[发明专利]一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统

说明书

一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统，适用于长距离高精度六自由度测量系统的测量精度验证。本发明针对激光测距仪和数码相机的组合六自由度测量系统，在60m大长度范围内使用高精度激光跟踪仪和靶标系统分步对激光方向和相机进行标定，建立高可靠的激光测距仪和数码相机之间测量坐标系的转换关系，进而进行高精度的六自由度测量系统测量精度验证，可同步验证亚毫米级的位移测量精度和角秒级的三轴角度测量精度，从而解决高精度长距离六自由度测量系统的精度验证迫切需求。

技术领域

本发明涉及一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统，适用于长距离高精度六自由度测量系统的测量精度验证。

背景技术

长距离六自由度测量系统适用于多种场景，包括单星双天线基线测量、多星编队基线测量、激光雷达测距、高精度装配等。这些应用场景对于测量精度的要求越来越高，对于精度验证平台的要求也相应大大提升。

六自由度测量系统的测量信息包括三维位移信息(Δx,Δy,Δz)还有三维角度信息(θx,θy,θz)，六自由度同步测量可以避免由于环境变化引入的同步误差，也便于调整与安装。目前高精度、长距离的六自由度同步测量系统一般采用激光测距仪和数码相机的组合测量方案，采用飞秒光梳激光器与高分辨率相机可以在十米级、百米级甚至更远的距离条件下，获取微米级的位移测量精度和角秒级的角度测量精度，为了验证如此高精度的六自由度测量系统，现有的精度验证平台并不能满足精度验证需求或距离验证需求，因此需要设计更高精度、适应更远距离的六自由度精度验证方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统，在远距离条件下，采用高效的精度验证手段，解决大量程、高精度六自由度测量系统的精度验证需求。

本发明的技术解决方案是：一种高精度的六自由度测量系统的精度验证系统，包括激光跟踪仪、光学平台、标定板、靶标、靶标板、靶座、靶座支撑工装、激光测距仪和相机；

所述光学平台上安装有一维导轨，所述靶座支撑工装设于一维导轨上，可沿一维导轨移动；所述激光测距仪和相机位于光学平台的一端，光学平台的另一端设有标定板、靶标板和靶座支撑工装，所述靶座粘贴于靶座支撑工装与靶标板上，所述靶标设于靶座上，所述标定板上设有用于标定的标定板销孔点组和标定板LED，所述靶标板上设有用于标定的靶标板销孔点组和靶标板LED；所述激光跟踪仪设于光学平台旁侧。

一种所述的高精度的六自由度测量系统的精度验证系统实现的精度验证方法，包括如下步骤：

使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标，完成对激光测距仪的标定，得到激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L与激光原点坐标在激光跟踪仪坐标下的坐标

使用激光跟踪仪和相机同时对标定板进行测量，得到激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系的转换关系，完成对相机的标定，得到激光原点坐标在相机相面坐标系下的坐标和激光方向在相机相面坐标系下的表示；

使用激光跟踪仪测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵R^L'和位置矢量T^L'；使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵R^C'和位置矢量T^C'；移动若干次靶标板，每次移动后重复使用激光跟踪仪测量靶标板和使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到激光跟踪仪测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵R^L和位置矢量T^L，相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵R^C和位置矢量T^C；将激光跟踪仪和相机与激光测距仪组合测量的旋转角和位置矢量分别相减，得到一组位置测量误差以及角度测量误差；所述旋转角由对应的旋转矩阵得到；