[发明专利]曲面测量装置标定的方法、设备和存储介质

权利要求书

1.一种曲面测量装置标定的方法，该测量装置包括跟踪仪、非接触式距离传感器及标靶，其中，将非接触式距离传感器和标靶固接，其特征在于，包括：

确定测量装置的运动坐标系；其中，将标靶设备在跟踪仪中的坐标系定义为测量装置的参考坐标系，记为TaCS(O_a-x_ay_az_a)；

确定测量装置中非接触式距离传感器的基准；其中，将非接触式距离传感器给定的固定方向z_d作为基准轴，在基准轴方向测量距离为0的点O_d记为基准点，基准记为TCS(O_d-Z_d)；

将非接触式距离传感器原点位置O_d和基准轴z_d在测量装置坐标系TaCS中表示，实现对靶标设备和非接触式距离传感器的坐标系之间位姿关系进行第一次标定；

设置一标准球，将标准球和测量装置同时置于一工作台上，使用测量装置以多种姿态对标准球进行测量，采集多组相对于标准球的标靶设备的位姿及非接触式距离传感器的距离，实现对靶标设备和非接触式距离传感器的坐标系之间位姿关系进行第二次标定；

结合第一次和第二次标定结果，通过优化算法，计算得出O_d和Z_d在TaCS坐标系的位置及方向；

第一次标定包括步骤：

共获N组非接触式距离传感器到标准球的距离，i＝1 ,2 ,3 ,… , N；以及与之对应的N组标靶在跟踪仪下的位姿{, }，i＝1 ,2 ,3 ,… , N；其中，N大于等于5；

采用最小二乘法，得到初值Q、U、C，求解公式可表达为

其中，Q为非接触式距离传感器基准点O_d在标靶坐标系TaCS中表示，U为非接触式距离传感器基准轴Z_d在标靶坐标系TaCS中表示；

第二次标定的过程中，对多个不同的标靶姿态，得到多组方程；由于有9个未知量(x_Q,y_Q, z_Q, l, m, n, x_c, y_c, z_c)，为保证获取的Q、U的精确性，测量装置以不同姿态在标准球球面测量M组，其中，M大于等于14，确保非接触式距离传感器距离值有效及跟踪仪跟踪到标靶前提下，共获得M组非接触式距离传感器到标准球的距离d_j，以及与之对应的M组标靶在跟踪仪下的位姿{, }；

通过优化算法，计算得出O_d和Z_d在TaCS坐标系的位置及方向的步骤中，包括步骤：

参考球坐标系，测量距离和标靶点之间的关系表达为；

标靶上点表达为；

=

其中，C(x_c, y_c, z_c)为TrCS下标准球球心，为TrCS下标准球球上点，r为半径，光束原点Q坐标为(x_Q, y_Q, z_Q)，方向U(l, m, n)；j=1, 2, …, M；

C(x_c, y_c, z_c)的初始值计算如下：点往U反方向延伸距离r得到C_0j，对多个C_0j取平均点得到初始球心，计算出C₀；

将Q、U、C₀的初值代入方程，公式变化为：

采用内点法优化算法，进行精标定计算，得到精确的Q、U、C。

2.根据权利要求1所述的曲面测量装置标定的方法，其特征在于，第一次标定的方式包括软件计算和分析计算。

3.根据权利要求2所述的曲面测量装置标定的方法，其特征在于，软件计算的步骤包括：将测量装置制作设计成软件模型并导入三维建模软件，根据零件模型的装配关系，设计尺寸，画出TaCS、O_d和Z_d，根据软件分析功能，得出O_d、Z_d在TaCS坐标系的位置及方向。