CN104296659B - 一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法，其用于修正多个激光扫描器扫描同一个被测物体引起的拼接误差。该方法包括以下步骤：将该多个激光扫描器在标定中解决旋转一致性问题，只存在平移的偏差：在具有90度空间关系的两个平面X与Y上分别安装至少一个激光扫描器，并确保各个激光扫描器按照各自的激光扫描方向都能够扫描到该被测物体，该两个平面X与Y构成X‑Y坐标系，每个平面上的激光扫描器通过沿着平行于该X‑Y坐标系的相应坐标轴移动进行激光扫描；调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值。本发明利用激光的特性，扫描标准器同一个部位，并利用算法修正偏差的参数，从而修正偏差错误。

Description

一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法

技术领域

本发明涉及一种工业精密测量方法，尤其涉及一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法。

背景技术

在如今科技技术水平不断发展的情况下，相关的测量技术也在日新月异的发生变化，而且目前也越来越多的实际测量需求表明，测量所需要的技术需要有更好更高效的测量方法，于是本公司即天准公司看到了这一点，并紧紧的抓住了这个关键的时期，推出了一套基于激光测量的技术方案。

前景是明朗的，但是其中存在的问题也是颇为严峻的，由于实际的测量过程中需要用到多个测量激光，而将这些多个激光扫描出的数据进行拼接融合，并得出有效准确的数据，这个一直以来是激光测量技术运用过程中较为关键的问题。

对此，天准公司投入了大量的研发资源，经过多名工程师不断的实验总结，终于开发出了一种利用倾斜标准面修正拼接误差的方法，此方法利用激光的特性，从大量无效的数据中提炼出有效的目标数据，并利用最优的算法计算出修正的参数，最终能修正这一拼接误差的难题，从而提高了测量的重复性及准确性。这个技术已经在大量的实验中得以验证，目前也已推广使用，客户也对此表示了满意的认可。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法，其主要针对多个激光扫描同一个被测物体导致拼接误差的问题，利用激光的特 性，扫描标准器同一个部位，并利用算法修正偏差的参数，从而修正偏差错误。

本发明是这样实现的，一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法，其包括：其用于修正多个激光扫描器扫描同一个被测物体引起的拼接误差，其包括以下步骤：

(1)将该多个激光扫描器在标定中解决旋转一致性问题，只存在平移的偏差：

在具有90度空间关系的两个平面X与Y上分别安装至少一个激光扫描器，并确保各个激光扫描器按照各自的激光扫描方向都能够扫描到该被测物体，该两个平面X与Y构成X-Y坐标系，每个平面上的激光扫描器通过沿着平行于该X-Y坐标系的相应坐标轴移动进行激光扫描；

(2)调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值；

其中，在步骤(2)前，判定是否需要调整该激光平移修正值，该判定方法包括以下步骤：①提供一块已知厚度H的平板，在该平板的相邻两个边缘部分各以30°角直切出相邻的两个水平面，该直切指从该平板的一侧垂直切至该平板的相对另一端；再以倾斜45°角在该两个水平面上斜切使该两个水平面切成相邻的两个斜面A与B，该斜切指从该平板的一侧倾斜切至该平板的相对另一侧；②将该平板作为该被测物体对两个斜面A与B进行激光扫描，得到两个斜面A与B的点云数据；③求出两个斜面A与B的等高线，当两个斜面A与B的等高线出现分离时，则两个平面X与Y上的激光扫描器在空间上出现拼接误差，需要调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值。

作为上述方案的进一步改进，该激光平移修正值的获取方法包括以下步骤：

一、假设三维点云用最小二乘法拟合出的面的方程为：平面Y上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D₁；平面Y上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D₂；平面X上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D′₁，平面X上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D′₂；其中，由于该多个激光扫描器只存在平移的偏差，因此，A₁、A₂参数相同，B₁、 B₂参数相同，C₁、C₂参数相同，只有D₁、D₂参数与D′₁、D′₂参数不同；

