基于圆柱体和线结构光标定空间回转轴线的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于圆柱体和线结构光标定空间回转轴线的方法及其应用，所述空间回转轴线的标定包括：（1）将圆柱体放置于转台上，线结构光传感器获取圆柱体的轮廓数据并根据轮廓数据获得圆心坐标C

【技术实现步骤摘要】
基于圆柱体和线结构光标定空间回转轴线的方法及其应用
本专利技术属于线结构光传感器测量领域，具体涉及一种基于圆柱体和线结构光传感器标定回转轴线的方法及其应用。
技术介绍
叶片作为航空发动机、燃机、汽轮机等设备中的关键零部件，承担着将热能转化为机械能的重要任务，叶片的形状及质量直接影响整机的能量转换效率和使用寿命。叶片因其三维型面为不规则曲面且每个截面高度的型线轮廓不相同给叶片检测工作增加了难度。基于线结构光传感器的四轴测量系统需要通过多视角数据拼接检测叶片截面曲线特征的系统，该系统在使用前需要对线结构光传感器的位姿、转台回转轴线、以及待测叶片的轴线等进行标定，以减少检测数据的误差。传统对转台回转轴线的标定是采用引入标准球对转台的回转轴线标定，但是标准球仅能实现对一个截面回转中心的标定，并不能实现对回转轴线的标定，因此在标定过程回转轴线存在一定的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于圆柱体和线结构光传感器标定回转轴线的方法，该方法引入标准圆柱体对转台回转轴线进行标定，利用同一截面回转轴线到圆柱体所在圆心距离相同，再配合线结构光传感器Z轴移动，实现对回转轴线的标定。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于圆柱体和线结构光传感器标定空间回转轴线的方法，包括线结构光传感器的位姿标定和空间回转轴线的标定，所述空间回转轴线的标定采用如下步骤实现：（1）将标准圆柱体放置于转台上，线结构光传感器获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据进行圆拟合获得在初始数据坐标系下的圆心坐标C1（xc1,yc1）；（2）转台转动角度θ后，线结构光传感器再次获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据圆拟合获得移动后数据坐标系下的圆心坐标C2（xc2,yc2）；（3）通过圆心坐标C1、C2和转动角度θ计算出回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据L0（x0,y0）；式中，L0为回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据；T为转动转台后的旋转矩阵，；E2×2为二阶单位矩阵；为圆心C1在初始数据坐标系中的坐标向量；为圆心C2在移动后数据坐标系中的坐标向量；为转台转动前后线结构光传感器的移动向量；（4）沿圆柱体的高度方向移动线结构光传感器，移动距离为z，重复步骤（1）至（3），获取回转轴线在初始数据坐标系下的Li（xi,yi,zi），xi、yi通过步骤（3）计算获得坐标数据，zi为线结构光传感器在Z轴上移动距离，i=0,1,…,m；对坐标Li（xi,yi,zi）进行直线拟合得出回转轴线，即实现对空间回转轴线的标定。本专利技术的基于圆柱体和线结构光传感器标定空间回转轴线的方法可应用于叶片检测领域。所述叶片的三维轮廓曲线，，其中，为第k次的转动矩阵，、分别为第k次转动后移动后数据坐标系下的X、Y坐标，为与上一次转台转动前后线结构光测量装置相对移动向量；为初始数据坐标系下转动中心坐标向量。本专利技术利用圆柱体结构的特性，实现对回转轴线的标定，与现有技术的标准球的标定方法相比，本专利技术不仅能实现标准球的转动中心的标定，还利用圆柱体高度优势实现对回转轴线的标定，其标定后的测量数据更加精确，适用于高精尖零部件的检测。将本专利技术提供的一种基于圆柱体和线结构光传感器标定回转轴线的方法应用于叶片检测领域，能实现对叶片的三维样貌的评价，在此过程中无需对叶片轴线进行标定，减少工作流程，当采集的数据足够多，可通过采集的数据在三维软件内复原叶片三维样貌，然后根据叶片的轴线截取截面曲线特征，也可实现对叶片截面曲线特征的评价。附图说明图1为本专利技术线结构光传感器与圆柱体的位置关系示意图。图2为本专利技术标定回转轴线的原理示意图。图中标记：100、线结构光传感器；200、转台；300、圆柱体。