一种二维激光位移传感器共面调整方法技术

本发明专利技术涉及一种基于全局标定装置的激光2D传感器共面调整方法，对于大尺寸的物体断面非接触测量需要通过多个2D激光传感器数据融合进行廓形的测量。它包括了旋转支臂部分和底部横梁调整部分，旋转支臂部分包含了高精度阶梯块模型、旋转臂、伺服电机、高精度角度编码器、支撑臂、支臂安装底座；底部横梁调整部分包括横梁、横梁定位脚、垂直和水平位置360°面激光、面激光固定底座、支臂固定底座、横梁绝缘底座、横梁固定夹具；其能够实现龙门架激光2D传感器的快速高精度的共面调整。

A coplanar adjustment method of two-dimensional laser displacement sensor

【技术实现步骤摘要】
一种二维激光位移传感器共面调整方法
本专利技术涉及超大尺寸物体的非接触式廓形测量领域，实现便携式大型龙门架上多个激光2D传感器基于基准坐标系的全局标定，具体涉及一种多个大量程激光2D传感器全局标定的标定装置及全局标定方法，该标定装置基于空间坐标变换原理，通过对多个激光2D传感器的共面调整及标定装置的结构参数校准实现多个大量程激光2D传感器的全局坐标系标定。
技术介绍
随着非接触式检测方法快速发展，目前可以采用激光2D传感器实现物体全断面廓形的检测，对于小型的零部件能够通过单个或者两个激光2D传感器就能实现物体断面廓形测量，对于大尺寸的物体外形测量需要通过多个大量程激光2D传感器进行廓形的测量。针对地铁车辆廓形测量时，通过龙门架上安装的大量程激光2D传感器实现非接触式测量。采用量程800～1400mm，视角35°～45°范围的激光2D传感器时，需要19个大量程激光2D传感器才能实现整个车体断面廓形测量。如图1所示，图中：1是龙门架结构框架，2是激光2D传感器，3是需要测量的廓形示意图。针对于大型龙门架上多个大量程激光2D传感器全局坐标系标定，目前没有快速、高精度的标定设备和标定方法。为了实现大尺寸物体断面尺寸高精度测量，需要实现多个激光2D传感器基于基准坐标系的全局标定，对于标定设备本身也需要进行高精度的校准，同时需要对多个激光2D传感器进行共面调整，防止不同传感器之间激光的干涉影响并保证测量结果是同一个截面廓形。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题：为了实现大尺寸物体断面尺寸高精度测量，需要实现大型龙门架上面多个大量程激光2D传感器基于基准坐标系的全局标定，提出了一种基于空间坐标变换算法的标定装置及全局标定方法，并完成该标定装置的结构参数校准及多个激光2D传感器的共面调整。通过该方案，可以实现龙门架测量系统基准坐标系的高精度全局标定。为了解决上述的技术问题，本专利技术采用了以下的技术方案：一种应用于便携式龙门架上多个大量程激光2D传感器的全局标定装置，其特征在于：它包括了旋转支臂部分和底部横梁固定调整部分。旋转支臂部分包含了高精度阶梯块、旋转臂、伺服电机、高精度角度编码器、支撑臂、支臂安装底座；底部横梁固定调整部分包括横梁、横梁定位脚、垂直面激光、水平面激光、面激光固定底座、支臂固定底座、横梁绝缘底座、横梁固定夹具。支臂固定底座和安装底座设计时，有较高的平面度和垂直度要求。标定装置安装时，根据上下模块之间的关系可以快速组装设备并达到相应的精度要求，各部件具体连接关系为：横梁绝缘底座安装在横梁端部；面激光固定底座安装在横梁左侧中部上方位置；支臂固定底座安装在横梁中部上方位置；支臂安装底座和支臂固定底座通过支臂压紧块在垂直方向固定；垂直支臂一端通过螺栓固定在支臂安装底座，另外一端通过伺服电机与旋转转臂端部连接，垂直支臂和横梁为垂直安装关系；标定块安装在旋转转臂端部位置；旋转转臂可在360°旋转圆平面内按顺时针或逆时针转动任意角度。