2:a2x+b2y+c2z=0]]>和l1:a1x+b1y=0l2:a2x+b2y=0]]>其中：n1＝(a1b1c1)T是激光平面1在初始時刻的法向量；n2＝(a2b2c2)T是激光平面2在初始時刻的法向量；(b)計算兩個激光平面在水平面上的夾角模型如下：其中：v1=1-a1b1T]]>是交線L1的方向向量；v2=1-a2b2T]]>是交線L2的方向向量；(c)計算兩個激光平面與旋轉軸的夾角和以為例，模型如下：其中：n1＝(a1b1c1)T是激光平面1在初始時刻的法向量；n3=1b1a10T]]>是過旋轉軸平面的法向量。優選地，所述第(2)步中的預定距離為5米。優選地，所述第(4)步中光電器的移動標定點為3行11列。優選地，所述勻速旋轉平臺通過交流伺服電機驅動。優選地，所述勻速旋轉平臺以逆時針方向轉動。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：(1)采用非線性和線性相結合的方法，使用高精度三維標定臺采集光電傳感器數據，以非線性優化的方法求解激光平面法向量，再以線性方法推導出發射機內參數，保證了內參數的標定精度；(2)確定的內參數為發射機結構參數，發射機出廠后內參數只需標定一次，可重復使用，提高了工作效率；(3)標定算法簡單、易實現，且在優化求解時，對初值選取要求低；(4)發射機內參數快速、精確標定，從而實現全方位、大尺寸的精確測量。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為發射機的立體結構示意圖；圖2為發射機的俯視示意圖；圖3為發射機內參數標定示意圖；圖4為發射機激光平面結構示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。參見附圖1至4，雙旋轉激光平面發射機內參數標定方法包括以下步驟：(1)在旋轉平臺內部安裝兩個紅色線性激光器，并在交流伺服電機的驅動下繞旋轉軸逆時針勻速旋轉，工作時向空間內發出兩道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號，LED脈沖信號作為激光平面旋轉的初始時刻(參見圖1、2)。(2)建立三維標定臺坐標系，將發射機放置在距三維標定臺約5m處，并在三維標定臺上安裝一個光電傳感器，用于接收光信號(參見圖3)。(3)利用卷尺粗測發射機在三維標定臺坐標系中的坐標，設定初始值，初始值格式為300300ABC,]]>其中(ABC)為發射機在三維標定臺坐標系中的坐標。(4)在三維標定臺上移動光電傳感器采集信號，作為標定數據，移動方式為：沿Z軸正向移動p行，每行相距100mm并采集q個標定點，標定點之間相距50mm,這里p選3,q選11(參見圖3)。(5)進行標定，求解模型參數N1、N2、R及T，模型如下：(RR1(1)N1)·(P(1)-T)=0(RR2(1)N2)·(P(1)-T)=0(RR1(2)N1)·(P(2)-T)=0(RR2(2)N2)·(P(2)-T)=0...(RR1(n)N1)·(P(n)-T)=0(RR2(n)N2)·(P(n)-T)=0]]>其中，n：標定本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)在勻速旋轉平臺上安裝兩個線性激光器形成發射機，所述線性激光器發出兩道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號，所述LED脈沖信號作為所述扇形激光平面旋轉的初始時刻；(2)在距所述發射機的預定距離位置設置一個三維標定臺，在所述三維標定臺上安裝一個光電器，所述光電器用于接收所述兩個線性激光器的光信號，在所述三維標定臺上建立三維坐標系XYZ，所述光電器設置于XZ平面上；(3)設定所述發射機動的坐標初始值，所述坐標初始值格式為300300ABC,]]>其中(A?B?C)為所述發射機在三維標定臺的坐標系中的坐標；(4)在所述光電固定位置上沿Z軸正方向移動光電器，采集光電器移動標定點位置的對應所述線性激光器的光信號；設所述光電器移動標定點為p行q列；(5)求解模型參數N1、N2、R及T，模型如下：(RR1(1)N1)·(P(1)-T)=0(RR2(1)N2)·(P(1)-T)=0(RR1(2)N1)·(P(2)-T)=0(RR2(2)N2)·(P(2)-T)=0...(RR1(n)N1)·(P(n)-T)=0(RR2(n)N2)·(P(n)-T)=0]]>其中：n：標定點編號，n＝1,2,3…p*q,R、T：發射機坐標系相對于三維標定臺坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣；N1、N2：兩個激光平面在初始時刻的法向量；激光平面從初始位置旋轉到光電傳感器時的旋轉矩陣，分別是特征時間的函數；P(n)：三維標定臺坐標系中標定點的坐標；(6)根據第(5)步的模型參數推導發射機內參數，推導步驟如下：(a)計算兩個激光平面LP1和LP2在發射機坐標系下的平面方程以及與水平面的交線L1和L2的方程，模型如下：LP1:a1x+b1y+c1z=0LP2:a2x+b2y+c2z=0]]>和l1:a1x+b1y=0l2:a2x+b2y=0]]>其中：n1＝(a1?b1?c1)T是激光平面1在初始時刻的法向量；n2＝(a2?b2?c2)T是激光平面2在初始時刻的法向量；(b)計算兩個激光平面在水平面上的夾角模型如下：其中：v1=1-a1b1T]]>是交線L1的方向向量；v2=1-a2b2T]]>是交線L2的方向向量；(c)計算兩個激光平面與旋轉軸的夾角和以為例，模型如下：其中：n1＝(a1?b1?c1)T是激光平面1在初始時刻的法向量；n3=1b1a10T]]>是過旋轉軸平面的法向量。...

【技術特征摘要】
1.一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)在勻速旋轉平臺上安裝兩個線性激光器形成發射機，所述線性激光器發出兩
道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號，所述LED脈沖信號作為所述扇形激光
平面旋轉的初始時刻；
(2)在距所述發射機的預定距離位置設置一個三維標定臺，在所述三維標定臺上
安裝一個光電器，所述光電器用于接收所述兩個線性激光器的光信號，在所述三維標定
臺上建立三維坐標系XYZ，所述光電器設置于XZ平面上；
(3)設定所述發射機動的坐標初始值，所述坐標初始值格式為
300300ABC,]]>其中(ABC)為所述發射機在三維標定臺的
坐標系中的坐標；
(4)在所述光電固定位置上沿Z軸正方向移動光電器，采集光電器移動標定點位
置的對應所述線性激光器的光信號；設所述光電器移動標定點為p行q列；
(5)求解模型參數N1、N2、R及T，模型如下：
(RR1(1)N1)·(P(1)-T)=0(RR2(1)N2)·(P(1)-T)=0(RR1(2)N1)·(P(2)-T)=0(RR2(2)N2)·(P(2)-T)=0...(RR1(n)N1)·(P(n)-T)=0(RR2(n)N2)·(P(n)-T)=0]]>其中：n：標定點編號，n＝1,2,3…p*q,
R、T：發射機坐標系相對于三維標定臺坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣；
N1、N2：兩個激光平面在初始時刻的法向量；
激光平面從初始位置旋轉到光電傳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：方紅根，郭立杰，
申請(專利權)人：上海航天設備制造總廠，
類型：發明
國別省市：上海;31