二、根据该X-Y坐标系，设定Z＝0，则在斜面A与B相应中间H/2处的等高线方程分别为：

三、求激光平移修正值的公式，假设激光平移修正值作用于平面X上的激光扫描器，即平面X上的激光扫描器的方程平移(d_x，d_y)后和平面Y上的激光扫描器的方程相同，代入等高线方程组得二元一次方程组即求得激光平移修正值(d_x，d_y)：A₁d_x+B₁d_y＝D′₁-D₁；A₂d_x+B₂d_y＝D′₂-D₂。

作为上述方案的进一步改进，该激光平移修正值的获取方法包括以下步骤：

①提供一块已知厚度H的平板，在该平板的相邻两个边缘部分各以30°角直切出相邻的两个水平面，该直切指从该平板的一侧垂直切至该平板的相对另一端；再以倾斜45°角在该两个水平面上斜切使该两个水平面切成相邻的两个斜面A与B，该斜切指从该平板的一侧倾斜切至该平板的相对另一侧；

②将该平板作为该被测物体对两个斜面A与B进行激光扫描，得到两个斜面A与B的点云数据；

③假设三维点云用最小二乘法拟合出的面的方程为：

平面Y上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D₁；

平面Y上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D₂；

平面X上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D′₁，

平面X上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D′₂；

其中，由于该多个激光扫描器只存在平移的偏差，因此，A₁、A₂参数相同，B₁、B₂参数相同，C₁、C₂参数相同，只有D₁、D₂参数与D′₁、D′₂参数不同；

④根据该X-Y坐标系，设定Z＝0，则在斜面A与B相应中间H/2处的等高线方程分别为：

$A_{1}x+B_{1}y=D_1-\frac{C_{1}H}{2};$

$A_{2}x+B_{2}y=D_2-\frac{C_{2}H}{2};$

$A_{1}x+B_{1}y=D_1^{\′}-\frac{C_{1}H}{2};$

$A_{2}x+B_{2}y=D_2^{\′}-\frac{C_{2}H}{2};$

⑤求激光平移修正值的公式

假设激光平移修正值作用于平面X上的激光扫描器，即平面X上的激光扫描器的方程平移(d_x，d_y)后和平面Y上的激光扫描器的方程相同，代入等高线方程组得二元一次方程组即求得激光平移修正值(d_x，d_y)：

A₁d_x+B₁d_y＝D′₁-D₁；A₂d_x+B₂d_y＝D′₂-D₂。

本发明的利用倾斜标准面修正拼接误差方法用于修正多个激光扫描器扫描同一个被测物体引起的拼接误差，其使用两个激光分别扫描铝板块的斜切面，这样便会得出两个斜切面的点云数据，利用算法公式求各自的等高线，如果标定没有问题，两个激光扫描出的等高线应该是重合的，如果出现等高线有分离的情况，则利用算法公式计算出激光的修正值，这样就修正了两个激光在空间上出现拼接误差的关系了。

附图说明

图1为平板的直切示意图。

图2为图1中平板的斜切示意图。

图3为图2中平板采用激光扫描器进行扫描的扫描示意图。

图4为图3中两个斜面A与B的等高线分离情况示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明较佳实施方式提供的利用倾斜标准面修正拼接误差方法用于修正多个激光扫描器扫描同一个被测物体引起的拼接误差，其主要针对多个激光扫描同一个被测物体导致拼接误差的问题，利用激光的特性，扫描标准器同一个部位，并利用算法修正偏差的参数，从而修正偏差错误。

该利用倾斜标准面修正拼接误差方法包括以下步骤：

(1)将该多个激光扫描器在标定中解决旋转一致性问题，只存在平移的偏差：

在具有90度空间关系的两个平面X与Y上分别安装至少一个激光扫描器，并确保各个激光扫描器按照各自的激光扫描方向都能够扫描到该被测物体，该两个平面X与Y构成X-Y坐标系，每个平面上的激光扫描器通过沿着平行于该X-Y坐标系的相应坐标轴移动进行激光扫描；