通过标定装置上安装的垂直面激光器，采用共面调整方法实现龙门架上多个激光2D传感器共面。所述共面调整方法为：步骤一，在单个激光2D传感器有效量程前后位置间隔一定距离分别放置两张白纸，通过观察激光2D传感器投射在白纸上的激光光条和标定装置上安装的垂直面激光器投射在白纸上的激光光条，调整激光2D传感器使所述两种激光光条在白纸上完全重合；步骤二，通过对每个激光2D传感器采用该共面调整方法，实现所有激光2D传感器共面。通过标定装置上安装的水平面激光器、垂直面激光器和龙门架顶部横梁中部安装的十字激光器，通过快速定位组装方法，实现龙门架快速重新定位组装，避免每次龙门架拆解之后都需要对所有激光2D传感器进行全局标定，实现快速测量的目的。所述快速定位组装方法为：步骤一，龙门架按设计要求安装完成之后，通过共面调整方法完成所有激光2D传感器的共面调整；步骤二，通过安装在标定装置上的水平面激光器投射激光线条在龙门架上，在龙门架两侧上做水平定位标记；步骤三，通过安装在标定装置上的垂直面激光器投射激光线条在龙门架上，在龙门架两侧上部和下部做垂直定位标记；步骤三，通过龙门架顶部横梁中部安装的十字激光器投射激光线条在标定装置横梁上面，在标定装置上面做十字定位标记；步骤四，每次重新安装龙门架时，先将标定装置按要求放置在钢轨上，打开所述的水平面激光器、垂直面激光器和十字激光器，调整龙门架底部调整机构使所述三种激光线条和对应定位标记重合，即完成龙门架的重新组装。采用所述快速定位组装方法，因为龙门架及所有激光2D传感器相对标定装置位置固定不变从而不需要重新进行全局标定，可以实现快速测量的目的。采用设计的机械固定结构实现旋转支臂部分和底部横梁固定调整部分高精度配合，使用螺栓压紧连接部件，能够实现装置的快速安装与拆卸，并保证了重新组装后不需要进行设备结构参数的重新校准。具体安装步骤为：步骤一，先将支臂安装底座右侧面和支臂固定底座右上方斜切面紧密接触；步骤二，在支臂安装底座和支臂固定底座左侧面用支臂压紧块1进行螺栓压紧固定；步骤三，在支臂安装底座和支臂固定底座前侧面用支臂压紧块2进行螺栓压紧固定。底部横梁固定调整部分一端采用横梁定位脚进行左右定位，横梁固定采用夹具固定方式，横梁多个位置分别采用夹具紧夹(对于地铁车辆测量时，通过夹具把设备固定在轨道上面进行固定)。角度编码器安装在垂直支臂端部位置与伺服电机轴承连接，旋转转臂可以360°自由旋转到平面空间任意位置，通过角度编码器记录旋转角度。在对多个激光2D传感器基于基准坐标系的全局标定之前需要对标准装置进行结构参数校准，校准方法为：步骤一，用全站仪建立原点坐标系，在标准装置横梁中部位置设有坐标原点以及方向定位点，通过换算得到最终需要的基准坐标系(地铁车辆廓形测量时，以轨道基准坐标系建立基准坐标系)；步骤二，转动转臂到空间任意位置获取角度信息，通过全站仪获取阶梯块上面特征点在基准坐标系中的坐标值；步骤三，由于测量数据点在旋转圆上面，通过获取足够的多组数据点，采用非线性最小二乘法求解特征点对应的旋转圆的圆心和半径，然后根据特征点与阶梯块廓形的几何位置关系，计算得到标定装置结构参数。求解得到标定装置结构参数后，就可以根据角度编码器获取的角度计算任意位置时阶梯块廓形数据点在基准坐标系中的坐标值。龙门架多个激光2D传感器基于基准坐标系的全局标定方法，其特征在于包括了以下的测量方法：系统采用世界坐标全局标定方法，即确定各传感器坐标系到全局基准坐标系的旋转矩阵及平移矢量。根据激光2D传感器采集的阶梯块廓形在传感器坐标系中的数据与根据角度传感器计算得到的阶梯块廓形在基准坐标系中的数据进行匹配，计算两种坐标系之间的转换矩阵，匹配算法采用迭代最近点算法。