[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

说明书

本发明属于光学测量领域，涉及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。本发明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。

技术领域：

本发明属于光学测量领域，涉及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，以及利用球形目标进行多轴空间坐标系标定优化的方法。

背景技术：

光学测量是一种在运用计算机技术的基础上，通过将光电技术与机械测量的结合，从而达到快速、准确测量工作的一门新技术。目前广泛应用于电子、机械、齿轮加工等精密作领域，其测量结果准确，偏差极小。对比传统接触式测量方式，光学三维测量由于具有非接触、高精高和速度快的优势，已在工业制造、动画特技制作、游戏娱乐和医学等行业崭露头角。激光线扫描测量法，是以一条或多条激光光线(光刀)图像来重现物体三维形貌，即从光刀图像中提取光刀中心位置，然后利用三角测量原理对光刀中心逐点进行求解，来获得型面三维数据。该技术以其非接触性、灵敏度高、实时性好、抗干扰能力强等优点。

光学测量系统通常把光学传感器安装到三坐标测量机上，光学传感器可精确非接触测量被测物体轮廓，通过标定光学传感器和三坐标测量机的位置关系，可以把光学传感器测量数据转化为三坐标机坐标系数据。

光学测量系统的标定是测量系统中重要的一步，它需要标定出光学测量系统到接触式测量系统的转换关系，其标定精度直接决定了测量结果的精度。现有的标定方法有基于标准球的点激光光学测头的系统标定方法，有将光学测头的激光束等效成接触式测头的测针进行标定的方法。但对于线激光二维传感器组成的复合式多轴测量系统标定，一方面线激光传感器为二维传感器，利用点激光标定的方法无法同时标定出线激光传感器的二维坐标轴方向，一方面利用球状物体进行标定会因为线激光二维传感器对于激光入射法线方向不同，导致精度有所差异，存在球面拟合误差。还有一些方法要求获知线激光传感器原始采集图像。而有些线激光传感器无法获知原始图像。所以，对于原始图像不可获得的二维线激光传感器测量系统的标定，没有有效的标定方法。

发明内容：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了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，以及利用球形目标进行多轴空间坐标系标定优化的方法。本方法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。本方法能同时标定出二维线激光传感器的两个方向以及线激光传感器到接触式测头的平移关系，同时能减小采用球形目标标定的球拟合误差。

本方法利用两个测头，线激光传感器以及接触式测头分别测量同一标准平面，两测头测量值理论上同时符合同一个平面方程。可求解出两测头之间的转换关系初值。后续通过两个测头测量多个角度的标准球，可以优化整个系统的误差，得到两测头之间的精确转换关系，该方法包含以下步骤：

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。得到平面方程：

Ax+By+Cz+D＝0

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S_n和与之对应的机床光栅坐标值为ΔP_n，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。