一種點掃描三維形貌測量系統標定方法技術方案

一種點掃描三維形貌測量系統標定方法，它有三大步驟：首先建立測量系統模型，確定待標定參數；然后利用精密位移臺、精密轉臺和標準平面靶標作為標定裝置，調整其相互位置與姿態滿足標定要求，通過精密位移臺和轉臺帶動標準平面靶標的移動和轉動獲得各方向的標定數據；最后，通過最大似然估計的方法求解待標定參數，確定系統模型，實現系統精確標定。本發明專利技術在光電測量領域里具有較好的實用價值和廣闊地應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于光電測量領域，適用于三維形貌測量相關理論研究和工程技術的應用。
技術介紹
由于接觸式測量方法效率低、易破壞被測物的局限性，近年來光學非接觸測量技術以其自動化、高效率、高分辨率等優點而得到了快速發展與廣泛應用。其中，采用激光光源的主動式三角測量方法原理簡單，適合遠距離、大范圍測量，相關理論研究比較成熟，應用廣泛。單點式三角法一次只能測量一個點的三維信息，測量效率低。附加掃描裝置后，可實現對被測物的掃描測量，極大提高測量效率?！榱藢崿F準確測量，需對點掃描三維形貌測量系統的結構參數進行標定，得到被測量和已知量之間的轉換關系。點掃描三維形貌測量系統大多光路復雜，結構參數多，且各參數之間呈復雜的非線性耦合關系，難以通過變量分離的方式得到每個具體結構參數的獨立表達式，給系統結構參數標定帶來了較大難度。此外，常用的三維測量系統的標定方法大都通過標準模板上三維坐標已知的參考點將傳感器坐標系和測量基準坐標系聯系起來，進而求得兩個坐標系間的變換關系。對于點掃描三維形貌測量系統，由于激光點和已知參考點難以精確對準，此類方法也難以獲得良好的標定效果。針對以上問題，本專利技術提出了一種點掃描三維形貌測量系統的標定方法，以標準平面靶標配合精密位移臺和轉臺實現系統的精確標定。
技術實現思路
本專利技術專利的技術解決問題是針對點掃描三維形貌測量系統的標定問題，用一種基于標準平面靶標精密移動和旋轉的方法實現系統精確標定。本專利技術專利的技術解決方案是利用標準平面靶標、精密位移臺和轉臺實現系統標定，具體方法包括以下步驟步驟一系統建模。根據系統測量原理建立數學模型，確定待標定參數。激光器發出光束先后經過X振鏡正面、左反射鏡、Y振鏡左端后入射到被測目標表面，產生漫反射光斑，又經過Y振鏡右端、右反射鏡、X振鏡反面后被成像透鏡會聚在線陣CCD上成為像點。根據成像光點位置和掃描振鏡偏轉角可求解被測點三維坐標。待測物點的三維坐標(X，Y，Z)的表達式為Χ=-χ (ρ, Θ )(I)Y= (r( / , Θ) - hx cos(y / 2) - hy) · sin(2(p) - hz cos(2(p) + hy{ 2 )Z = (ζ(/7,θ) - hx cosiy I 2) - hy ) ■ cos(2cp)十 hz sin(2(p) + hz( 3 ) 其中，ρ、θ、φ為測量中的已知量，y、hx、hy、hz為待標定系統結構參數。χ(ρ, Θ )，Z (ρ, Θ)為測量中間變量，其表達式為權利要求1.，其特征在于它包括以下步驟 步驟一系統建模；根據系統測量原理建立數學模型，確定待標定參數； 激光器發出光束先后經過X振鏡正面、左反射鏡、Y振鏡左端后入射到被測目標表面，產生漫反射光斑，又經過Y振鏡右端、右反射鏡、X振鏡反面后被成像透鏡會聚在線陣C⑶上成為像點；根據成像光點位置和掃描振鏡偏轉角求解被測點三維坐標，待測物點的三維坐標(X，Y，Z)的表達式為2.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟二所述的調整標定裝置，具體實現方法為(1)固定測量系統于實驗平臺上；(2)精密位移臺置于系統工作距離處，測量視場內，調整測量激光束沿系統Z軸方向，使置于位移臺上的平面靶標表面被測激光點隨位移臺前后移動時位置不變，調整完成后位移臺移動方向與測量系統Z軸方向一致，固定位移臺于實驗平臺上；(3)將精密轉臺置于精密位移臺之上，標準平面靶標置于精密轉臺之上，調整測量激光束沿系統Z軸方向，使置于轉臺上的平面靶標表面被測激光點隨轉臺旋轉時位置不變，調整完成后轉臺中心軸線與系統Z軸垂直相交，標準平面靶標被測面通過轉臺中心，固定轉臺于位移臺之上；(4)調整測量激光束沿系統Z軸方向，在平面靶標表面固定平面鏡，測量激光束照射到平面鏡后反射回到系統出光口，調整完成后標準平面靶標被測面垂直于系統Z軸，固定靶標于轉臺上。