(2)调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值。

调整好其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值后，就可以正常进行扫描被测物体了，不需要对激光扫描器的位置等等再进行变动了，每次只需要将被测物替换掉，实现对不同被测物的激光扫描。除了解决该多个激光扫描器在标定中解决旋转一致性问题，只存在平移的偏差之外，本案的另一个要点就是如何调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值，具体如下所述。

请参阅图1、图2及图3，提供一块已知厚度H的平板3。该平板3可以为铝板，在该平板3的相邻两个边缘部分各以30°角直切出相邻的两个水平面，该直切指从该平板3的一侧垂直切至该平板的相对另一侧，如图2所示。再以倾斜45°角在该两个水平面上斜切使该两个水平面切成相邻的两个斜面A与B，该斜切指从该平板的一侧倾斜切至该平板的相对另一侧，如图2所示。

将该平板3作为该被测物体对两个斜面A与B进行激光扫描，得到两个斜面A与B的点云数据。即在具有90度空间关系的两个平面X与Y上分别安装至少一个激光扫描器，在本实施方式中，在两个平面Y与X上分别安装一个激光扫描器1、2，如图3所示，并确保各个激光扫描器按照各自的激光扫描方向 都能够扫描到该被测物体，该两个平面X与Y构成X-Y坐标系，每个平面上的激光扫描器通过沿着平行于该X-Y坐标系的相应坐标轴移动进行激光扫描得到相应的激光轨迹6、7。

针对激光轨迹6、7，求出两个斜面A与B的等高线4、5，当两个斜面A与B的等高线4、5出现分离时，如图4所示，则两个平面X与Y上的激光扫描器在空间上出现拼接误差，需要调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值，否则就不需要。

当出现两个斜面A与B的等高线4、5出现分离时，做如下处理。

假设三维点云用最小二乘法拟合出的面的方程为：

平面Y上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D₁；

平面Y上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D₂；

平面X上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D′₁，

平面X上的激光扫描器测斜面B得到A₂x|B₂y|C₂z＝D′₂；

其中，由于该多个激光扫描器只存在平移的偏差，因此，A₁、A₂、A₃参数相同，B₁、B₂、B₃参数相同，C₁、C₂、C₃参数相同，只有D₁、D₂参数与D′₁、D′₂参数不同。

根据该X-Y坐标系，设定Z＝0，则在斜面A与B相应中间H/2处的等高线方程为分别为：

$A_{1}x+B_{1}y=D_1-\frac{C_{1}H}{2};$

$A_{2}x+B_{2}y=D_2-\frac{C_{2}H}{2};$

$A_{1}x+B_{1}y=D_1^{\′}-\frac{C_{1}H}{2};$

$A_{2}x+B_{2}y=D_2^{\′}-\frac{C_{2}H}{2}.$

最后求激光平移修正值的公式，假设激光平移修正值作用于平面X上的激光扫描器，即平面X上的激光扫描器的方程平移(d_x，d_y)后和平面Y上的激光扫描器的方程相同，代入等高线方程组得二元一次方程组即求得激光平移修 正值(d_x，d_y)：A₁d_x+B₁d_y＝D′₁-D₁；A₂d_x+B₂d_y＝D′₂-D₂。

本发明的利用倾斜标准面修正拼接误差方法用于修正多个激光扫描器扫描同一个被测物体引起的拼接误差，其使用两个激光分别扫描铝板块的斜切面，这样便会得出两个斜切面的点云数据，利用算法公式求各自的等高线，如果标定没有问题，两个激光扫描出的等高线应该是重合的，如果出现等高线有分离的情况，则利用算法公式计算出激光的修正值，这样就修正了两个激光在空间上出现拼接误差的关系了。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用倾斜标准面修正拼接误差方法，其用于修正多个激光扫描器扫描同一个被测物体引起的拼接误差，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)将该多个激光扫描器在标定中解决旋转一致性问题，只存在平移的偏差：

