[发明专利]多目大范围激光扫描测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光扫描测量三维轮廓尺寸的方法，特别涉及一种利用多目大范围激光扫描测量轮廓尺寸的方法。

背景技术

随着极端制造技术的深入发展，极端条件下的测量技术也应运而生。在大型及超大型机械装备的制造、装配及检测过程中，其几何尺寸和形位误差的测量是保证整套设备质量的关键因素。目前，诸如飞机机身、轮船船体、火车车箱等大尺寸几何量测量主要还是以坐标测量技术为主。在这种测量条件下，合理有效的终端测量方法与装置是系统的关键所在。

目前所采用的测量终端其主要形式有点触发式、光栅投影式和激光扫描式等。相对于长度为几米甚至几十米的大尺寸及超大尺寸的被测工件来说，其相对精度要求较高，但绝对精度要求并不太高，因而测量效率则显得十分重要。点触发式由于每次只测一个点，虽然其精度较高，但效率太低；光栅投影式效率相对较高，但由于是远距离光学成像，受测量环境影响，其测量精度较低，而且在实践中难以应用；激光扫描方式种类较多，目前有点扫描式、单光刀扫描式、平行多光刀扫描式和十字光刀扫描式。激光扫描所采用的测量原理一般是光学三角测量原理，即通过出射点、投影点和成像三者之间的几何关系来确定被测工件轮廓表面上各点相对于测量终端的终端坐标信息，再根据测量终端相对于全局测量空间的位置及姿态来获取被测工件轮廓上各点相对于全局测量空间的位置信息。

点扫描方式中激光投射光束为线光束，投射到工件轮廓上时形成为一个点，此点在摄像机上成像也只能成一个点，即每次采样只能测一个点，显然效率太低。单光刀扫描式中激光投射光束为平面光束，在工件上投射形成一条直线或曲线，在摄像机上成像也是一条线，故称之为线扫描，由于每次成像为一条线，故其测量效率比点扫描式大大提高。设每条线上采点个数为N，则其采样效率比点触发和点扫描式提高了N倍，但受摄像机视场范围影响，扫描光刀的投射线被摄像机成像的范围是有限的，即使光刀再长，也只能使用光刀的局部小段进行成像。为了有效利用摄像机的视场，可采用多个光刀平行扫描，或是十字交叉光刀扫描。前者是利用一组激光器投射平行光束到被测工件上面，形成多个光刀同时成像同时测量。从原理上讲，每幅测量图像中由于存在多条激光信息，因此每幅图像可以处理出多个位置的截面轮廓信息，以此达到高速测量的效果。但由于其光刀之间的间隔距离很小，不同光刀的准确识别在一定的条件下存在不确定性，其分段扫描的效率并不能提高到光刀个数的倍数。十字交叉光刀其扫过宽度与单光刀相同，就其测量效率来说，与单光刀是一样的。

发明内容

本发明在深入研究激光扫描测量技术的基础上，结合大尺寸及超大尺寸测量中被测工件一般尺寸很大且表面曲率较大的特点，提出了一种多目组合大范围激光扫描测量的方法，可以在不降低测量精度的基础上，成倍地增加激光扫描的效率。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种多目大范围激光扫描测量方法，包括下述步骤：

(1)采用一种测量终端，包括框架，在该框架上一侧设置有一激光光刀投射器，用于向工件投射平面光束，并在工件上形成长投射线；在该框架上另一侧设置多目数字摄像机，沿长投射线方向等距排列，用于对投射线分段成像；在该框架中腹设置有实时图像处理与通讯控制中心，用于对多目数字摄像机的成像信息进行实时处理，以得到工件轮廓在投射线上的点云相对于测量终端的坐标信息，并与全局计算机之间进行操作同步及信息互传；在框架上面四周设有多个手持模式定位与姿态监测装置，在框架下面，设有与坐标机连接的机载模式固定螺纹；

(2)终端扫描测量标定和终端位置姿态标定，其中，在机载模式下，终端的位置T(X_T，Y_T，Z_T)及姿态R(α，β，γ)标定由三坐标测量机获取；在手持模式下，终端上的定位与姿态监测装置仅仅做为上位机的靶标使用，其位置与姿态信息由上位机给出；终端扫描测量标定，则使用虚拟网格映射法标定；

(3)测量工件表面光刀线上任意点P相对于测量终端的坐标。