一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统技术方案

一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统，适用于长距离高精度六自由度测量系统的测量精度验证。本发明专利技术针对激光测距仪和数码相机的组合六自由度测量系统，在60m大长度范围内使用高精度激光跟踪仪和靶标系统分步对激光方向和相机进行标定，建立高可靠的激光测距仪和数码相机之间测量坐标系的转换关系，进而进行高精度的六自由度测量系统测量精度验证，可同步验证亚毫米级的位移测量精度和角秒级的三轴角度测量精度，从而解决高精度长距离六自由度测量系统的精度验证迫切需求。

A method and system for accuracy verification of a high precision six degree of freedom measurement system

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统
本专利技术涉及一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法及系统，适用于长距离高精度六自由度测量系统的测量精度验证。
技术介绍
长距离六自由度测量系统适用于多种场景，包括单星双天线基线测量、多星编队基线测量、激光雷达测距、高精度装配等。这些应用场景对于测量精度的要求越来越高，对于精度验证平台的要求也相应大大提升。六自由度测量系统的测量信息包括三维位移信息(Δx,Δy,Δz)还有三维角度信息(θx,θy,θz)，六自由度同步测量可以避免由于环境变化引入的同步误差，也便于调整与安装。目前高精度、长距离的六自由度同步测量系统一般采用激光测距仪和数码相机的组合测量方案，采用飞秒光梳激光器与高分辨率相机可以在十米级、百米级甚至更远的距离条件下，获取微米级的位移测量精度和角秒级的角度测量精度，为了验证如此高精度的六自由度测量系统，现有的精度验证平台并不能满足精度验证需求或距离验证需求，因此需要设计更高精度、适应更远距离的六自由度精度验证方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的六自由度测量系统的精度验证系统，其特征在于，包括激光跟踪仪、光学平台、标定板、靶标、靶标板、靶座、靶座支撑工装、激光测距仪和相机；/n所述光学平台上安装有一维导轨，所述靶座支撑工装设于一维导轨上，可沿一维导轨移动；所述激光测距仪和相机位于光学平台的一端，光学平台的另一端设有标定板、靶标板和靶座支撑工装，所述靶座粘贴于靶座支撑工装与靶标板上，所述靶标设于靶座上，所述标定板上设有用于标定的标定板销孔点组和标定板LED，所述靶标板上设有用于标定的靶标板销孔点组和靶标板LED；所述激光跟踪仪设于光学平台旁侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度的六自由度测量系统的精度验证系统，其特征在于，包括激光跟踪仪、光学平台、标定板、靶标、靶标板、靶座、靶座支撑工装、激光测距仪和相机；
所述光学平台上安装有一维导轨，所述靶座支撑工装设于一维导轨上，可沿一维导轨移动；所述激光测距仪和相机位于光学平台的一端，光学平台的另一端设有标定板、靶标板和靶座支撑工装，所述靶座粘贴于靶座支撑工装与靶标板上，所述靶标设于靶座上，所述标定板上设有用于标定的标定板销孔点组和标定板LED，所述靶标板上设有用于标定的靶标板销孔点组和靶标板LED；所述激光跟踪仪设于光学平台旁侧。


2.一种基于权利要求1所述的高精度的六自由度测量系统的精度验证系统实现的精度验证方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标，完成对激光测距仪的标定，得到激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L与激光原点坐标在激光跟踪仪坐标下的坐标
使用激光跟踪仪和相机同时对标定板进行测量，得到激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系的转换关系，完成对相机的标定，得到激光原点坐标在相机相面坐标系下的坐标和激光方向在相机相面坐标系下的表示；
使用激光跟踪仪测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵RL'和位置矢量TL'；使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵RC'和位置矢量TC'；移动若干次靶标板，每次移动后重复使用激光跟踪仪测量靶标板和使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到激光跟踪仪测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵RL和位置矢量TL，相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵RC和位置矢量TC；将激光跟踪仪和相机与激光测距仪组合测量的旋转角和位置矢量分别相减，得到一组位置测量误差以及角度测量误差；所述旋转角由对应的旋转矩阵得到；
将靶标板移动到第N+1个位置，重复获取位置i与位置i+1的位置测量误差以及角度测量误差，得到N组位置测量误差以及角度测量误差；由所述N组位置测量误差以及角度测量误差，得到相对测量精度；
判断所述相对测量精度是否满足精度要求；若满足，则验证成功；反之，则验证失败。


3.根据权利要求1所述的一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法，其特征在于，所述使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标的方法为：
调整激光测距仪的出光方向、靶座支撑工装在一维导轨上位置与靶座粘贴位置，对激光测距仪发出的激光进行准直，根据靶座支撑工装移动量和激光测距仪的输出数值进行调节，使得激光出光方向与一维导轨运动方向一致；
将靶座固定粘贴在靶座支撑工装的靶座粘贴位置处，所述靶座粘贴位置标记为A1；将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
移动一维导轨上靶座支撑工装至距离激光测距仪约D米处；
使用激光测距仪测量A1距激光出光口的距离，使用激光跟踪仪测量A1在激光跟踪仪坐标系下的坐标值；
沿一维导轨分别移动靶座支撑工装至距激光测距仪D+2m、D+4m、D+6m、…、D+36m、D+38m距离，分别记为A2、A3、A4、…、A19、A20，并用激光跟踪仪测量A2～A20点在激光跟踪仪坐标系下的坐标值；其中，m为米；
根据A1～A20在激光跟踪仪坐标系下的坐标值将A1～A20拟合成一条直线，并依据A1～A20与激光测距仪的距离，以A1为起点、以所述直线的方向建立一条射线，得到所述射线在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与射线起点在激光跟踪仪坐标下的坐标作为激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与激光出光口在激光跟踪仪坐标下的坐标


4.根据权利要求1所述的一种高精度的六自由度测量系统的精度验证方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡娅雯，刘杰，张庆君，齐亚琳，刘久利，尹建凤，梁健，于松柏，张和芬，任晶晶，王静，丁健，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11