在具有90度空间关系的两个平面X与Y上分别安装至少一个激光扫描器，并确保各个激光扫描器按照各自的激光扫描方向都能够扫描到该被测物体，该两个平面X与Y构成X-Y坐标系，每个平面上的激光扫描器通过沿着平行于该X-Y坐标系的相应坐标轴移动进行激光扫描；

(2)调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值；

其中，在步骤(2)前，判定是否需要调整该激光平移修正值，该判定方法包括以下步骤：

①提供一块已知厚度H的平板，在该平板的相邻两个边缘部分各以30°角直切出相邻的两个水平面，该直切指从该平板的一侧垂直切至该平板的相对另一端；再以倾斜45°角在该两个水平面上斜切使该两个水平面切成相邻的两个斜面A与B，该斜切指从该平板的一侧倾斜切至该平板的相对另一侧；

②将该平板作为该被测物体对两个斜面A与B进行激光扫描，得到两个斜面A与B的点云数据；

③求出两个斜面A与B的等高线，当两个斜面A与B的等高线出现分离时，则两个平面X与Y上的激光扫描器在空间上出现拼接误差，需要调整其中一个平面上的激光扫描器的激光平移修正值。

2.根据权利要求1所述的利用倾斜标准面修正拼接误差方法，其特征在于：该激光平移修正值的获取方法包括以下步骤：

一、假设三维点云用最小二乘法拟合出的面的方程为：

平面Y上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D₁；

平面Y上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D₂；

平面X上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D′₁，

平面X上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D′₂；

其中，由于该多个激光扫描器只存在平移的偏差，因此，A₁、A₂参数相同，B ₁、B ₂参数相同，C₁、C₂参数相同，只有D₁、D₂参数与D′₁、D′₂参数不同；

二、根据该X-Y坐标系，设定Z＝0，则在斜面A与B相应中间H/2处的等高线方程分别为：

三、求激光平移修正值的公式

假设激光平移修正值作用于平面X上的激光扫描器，即平面X上的激光扫描器的方程平移(d_x，d_y)后和平面Y上的激光扫描器的方程相同，代入等高线方程组得二元一次方程组即求得激光平移修正值(d_x，d_y)：

A₁d_x+B₁d_y＝D′₁-D₁；A₂d_x+B₂d_y＝D′₂-D₂。

3.根据权利要求1所述的利用倾斜标准面修正拼接误差方法，其特征在于：该激光平移修正值的获取方法包括以下步骤：

①提供一块已知厚度H的平板，在该平板的相邻两个边缘部分各以30°角直切出相邻的两个水平面，该直切指从该平板的一侧垂直切至该平板的相对另一端；再以倾斜45°角在该两个水平面上斜切使该两个水平面切成相邻的两个斜面A与B，该斜切指从该平板的一侧倾斜切至该平板的相对另一侧；

②将该平板作为该被测物体对两个斜面A与B进行激光扫描，得到两个斜面A与B的点云数据；

③假设三维点云用最小二乘法拟合出的面的方程为：

平面Y上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D₁；

平面Y上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D₂；

平面X上的激光扫描器测斜面A得到A₁x+B₁y+C₁z＝D′₁，

平面X上的激光扫描器测斜面B得到A₂x+B₂y+C₂z＝D′₂；

其中，由于该多个激光扫描器只存在平移的偏差，因此，A₁、A₂参数相同，B₁、B₂参数相同，C₁、C₂参数相同，只有D₁、D₂参数与D′₁、D′₂参数不同；

④根据该X-Y坐标系，设定Z＝0，则在斜面A与B相应中间H/2处的等高线方程分别为：

⑤求激光平移修正值的公式

假设激光平移修正值作用于平面X上的激光扫描器，即平面X上的激光扫描器的方程平移(d_x，d_y)后和平面Y上的激光扫描器的方程相同，代入等高线方程组得二元一次方程组即求得激光平移修正值(d_x，d_y)：

A₁d_x+B₁d_y＝D′₁-D₁；A₂d_x+B₂d_y＝D′₂-D₂。