一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法技术

本发明专利技术是一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，涉及大尺寸空间坐标测量的内参数标定方法，是为了解决双旋转激光平面空间测量系统中发射机的内参数标定难点，提供一种可以对发射机结构参数进行标定，提高系统测量精度和工作效率的方法。本发明专利技术的具体步骤为：（1）建立发射机模型；（2）安装光电传感器，建立三维标定台坐标系；（3）粗测发射机位置；（4）采集标定点数据；（5）进行标定；（6）推导发射机内参数。其中（6）的具体步骤为：a)计算激光平面方程；b)计算激光平面在水平面上的夹角；c)计算激光平面与旋转轴的夹角。

An internal parameter calibration method for double rotating laser planar transmitter

The present invention is a parameter calibration method in double laser plane transmitter, relates to a calibration method in parameters of spatial coordinate measurement of large size, in order to solve the parameter within the transmitter double laser plane space measurement system calibration difficulty, can provide a launch machine structure parameter calibration method for improving measurement accuracy and work efficiency. The specific steps of the invention are: (1) the establishment of the transmitter model; (2) the installation of photoelectric sensor, 3D coordinates calibration table; (3) coarse position transmitter; (4) acquisition of calibration data; (5) calibration; (6) derived transmitter parameters. Among them (6) the concrete procedure is as follows: (a) calculate the laser plane equation; b) calculate the angle of the laser plane on the horizontal plane; (c) calculate the angle between the laser plane and the axis of rotation.

【技术实现步骤摘要】
一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法
本专利技术涉及一种用于大尺寸空间测量的双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，以非线性方法优化求解两个激光平面在初始时刻的法向量，再推导出发射机内参数。
技术介绍
随着航空、航天、船舶和大型电站等领域在制造装配过程中对大型部件精确定位和位姿实时测控的要求不断提高，大尺寸测量技术在工业生产中的应用越来越广泛。目前国际上应用较成熟的大尺寸测量技术有激光跟踪仪测量系统、经纬仪测量系统以及数字摄影测量系统等。但是这些技术都存在一些缺点，如激光跟踪仪在测量过程中会出现丢光的现象，经纬仪测量系统每次测量时都需人工对准目标，这样不仅会降低工作效率，而且会人为引入误差。在大尺寸测量技术中，有单位申报了名称为基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法，申请号：2008010150383.5的专利，该专利公开了一种使用双旋转激光平面扫描进行空间定位的方法，但没有涉及具体发射机内参数标定方法。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，实现发射机内参数快速、精确标定，从而实现全方位、大尺寸的精确测量。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，按以下步骤实现：1.旋转平台在交流伺服电机的驱动下绕旋转轴逆时针匀速旋转，在旋转平台内部安装两个红色线性激光器，工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号，LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时刻；2.将发射机放置在距三维标定台约5m处，并在三维标定台上安装一个光电传感器，用于接收光信号；3.粗测发射机在三维标定台坐标系中的坐标，设定初始值；4.在三维标定台上移动光电传感器采集信号，作为标定数据，移动方式为：沿Z轴正向移动3行，每行相距100mm并采集11个标定点，标定点之间相距50mm；5.进行标定，求解模型参数、、及，模型如下：其中，n：标定点编号，R、T：发射机坐标系相对于三维标定台坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；、：两个激光平面在初始时刻的法向量；、：激光平面从初始位置旋转到光电传感器时的旋转矩阵，分别是特征时间、的函数；：三维标定台坐标系中标定点的坐标；6.推导发射机内参数；本专利技术设计原理采用非线性和线性相结合的方法。使用高精度三维标定台采集光电传感器数据，以非线性优化的方法求解激光平面法向量，再以线性方法推导出发射机内参数，保证了内参数的标定精度，而且该内参数为发射机结构参数，发射机出厂后内参数只需标定一次，可重复使用，提高了工作效率；此外，本专利技术中的标定算法简单、易实现，且在优化求解时，对初值选取要求不高。附图说明图1为发射机结构示意图。图2为发射机内参数标定示意图。图3为发射机激光平面结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细描述。一种双旋转激光平面发射机内参数标定方法，包括以下步骤：1.如图1所示，在旋转平台内部安装两个红色线性激光器，并在交流伺服电机的驱动下绕旋转轴逆时针匀速旋转，工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号，LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时刻；2.如图2所示，建立三维标定台坐标系，将发射机放置在距三维标定台约5m处，并在三维标定台上安装一个光电传感器，用于接收光信号；3.利用卷尺粗测发射机在三维标定台坐标系中的坐标，设定初始值，初始值格式为,其中为发射机在三维标定台坐标系中的坐标；4.如图2所示，在三维标定台上移动光电传感器采集信号，作为标定数据，移动方式为：沿Z轴正向移动3行，每行相距100mm并采集11个标定点，标定点之间相距50mm；5.进行标定，求解模型参数、、及，模型如下：其中，n：标定点编号，R、T：发射机坐标系相对于三维标定台坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；、：两个激光平面在初始时刻的法向量；、：激光平面从初始位置旋转到光电传感器时的旋转矩阵，分别是特征时间、的函数；：三维标定台坐标系中标定点的坐标；6.推导发射机内参数，推导步骤如下：I.如图3所示，计算两个激光平面和在发射机坐标系下的平面方程以及与水平面的交线和的方程，模型如下：和其中：是激光平面1在初始时刻的法向量；是激光平面2在初始时刻的法向量；II.计算两个激光平面在水平面上的夹角，模型如下：其中：是交线的方向向量；是交线的方向向量；III.计算两个激光平面与旋转轴的夹角和，以为例，模型如下：其中：是激光平面1在初始时刻的法向量；是过旋转轴平面的法向量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，其特征在于，按以下步骤实现：1）建立发射机模型；在旋转平台内部安装两个红色线性激光器，并在交流伺服电机的驱动下绕旋转轴逆时针匀速旋转，工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号，LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时刻；2）安装光电传感器，建立三维标定台坐标系，将发射机放置在距三维标定台4.5～5.5m处；3）粗测发射机位置；4）采集标定点数据；5）进行标定；6）推导发射机内参数。

【技术特征摘要】
1.一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，其特征在于，按以下步骤实现：1）建立发射机模型；在旋转平台内部安装两个红色线性激光器，并在交流伺服电机的驱动下绕旋转轴逆时针匀速旋转，工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号，LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时刻；2）安装光电传感器，建立三维标定台坐标系，将发射机放置在距三维标定台4.5～5.5m处；3）粗测发射机位置；4）采集标定点数据；5）进行标定；6）推导发射机内参数。2.根据权利要求1所述的一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，其特征在于，所述步骤2）中建立三维标定台坐标系，将发射机放置在距三维标定台5处，并在三维标定台上安装一个光电器，用于接收光信号。3.根据权利要求1所述的一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，其特征在于，所述步骤3）中利用卷尺粗测发射机在三维标定台坐标系中的坐标，设定初始值，初始值格式为,其中为发射机在三维标定台坐标系中的坐标。4.根据权利要求1所述的一种双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，其特征在于，所述步骤4）在三维标定台上移动光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：方红根，杨洋，聂斌，郭立杰，余子开，董丰波，刘志刚，贾昆，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂，
类型：发明
国别省市：上海,31