具体实施方式实施例1本实施例提供的一种基于圆柱体和线结构光传感器的标定回转轴线的方法，该方法是基于四轴测量系统实现的，所述四轴测量系统是包括沿X轴平移量X、沿Y轴平移量Y、沿Z轴平移量Z以及绕回转轴线旋转量R，通过控制平移量X、Y和Z实现控制线结构光传感器100与待测物之间的相对位置关系，通过控制旋转量R控制待测物不同周向面。本实施例所述的基于圆柱体和线结构光传感器的标定回转轴线的方法具体包括如下步骤：（1）线结构光传感器的位姿标定通过安装线结构光传感器100所在平面的倾角传感器测量的数据调整线结构光传感器100的位姿，使线结构光传感器100的激光面水平，具体的标定方法与现有技术相同，本实施例将不再赘述；（2）空间回转轴线的标定a．将标准圆柱体300放置于转台200上，如图1所示，线结构光传感器100与圆柱体300的位置关系示意图如图1所示，控制平移量Z使线结构光传感器100的激光面与圆柱体300的初始位置相交，本实施例所述圆柱体300的初始位置设置于圆柱体300的下端，也可以设置在圆柱体300的上部或中部，线结构光传感器100获取圆柱体300在初始数据坐标系o1-x1y1下的轮廓数据P1，，利用最小二乘法根据所述轮廓数据P1进行圆拟合获得圆心坐标C1（xc1,yc1）；当前线结构光传感器的数据坐标系为初始数据坐标系o1-x1y1；b．转台转动角度θ后，线结构光传感器再次获取圆柱体在移动后数据坐标系o2-x2y2轮廓数据P2并通过所述轮廓数据P2圆拟合获得圆心坐标C2（xc2,yc2）；转台转动后可能导致线结构光传感器的激光面与圆柱体没有相交，此时需要控制平移量X、Y，因此数据坐标系也发生了平移，移动向量为，若线结构光传感器未产生移动，则移动向量为0；此时，转台转动后和线结构光传感器产生移动后的线结构光传感器的数据坐标系为移动后数据坐标系o2-x2y2c．通过圆心坐标C1、C2和转动角度θ计算出回转轴线在初始数据坐标系o1-x1y1中的坐标数据L0（x0,y0）；式中，L0为回转轴线在初始数据坐标系o1-x1y1中的坐标数据；T为转动转台后的旋转矩阵，；E2×2为二阶单位矩阵；为圆心C1在初始数据坐标系中的坐标向量；为圆心C2在移动后数据坐标系中的坐标向量；为两次线结构光传感器移动向量；如图2所示，以回转轴线为Z轴，平行于平移量X、Y的向量为X轴和Y轴，建立运动坐标系O-XYZ；转动前后两次，回转轴线到圆心C1和回转轴线到圆心C2的距离相等，可标定回转轴线在初始坐标系下的坐标向量，因此实现对回转轴线（回转中心）标定。由向量表示关系式：；，可写成如下关系：；求解的得出：式中，E2x2为二阶单位矩阵；令，向量即表示当前高度上转台回转轴线在线结构光传感器初始数据坐标系下的数据坐标，即回转中心的坐标，进而完成了回转轴线当前截面高度下的标定；d．沿圆柱体的高度方向移动线结构光传感器，移动距离为z，重复步骤（a）至（c），获取回转轴线在初始数据坐标系下的Li（xi,yi,zi），xi、yi是通过步骤（c）计算获得的坐标数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆柱体和线结构光传感器标定空间回转轴线的方法，包括线结构光传感器的位姿标定和空间回转轴线的标定，其特征在于：所述空间回转轴线的标定采用如下步骤实现：/n（1）将标准圆柱体放置于转台上，线结构光传感器获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据进行圆拟合获得在初始数据坐标系下的圆心坐标C

【技术特征摘要】
1.一种基于圆柱体和线结构光传感器标定空间回转轴线的方法，包括线结构光传感器的位姿标定和空间回转轴线的标定，其特征在于：所述空间回转轴线的标定采用如下步骤实现：
（1）将标准圆柱体放置于转台上，线结构光传感器获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据进行圆拟合获得在初始数据坐标系下的圆心坐标C1（xc1,yc1）；
（2）转台转动角度θ后，线结构光传感器再次获取圆柱体的轮廓数据并根据所述轮廓数据圆拟合获得移动后数据坐标系下的圆心坐标C2（xc2,yc2）；
（3）通过圆心坐标C1、C2和转动角度θ计算出回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据L0；



式中，L0为回转轴线在初始数据坐标系中的坐标数据；T为转动转台后的旋转矩阵，；E2×2为二阶单位矩阵；为圆心C1在初始数据坐标系中的坐标向量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢罗峰，刘浩浩，王宗平，殷鸣，欧登荧，殷国富，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51