一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法技术

本发明专利技术涉及一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，包括：标定旋转平台的旋转轴，计算旋转平台轴心在测量机坐标系下的轴心坐标；标定面激光传感器的旋转轴，计算面激光传感器的旋转轴与传感器坐标系XOY面的垂直距离；依据轴心坐标及垂直距离，将采集到的所有工件子区域的原始点云统一从传感器坐标系转换到测量机坐标系，完成拼接。该基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法的目的是解决如何实现工件所在的测量平台坐标系与传感器坐标系之间的标定及点云的快速拼接的问题。系之间的标定及点云的快速拼接的问题。系之间的标定及点云的快速拼接的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法


[0001]本专利技术涉及三维形貌测量
，具体涉及一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法。

技术介绍

[0002]当前，现代科学技术的飞速发展带动了生产效率的提高，也促进了新的测量需求，并带动了新的测量技术的发展。由于接触式测量方式直接接触工件表面，很容易对工件量具造成损伤，于是无接触、高速、灵活的面激光测量方法应运而生。
[0003]但是，受制于物体的遮挡、面激光传感器的工作距离和被测工件的形面特点，一次采集仅能获取工件的部分表面点云，若要采集到完整的被测工件点云，需要通过调整传感器位姿或工件位姿，使传感器能够采集到工件所有子区域的点云。
[0004]因此，专利技术人提供了一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法。