通过对每个激光2D传感器采用该标定方法，实现龙门架多个激光2D传感器在基准坐标系中的全局标定。有益效果：本专利技术采用标准阶梯块进行全局标定，标准阶梯块具有多个垂直面和平行面以及角点，在获取的廓形坐标中，具有便于识别的功能，在数据处理中具有指向性，操作人员可以根据阶梯块的廓形特征进行数据提取，可以提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全局标定装置的激光2D传感器共面调整方法，其中，全局标定装置包括旋转支臂部分和底部横梁调整部分；旋转支臂部分包括阶梯块(17)、旋转转臂(18)、伺服电机(16)、高精度角度编码器(15)、支撑臂(8)、支臂安装底座(11)、支臂压紧块1(13)、支臂压紧块2(23)、多个激光2D传感器；底部横梁调整部分包括横梁(20)、横梁定位脚(19)、垂直360°面激光(7)、水平位置360°面激光(6)、面激光固定底座(5)、支臂固定底座(12)、横梁绝缘底座1(9)、横梁绝缘底座2(10)；通过水平位置360°面激光(6)实现系统的组装定位；垂直360°面激光(7)实现激光2D传感器(2)的共面调整；通过旋转臂(18)旋转阶梯块模型(17)到每个激光2D传感器(2)视角范围，实现每个激光2D传感器(2)的标定；其特征在于，步骤一，在单个激光2D传感器有效量程前后上下位置间隔一定距离分别放置两张白纸，通过观察激光2D传感器投射在白纸上的激光光条和标定装置上安装的垂直360°面激光器投射在白纸上的激光光条，调整激光2D传感器使所述两种激光光条在白纸上完全重合；步骤二，通过对每个激光2D传感器采用该共面调整方法，实现所有激光2D传感器共面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于全局标定装置的激光2D传感器共面调整方法，其中，全局标定装置包括旋转支臂部分和底部横梁调整部分；旋转支臂部分包括阶梯块(17)、旋转转臂(18)、伺服电机(16)、高精度角度编码器(15)、支撑臂(8)、支臂安装底座(11)、支臂压紧块1(13)、支臂压紧块2(23)、多个激光2D传感器；底部横梁调整部分包括横梁(20)、横梁定位脚(19)、垂直360°面激光(7)、水平位置360°面激光(6)、面激光固定底座(5)、支臂固定底座(12)、横梁绝缘底座1(9)、横梁绝缘底座2(10)；通过水平位置360°面激光(6)实现系统的组装定位；垂直360°面激光(7)实现激光2D传感器(2)的共面调整；通过旋转臂(18)旋转阶梯块模型(17)到每个激光2D传感器(2)视角范围，实现每个激光2D传感器(2)的标定；其特征在于，步骤一，在单个激光2D传感器有效量程前后上下位置间隔一定距离分别放置两张白纸，通过观察激光2D传感器投射在白纸上的激光光条和标定装置上安装的垂直360°面激光器投射在白纸上的激光光条，调整激光2D传感器使所述两种激光光条在白纸上完全重合；步骤二，通过对每个激光2D传感器采用该共面调整方法，实现所有激光2D传感器共面。


2.一种如权利要求1所述的共面调整方法，其特征在于，各部件具体连接关系为：横梁绝缘底座安装在横梁端部；面激光固定底座安装在横梁左侧中部上方位置；支臂固定底座安装在横梁中部上方位置；支臂安装底座和支臂固定底座通过支臂压紧块在垂直方向固定；垂直支臂一端通过螺栓固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴帮明，冯艳波，姚培，
申请(专利权)人：成都安科泰丰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51