[发明专利]一种复合式线激光测量系统多轴空间坐标系标定方法

权利要求书

1.一种基于平面目标的复合式线激光测量系统多轴空间坐标系标定方法，其特征在于：

适用于四轴测量机结构，对于原始图像不可获得的二维线激光传感器和测量机接触式测头之间的标定，利用平面目标进行线激光测量系统初步标定，标定的方法为优化线激光传感器测量点到接触式测头测量平面的距离，标定的结果为线激光传感器到接触式测头的旋转和平移矩阵；

包含如下步骤：

步骤一、利用接触式测头直接在标准平面上采集测量点，利用最小二乘法拟合平面方程；Ax+By+Cz+D＝0 (1)；

步骤二、利用线激光传感器扫描同一平面，得到一系列线激光传感器采集点Ps和与之对应的机床光栅坐标值为ΔTm；

其中用齐次坐标表示，

重复扫描另外两个平面，得到相应数据；

步骤三、建立数学模型，使得线激光传感器所有测量点符合相应的接触式测头测量的平面方程；

其中i₀,i₁,j₀,j₁,k₀,k₁为线激光传感器坐标系到接触式测头坐标系旋转矩阵中的元素，l₁,…,l_n,w₁,…,w_n为线激光采集点坐标值，x₀,y₀,z₀为线激光传感器坐标系到接触式测头坐标系平移矩阵中的元素，及i₂,j₂,k₂为线激光传感器坐标系到接触式测头坐标系旋转矩阵中的元素；

数学模型可以写成矩阵形式为：(KP_s+ΔT_m)^TX＝0 (3)；

式中：

步骤四、牛顿迭代法求解方程(2)；选取目标函数为测量的点到拟合的平面的距离作为误差值，非线性优化目标函数达到最小；

步骤五、放置已经校准后标准球在转台上，标准球半径为R_sphere，通过接触式测头测量标准球的方法，先标定出转台坐标系；之后接触式测头和线激光传感器同时测量同一角度下的标准球，得到相同角度θ下标准球的轮廓数据；转台带动标准球进行旋转，重复测量标准球；

接触式测头测量得到的标准球数据，通过转台拼接，得到转台坐标系的标准球球心坐标O_center＝[x_center y_center z_center]^T；线激光传感器测量数据带入下述公式：

式中：

符号代表的含义为

其中，标准球半径为Rsphere；标准球球心坐标Ocenter；K为从激光传感器坐标系到接触式测头坐标系的变换矩阵；Krot转台坐标系到接触式测头坐标系的转化矩阵；Rz为绕z轴的旋转矩阵；

步骤六、采用Levenberg-Marquardt迭代法求解方程(4)，选取目标函数为线激光测量点到接触式测量球面的距离，优化目标函数使距离和最小。

2.如权利要求1所述的基于平面目标的复合式线激光测量系统多轴空间坐标系标定方法，其特征在于：所述的线激光传感器为二维传感器，其CCD原始采集图像无法获取。

3.如权利要求1所述的基于平面目标的复合式线激光测量系统多轴空间坐标系标定方法，其特征在于：所述的线激光测量系统初步标定同时得到线激光传感器两个坐标轴在接触式测头坐标系中的方向，形成旋转和平移矩阵。

4.如权利要求1所述所述基于平面目标的复合式线激光测量系统多轴空间坐标系标定方法，其特征在于：优化测量过程中，需要转台多个角度的测量数据。