3.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟三所述的Z方向標定數據獲取方法為僅使精密位移臺移動進行測量，每次移動相同距離ΔΖ,從初始點開始共移動N次,得N個Z坐標數據Zi (i=l N);所述的X方向標定數據獲取方法為首先控制精密轉臺轉動角度α，然后使精密位移臺移動，每次移動相同距離ΔΖ,從初始點開始共移動N次,得N組坐標數據(Xi, Zi) (i=l N);根據已標定過的Z方向測量數據Zi (i=l N),由式(8)可得N個X坐標數據Xi (i=l N)全文摘要，它有三大步驟首先建立測量系統模型，確定待標定參數；然后利用精密位移臺、精密轉臺和標準平面靶標作為標定裝置，調整其相互位置與姿態滿足標定要求，通過精密位移臺和轉臺帶動標準平面靶標的移動和轉動獲得各方向的標定數據；最后，通過最大似然估計的方法求解待標定參數，確定系統模型，實現系統精確標定。本專利技術在光電測量領域里具有較好的實用價值和廣闊地應用前景。文檔編號G01B11/24GK102944188SQ201210397809公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日專利技術者李旭東, 趙慧潔, 邊赟, 李成杰, 姜宏志 申請人:北京航空航天大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種點掃描三維形貌測量系統標定方法，其特征在于：它包括以下步驟：步驟一：系統建模；根據系統測量原理建立數學模型，確定待標定參數；激光器發出光束先后經過X振鏡正面、左反射鏡、Y振鏡左端后入射到被測目標表面，產生漫反射光斑，又經過Y振鏡右端、右反射鏡、X振鏡反面后被成像透鏡會聚在線陣CCD上成為像點；根據成像光點位置和掃描振鏡偏轉角求解被測點三維坐標，待測物點的三維坐標（X，Y，Z）的表達式為X=?x(p,θ)?????????（1）其中，p、θ、為測量中的已知量，γ、hx、hy、hz為待標定系統結構參數，x(p,θ)，z(p,θ)為測量中間變量，其表達式為x(p,θ)=P∞P∞-p(X0(θ)-X-∞(θ))+X-∞(θ)---(4)z(p,θ)=P∞P∞-p(Z0(θ)-Z-∞(θ))+Z-∞(θ)---(5)其中，P∞、X0(θ)、Z0(θ)、X?∞(θ)、Z?∞(θ)為待標定的結構參數；對系統光路進行展開分析，X0(θ)，Z0(θ)的表達式為X0(θ)=-hx[1-cos(γ+π2)]sin(4θ)sin(γ)---(6)Z0(θ)=hx[1-cos(γ+π2)]cos(4θ)+cos(γ)sin(γ)---(7)步驟二：調整標定裝置；調整精密位移臺移動方向與測量系統Z軸方向一致，精密轉臺置于位移臺之上，轉臺中心軸線與系統Z軸垂直相交，標準平面靶標置于精密轉臺上，被測面通過轉臺中心且垂直于系統Z軸；步驟三：獲取標定數據；僅使位移臺移動測量獲得Z方向的標定數據，使轉臺旋轉結合位移臺移動獲得X方向的標定數據，Y方向標定數據獲取與X方向類似，只需將測量系統繞Z軸旋轉90°，使系統Y方向沿水平方向；步驟四：待標定參數解算；根據系統模型構建似然函數，利用標定數據進行極大似然估計求解待標定參數。FDA00002273612400011.jpg,FDA00002273612400012.jpg,FDA00002273612400013.jpg...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李旭東，趙慧潔，邊赟，李成杰，姜宏志，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：