[发明专利]一种利用光学跟踪结构光扫描器实现天线型面非接触测量的方法

权利要求书

1.一种利用光学跟踪结构光扫描器实现天线型面非接触测量的方法，其特征在于，光学跟踪系统与结构光扫描器结合使用，结构光扫描器外部增加带有靶球结构，使光学跟踪系统可实时跟踪结构光扫描器的位置与姿态，并实时将结构光扫描器所测点云数据统一至光学跟踪系统坐标系下，包括以下步骤：

（1）结构光扫描器的扫描模块与结构光扫描器外部靶球结构位姿关系标定：a、将结构光扫描器和标定板在光学跟踪系统测量范围内，定义光学跟踪器坐标系为C₁，结构光扫描器坐标系为C₂，结构光扫描器外部靶球结构坐标系为C₃；

所述标定板为表面均匀粘贴摄影测量靶标点的平面状板，光学跟踪器系统为相机轴距固定不变的双相机测量系统；b、手持结构光扫描器对标定板进行测量，获得标定板靶点在结构光扫描器坐标系C₂下的坐标，记为A；同时光学跟踪系统测量得出标定板靶点与结构光扫描器外部靶球结构在光学跟踪系统坐标系C₁中的坐标，分别记为B和C，结构光扫描器外部靶球结构在C₃坐标系下坐标为D；c、由A和B得结构光扫描器坐标系C₂与光学跟踪系统坐标系C₁的位姿转换矩阵R₁，由C和D得结构光扫描器外部靶球结构坐标系C₃与光学跟踪系统坐标系C₁转换矩阵R₂，得结构光扫描器外部结构靶球坐标系C₃与结构光扫描器坐标系C₂位姿转换矩阵为R₁R₂，即结构光扫描器的扫描模块与结构光扫描器外部靶球结构位姿转换矩阵为R₁R₂；

（2）利用光学跟踪系统，跟踪结构光扫描器的单站或多站非接触测量：当为单站非接触测量时，按照上述对结构光扫描器进行标定，并对光学跟踪系统两相机相对位置进行标定，光学跟踪系统通过对结构光扫描器外部靶球结构进行测量，获得结构光扫描器的位姿参数，同时结构光扫描器对物体表面进行非接触扫描测量，将扫描所得点云坐标，通过转换矩阵R₁、R₂将点云三维坐标转换至光学跟踪系统坐标系下，实时进行上述操作，实现单测站下光学跟踪系统视场范围内的非接触扫描测量；当为多站非接触测量时，在被测物四周布设摄影测量靶标点作为公共点，利用单相机摄影测量系统对公共点进行测量，得出公共点三维坐标，并以公共点所在坐标系为全局坐标系，在每个单站测量时，光学跟踪系统同时对公共点进行测量，得到公共点在该单站光学跟踪系统坐标系下的点集；由公共点在单站光学跟踪系统坐标系下的点集和在全局坐标系中的点集得出两坐标系位姿转换矩阵；由两坐标系位姿转换矩阵，将单站测量点云数据，由单站光学跟踪系统坐标系转换至全局坐标系下；依次测量出所有单站数据，并将所有测量数据转换至全局坐标系下，实现多站非接触测量。

2.根据权利要求1所述的利用光学跟踪结构光扫描器实现天线型面非接触测量的方法，其特征在于，所述的利用光学跟踪系统，跟踪结构光扫描器的单站或多站非接触测量：当为单站非接触测量时，①、将光学跟踪系统放置在确保可以跟踪结构光扫描器的位置，手持结构光扫描器置于光学跟踪系统的测量视场范围内，扫描被测物体表面；

②、手持结构光扫描器对被测物进行测量，与被测物表面距离20-30cm，结构光扫描器上的结构光投射器将结构光清晰的投射至物体表面，结构光扫描器扫描模块的双相机实时采集图像数据，上传至计算机，实时处理得出该位姿状态下的C₂坐标下的点云数据；同时，光学跟踪系统对结构光扫描器外部靶球实时采集图像，上传至计算机，实时处理计算出靶球在C₁坐标系下坐标；

③、以被测物为中心，建立坐标系为全局坐标C₀系，以光学跟踪器为中心，建立坐标C₁系，以结构光扫描器为中心，建立坐标C₂系，设结构光扫描器上不在同一条直线的i≥4个外部靶球被光学跟踪器识别，则外部靶球在C₁系中坐标矩阵为（X_b，Y_b，Z_b），这些靶点在C₂系中的坐标为（X_c，Y_c，Z_c），并设C₁系与C₂系的旋转矩阵为R₁₂，平移矩阵为T₁₂：

④、单个测站测量时，C₀系与C₁系重合，设结构光扫描仪所扫描出的三维点云坐标为（x_c，y_c，z_c），转换到C₁系之后的坐标为（x_b，y_b，z_b），同样为C₀系中的坐标（x,y,z）：

完成单站非接触测量；

⑤、当为多站非接触测量时，在被测物四周布设摄影测量靶标点作为公共点，利用单相机摄影测量系统对公共点进行测量，得出公共点三维坐标，公共点点集坐标为C₀系，即全局坐标系C₀，设公共点在C₀系坐标为（X_a，Y_a，Z_a），其中一个测站C₁系的坐标为（X_b，Y_b，Z_b），并设C₀系与C₁系的旋转矩阵为R₀₁，平移矩阵为T₀₁：

得最终点云三维坐标（x,y,z）为：

测完所有测站，即完成整个测量。