[发明专利]视觉非接触测头的标定方法

摘要

本发明视觉非接触测头的标定方法步骤为：A)选定标定器具；B)扫描该标准球；C)设定测头内、外参数的一组初始值；D)坐标转换：利用公式(3)：P_3d＝Qf(P_r)+M，可转换得到该球球面上诸点三维坐标；E)计算∑d用式(4)d＝((p_x－c_x)²+(p_y－c_y)²+(p_z－c_z)²) ^1/2－r，求出所有离散点到拟合球面距离之和∑d；F)调节该测头内、外参数；利用蒙特卡罗方法对该测头内、外参数在迭代时做微小调整，再将其代入步骤(D)和(E)求出∑d；如此反复迭代，∑d值不断减小，当∑d小于给定值时迭代结束，即得内、外参数的精确值。本标定过程只利用一个标准球，具有结构简单，精度高优点；标定过程简单，通过标准球就能一步标定出内、外参数，在标定中减少了人为干预；由于标定精度高，可使内、外参数逐步逼近最佳值。

主权项

1、一种视觉非接触测头的标定方法，所述的视觉非接触测头是由一个激光发射器和一个或两个CCD摄像机组成的，其标定过程或在三坐标测量机上、或在其它三维运动机构上进行，其特征在于：所述的标定方法的步骤如下：A)选定标定器具：采用高精度的标准球作为标定器具；B)扫描该标准球：在扫描测量操作过程中控制测头移动，使其激光点或激光线照射在该标准球的中间位置，然后由三坐标测量机或三维运动机构自动扫描，在该标准球球面上采集若干点，得到它们在CCD像平面上的二维坐标和对应的三坐标测量机的三个坐标值；C)设定测头内、外参数的一组初始值：其中内参数包含在函数f中，外参数为Q；D)坐标转换：即求解该标准球球面上的若干点在世界坐标系中的三维坐标(px，py，pz)；将B)步骤中在该标准球球面上采集得到的CCD像面上诸点的二维坐标值Pr和对应的三坐标测量机的三个坐标平移分量值M，以及函数f中包含的测头内参数，测头外参数Q一起代入公式(3)：P3d＝Qf(Pr)+M，可转换得到B)步骤所采集的球面上诸点的三维坐标(px，py，pz)；其中公式(3)中，Pr是CCD像平面上的二维坐标点，f是该测头内参数所对应的函数；即f(Pr)＝P1d或f(Pr)＝P2d公式(1)，公式(1)中P1d是转换后沿激光束的—维坐标，P2d是转换后在激光平面内的二维坐标；P3d是世界坐标系下的三维坐标：P3d＝QP1d+M或P3d＝QP2d+M公式(2)，公式(2)中M为平移分量值，Q是该测头的外参数，即该测头的旋转分量；E)计算∑d：利用D)步骤中所得到的球面上的三维坐标点拟合球，求得球心坐标(cx，cy，cz)和半径r，再以诸个点到拟合球面的距离公式(4)：d＝((px-cx)2+(py-cy)2+(pz-cz)2)1/2-r，求出所有离散点到拟合球面的距离之和∑d；F)调节该测头的内参数和外参数：以∑d最小为约束条件，利用蒙特卡罗方法不断进行迭代，在迭代过程中保存∑d最小时所对应的内参数和外参数；在下次迭代时，将上次迭代确定的内、外参数进行微小调整，再将其代入步骤(D)和(E)求出∑d；若此时的∑d较上次的小，则保存这次的内外参数，下次迭代时以此次的参数为基础进行调节；否则，不保存这次的内外参数，下次迭代时仍以上次的参数为基础进行调节；如此反复迭代，∑d值不断减小，当∑d小于给定值时迭代结束，即可得到该测头内参数和外参数的精确值。