[发明专利]一种基于多点测距的非接触式转角测量方法

权利要求书

1.一种基于多点测距的非接触式转角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建基于多点测距的转角测量系统，调整测量系统位姿，使测距传感器测量方向与被测面(8)的旋转轴之间的夹角在80°-90°之间；所述转角测量系统包括n个测距传感器，n≥3，所述各测距传感器的测量轴方向与测距传感器端面构成平面垂直；

步骤2：建立基于多点测距的转角测量系统的坐标系；

步骤3：对基于多点测距的非接触式转角测量系统进行系统标定，得到n个测距传感器的的发射点的位姿信息，所述位姿信息为n个测距传感器在步骤2建立的在系统坐标系下的坐标；

步骤4：任意转动被测面至少四次，每次转动后通过测距传感器测得被测面上n个被测点的坐标，然后根据测量到的坐标信息拟合被测面旋转轴方向向量r；

步骤5：在被测面(8)初始位置时，通过n个测距传感器测得测距传感器在被测面上的n个点的投影点在系统坐标系中的坐标，求解得到被测面(8)初始位置平面方程，通过被测面(8)的初始位置平面方程求被测面初始位置的平面法向量；

步骤6：被测面转动后，用步骤5所述的方法求解被测面(8)转动后平面方程，并通过被测面(8)转动后平面方程求被测面转动后位置的法向量；

步骤7：由步骤6得到的被测面(8)转动后的法向量，步骤5得到的被测面(8)初始位置平面方程以及步骤4得到的旋转轴方向向量r计算被测面的转动角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于多点测距的非接触式转角测量方法，其特征在于，所述步骤2中，坐标系建立方法为：记测距传感器所在平面为xy平面，选xy平面上任一点为坐标系原点，测距传感器的测量方向为z轴正方向，xy平面上两个任意相互垂直的方向为x、y轴正方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于多点测距的非接触式转角测量方法，其特征在于，所述步骤3中，n个测距传感器的发射点的位姿信息通过以下步骤得到：

S3.1、将标准平面坐标板(7)固定到标准平移台上，调整标准平移台角度使得n个激光位移传感器发出的激光垂直于标准平面坐标板(7)；

S3.2、调整标准平面坐标板(7)两端的位置，使得系统坐标系与标准平面坐标板(7)坐标系的x、y方向分别平行；

S3.3、测量n个测距传感器的发射点在系统坐标系中的坐标。

4.根据权利要求1所述的一种基于多点测距的非接触式转角测量方法，其特征在于，所述步骤1中，当被测面(8)不是平面时，用双向夹连接被测面(8)和标准平板，通过测量标准平板的转动角度测量被测面的转动角度。

5.根据权利要求1所述的一种基于多点测距的非接触式转角测量方法，其特征在于，所述步骤1中，测距传感器为非接触式测距传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于多点测距的非接触式转角测量方法，其特征在于，所述步骤7中，被测面转动角度angle的计算公式为：

其中，u₁：初始位置被测面法向量与旋转轴向量构成平面的法向量；u₂：被测面旋转后其法向量与旋转轴向量构成的法向量，u₁＝v₁×r，u₂＝v₂×r，v₁为初始位置的被测平面法向量；v₂为被测平面转动后位置的法向量。