技术实现思路

[0005](1)要解决的技术问题
[0006]本专利技术实施例提供了一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，解决了如何实现工件所在的测量平台坐标系与传感器坐标系之间的标定及点云的快速拼接的技术问题。
[0007](2)技术方案
[0008]本专利技术提供了一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，包括以下步骤：
[0009]标定旋转平台的旋转轴，计算旋转平台轴心在测量机坐标系下的轴心坐标；
[0010]标定面激光传感器的旋转轴，计算所述面激光传感器的旋转轴与传感器坐标系XOY面的垂直距离；
[0011]依据所述轴心坐标及所述垂直距离，将采集到的所有工件子区域的原始点云统一从所述传感器坐标系转换到所述测量机坐标系，完成拼接。
[0012]进一步地，所述标定旋转平台的旋转轴，计算旋转平台轴心在测量机坐标系下的轴心坐标，具体为：
[0013]利用所述面激光传感器在位于旋转平台中心的标准球正上方采集所述标准球的表面点云，并计算出拟合标准球球心，依据所述标准球球心确定所述旋转平台轴心在所述测量机坐标系下的轴心坐标；其中，所述标准球球心位于所述旋转平台的旋转轴线上。
[0014]进一步地，所述利用所述面激光传感器在位于旋转平台中心的标准球正上方采集所述标准球的表面点云，并计算出拟合标准球球心，依据所述标准球球心确定所述旋转平台轴心在所述测量机坐标系下的轴心坐标，具体包括如下步骤：
[0015]将所述面激光传感器通过三坐标测量机移动到所述旋转平台的正上方，旋转传感器旋转轴至0度位置；
[0016]分别将所述旋转平台旋转0度、120度及240度，并采集所述标准球的表面点云；
[0017]使用RANSAC算法分别拟合三个球的球心坐标；
[0018]计算所述三个球的球心组成的圆的圆心。
[0019]进一步地，所述计算所述三个球的球心组成的圆的圆心，具体包括如下步骤：
[0020]分别确定三个球面点云拟合出的球心在传感器测量坐标系XOY面上的二维坐标；
[0021]依据三个二维坐标，确定所述传感器测量坐标系XOY面上轴心的圆心坐标。
[0022]进一步地，传感器测量坐标系XOY面与测量机坐标系XOY面平行，其中，所述测量机坐标系XOY面为旋转平台坐标系。
[0023]进一步地，所述标定面激光传感器的旋转轴，计算所述面激光传感器的旋转轴与传感器坐标系XOY面的垂直距离，具体包括如下步骤：
[0024]保持所述面激光传感器在所述旋转平台的正上方，旋转传感器旋转轴保持0度位置，采集标准球表面点云并拟合第一球心坐标；
[0025]将所述面激光传感器分别沿三坐标测量机的Y轴正方向和Z轴负方向移动Y向距离和Z向距离，以设定角度旋转传感器旋转轴，采集标准球表面点云并拟合第二球心坐标；
[0026]依据所述Y向距离、所述Z向距离及所述设定角度，利用几何原理和三角定理计算所述传感器旋转轴与所述传感器坐标系XOY面的垂直距离。
[0027]进一步地，所述依据所述Y向距离、所述Z向距离及所述设定角度，利用几何原理和三角定理计算所述传感器旋转轴与所述传感器坐标系XOY面的垂直距离，具体包括如下步骤：
[0028]设在传感器坐标系YOZ面上，所述第一球心O
C
的坐标为(y
a
,z
a
)，所述第二球心坐标为(y
b
,z
b
)，轴心点分别为A和B，传感器坐标零点与传感器旋转轴线的垂直距离为d；
[0029]两次采集位置旋转轴心的Y轴方向距离和Z轴方向距离分别为y
′
和z
′
，N点为A沿Y轴方向移动y
′
后，沿Z轴方向移动z
′
前的位置；
[0030]从O
C
引两条分别与直线Oz
a
和直线Oz
b
平行的直线，分别与直线Oy
′
相交于P点和Q点；
[0031]线段O
b
B沿传感器坐标系Z轴正方向延长，与直线Oy
′
相交于M点，QM两点距离为y
p
，从Q点向线段O
b
B所在直线做一条垂线，与该直线相交于F点；。
[0032]根据几何原理和三角定理，可以得到ΔO
C
PQ为直角三角形；
[0033]依据所述直角三角形，由正切定理计算所述垂直距离d。
[0034]进一步地，所述依据所述轴心坐标及所述垂直距离，将采集到的所有工件子区域的原始点云统一从所述传感器坐标系转换到所述测量机坐标系，具体包括如下步骤：
[0035]将点云沿传感器坐标系Z轴负方向移动距离d，绕坐标系X轴顺时针旋转α度，沿X轴、Y轴、Z轴正方向移动相应距离；
[0036]将点云移动至测量机坐标系下的旋转平台轴线的上方，绕坐标Z轴逆时针旋转γ度；
[0037]将点云坐标系的零点位置从旋转平台轴心平移到测量机坐标系的零点位置。
[0038]进一步地，所述依据所述轴心坐标及所述垂直距离，将采集到的所有工件子区域的原始点云统一从所述传感器坐标系转换到所述测量机坐标系，完成拼接，具体包括如下步骤：
[0039]将采集到的点云沿传感器坐标系Z轴负方向移动距离d，得到第一平移矩阵；
[0040]绕坐标系X轴顺时针旋转α度，得到第一旋转矩阵；
[0041]设当次采集的传感器位置与第一次采集的传感器位置在所述测量机坐标系下的距离为x、y、z，将点云沿X轴、Y轴、Z轴正方向分别移动x
′
、y
′
、z
′
，得第二平移矩阵；
[0042]将点云移动至所述测量机坐标系下的旋转平台轴线上方，设第一次采集时的传感器零点在三坐标运动平台的坐标为(x0,y0,z0)，旋转平台轴线上一点的坐标为(x
c
,y
c
,z
c
)，得到第三平移矩阵；
[0043]设当次采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：标定旋转平台的旋转轴，计算旋转平台轴心在测量机坐标系下的轴心坐标；标定面激光传感器的旋转轴，计算所述面激光传感器的旋转轴与传感器坐标系XOY面的垂直距离；依据所述轴心坐标及所述垂直距离，将采集到的所有工件子区域的原始点云统一从所述传感器坐标系转换到所述测量机坐标系，完成拼接。2.根据权利要求1所述的基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，所述标定旋转平台的旋转轴，计算旋转平台轴心在测量机坐标系下的轴心坐标，具体为：利用所述面激光传感器在位于旋转平台中心的标准球正上方采集所述标准球的表面点云，并计算出拟合标准球球心，依据所述标准球球心确定所述旋转平台轴心在所述测量机坐标系下的轴心坐标；其中，所述标准球球心位于所述旋转平台的旋转轴线上。3.根据权利要求2所述的基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，所述利用所述面激光传感器在位于旋转平台中心的标准球正上方采集所述标准球的表面点云，并计算出拟合标准球球心，依据所述标准球球心确定所述旋转平台轴心在所述测量机坐标系下的轴心坐标，具体包括如下步骤：将所述面激光传感器通过三坐标测量机移动到所述旋转平台的正上方，旋转传感器旋转轴至0度位置；分别将所述旋转平台旋转0度、120度及240度，并采集所述标准球的表面点云；使用RANSAC算法分别拟合三个球的球心坐标；计算所述三个球的球心组成的圆的圆心。4.根据权利要求3所述的基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，所述计算所述三个球的球心组成的圆的圆心，具体包括如下步骤：分别确定三个球面点云拟合出的球心在传感器测量坐标系XOY面上的二维坐标；依据三个二维坐标，确定所述传感器测量坐标系XOY面上轴心的圆心坐标。5.根据权利要求3所述的基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，传感器测量坐标系XOY面与测量机坐标系XOY面平行，其中，所述测量机坐标系XOY面为旋转平台坐标系。6.根据权利要求1所述的基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，所述标定面激光传感器的旋转轴，计算所述面激光传感器的旋转轴与传感器坐标系XOY面的垂直距离，具体包括如下步骤：保持所述面激光传感器在所述旋转平台的正上方，旋转传感器旋转轴保持0度位置，采集标准球表面点云并拟合第一球心坐标；将所述面激光传感器分别沿三坐标测量机的Y轴正方向和Z轴负方向移动Y向距离和Z向距离，以设定角度旋转传感器旋转轴，采集标准球表面点云并拟合第二球心坐标；依据所述Y向距离、所述Z向距离及所述设定角度，利用几何原理和三角定理计算所述传感器旋转轴与所述传感器坐标系XOY面的垂直距离。7.根据权利要求6所述的基于五轴测量平台的点云标定及拼接方法，其特征在于，所述依据所述Y向距离、所述Z向距离及所述设定角度，利用几何原理和三角定理计算所述传感器旋转轴与所述传感器坐标系XOY面的垂直距离，具体包括如下步骤：
设在传感器坐标系YOZ面上，所述第一球心O
C
的坐标为(y
a
,z
a
)，所述第二球心坐标为(y
b
,z
b
)，轴心点分别为A和B，传感器坐标零...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，艾士博，李昆，李扬，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：