CN107525472A - 一种激光位移传感器位置误差标定方法 - Google Patents

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袁培江
陈冬冬
曹双倩
蔡鹦
高雷
史震云
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/03—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring coordinates of points

Abstract

本发明公开了一种激光位移传感器位置误差标定方法，属于机器人技术领域。本发明所使用的装置由安装座、激光位移传感器、平面板和激光跟踪仪组成。激光位移传感器安装在安装座上。该方法建立激光位移传感器安装位置误差模型，通过激光跟踪仪等传感器的数据采集，采用最小二乘法对位置误差模型参数进行辨识，消除因激光位移传感器安装位置误差导致的精度下降。该发明方法具有方法简单，标定精度高等优点。

Description

一种激光位移传感器位置误差标定方法
技术领域
本发明涉及机器人技术，更具体地说，本发明涉及一种基于最小二乘法的激光位移传感器位置误差标定方法。
背景技术
表面法线测量已经广泛应用在了航空制孔机器人上，其中通过激光位移传感器进行法线测量是常用的测量方式。由于激光位移传感器安装误差影响，使得激光位移传感器的实际安装位置与理论安装存在一定的差异，导致了激光位移传感器测量精度的下降，进而导致表面法线测量精度下降。因此对激光位移传感器的安装位置误差进行标定具有很重要的意义。目前现有的方法是直接对安装位置进行标定，这种标定方法没有充分利用名义的安装位置的数据，进而导致标定精度不高，因此通过对安装位置的误差进行标定可以较好的提高标定精度。
发明内容
针对现有技术，本发明的目的在于提供了一种基于最小二乘法的激光位移传感器位置误差标定方法，该方法建立激光位移传感器安装位置误差模型，通过激光跟踪仪等传感器的数据采集，采用最小二乘法对位置误差模型参数进行辨识，消除因激光位移传感器安装位置误差导致的精度下降。
本发明所使用的装置由安装座、激光位移传感器、平面板和激光跟踪仪组成。激光位移传感器安装在安装座上。
本发明通过以下技术方案实现。
该方法包括如下步骤：
步骤1：在地面将激光跟踪仪架设好，使安装座和平面板包含在激光跟踪仪的测量范围内；
步骤2：固定安装座，激光跟踪仪测量安装座上的三个基准孔，并根据三个基准孔建立测量坐标系；
步骤3：采用激光跟踪仪测量平面板上的三个基准孔，并根据三个基准孔在测量坐标系中建立平面板的平面方程；
步骤4：求得激光位移传感器激光束在测量坐标系中的直线方程；
步骤5：求激光位移传感器激光束与平面板的交点；
步骤6：求交点到激光位移传感器发射点的距离并建立位置误差模型；
步骤7：记录此时激光位移传感器的读数，计算测量长度误差；
步骤8：用最小二乘法求出安装位置误差；
步骤9：将求得的安装位置误差加入到激光位移传感器发射点在测量坐标系下的名义位置和方向得到新的参数；
步骤10：移动平面板，重复步骤3至步骤9的操作，反复进行迭代，直到误差满足要求，即可以求得激光位移传感器的安装位置误差。
与已有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所述的基于最小二乘法的激光位移传感器位置误差标定方法，具有方法简单、标定精度高等优点。
附图说明
图1为本发明中激光位移传感器位置误差标定测量示意图。
图中：1.安装座；2.激光位移传感器；3.平面板；4.激光跟踪仪；
具体实施方式：
下面通过结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的实施方式：
参见图1，本发明所使用的装置由安装座1、激光位移传感器2、平面板3和激光跟踪仪组成4。激光位移传感器2安装在安装座1上。
下面为本发明方法的步骤做详细的说明。
本发明方法的具体实施步骤如下：
步骤1：在地面将激光跟踪仪4架设好，使安装座1和平面板3包含在激光跟踪仪4的测量范围内；
步骤2：固定安装座1，激光跟踪仪4测量安装座1上的三个基准孔A、孔O和孔B，并建立测量坐标系OXYZ，其中孔O为原点，OA为X轴，OB为Y轴，根据右手法则确定Z轴；
步骤3：采用激光跟踪仪4测量平面板3上的三个基准孔孔C、孔D和孔E，然后根据三个测量孔的位置，在测量坐标系中建立平面板3的平面方程：
ax+by+cz+d＝0
其中，a,b,c,d为平面方程参数；
步骤4：激光位移传感器2发射点P在测量坐标系下的名义位置为(xP,yP,zP)和名义方向(mP,nP,qP),则激光位移传感器2激光束在测量坐标系中的直线方程为：
步骤5：求激光位移传感器2激光束与平面板3的交点为点M，其坐标(xM,yM,zM)可以通过下式求得：
步骤6：求交点M到激光位移传感器2发射点P的距离L为
上式还可以表示为：
L＝f(xP,yP,zP,mP,nP,qP)
上式的微分方程(位置误差模型)为：
其中：ΔΦ＝[ΔxPΔyPΔzPΔmPΔnPΔqP]T
步骤7：记录此时激光位移传感器2的读数Lc,计算测量长度误差ΔL＝Lc-L；
步骤8：用最小二乘法求出ΔΦ，计算公式如下：
ΛΦ＝AT(AAT)-1ΔL
步骤9：将求得的安装位置误差ΔΦ加入到激光位移传感器2发射点P在测量坐标系下的名义位置和方向得到新的参数Φi+1,表达式如下：
Φi+1＝Φi+ΛΦ
步骤10：移动平面板3，重复步骤3至步骤9的操作，反复进行迭代，直到误差足够小，即可以求得激光位移传感器2的安装位置误差。

Claims (1)

1.一种激光位移传感器位置误差标定方法，其特征在于：
本发明所使用的装置由安装座、激光位移传感器、平面板和激光跟踪仪组成；激光位移传感器安装在安装座上；
该方法包括如下步骤：
步骤1：在地面将激光跟踪仪架设好，使安装座和平面板包含在激光跟踪仪的测量范围内；
步骤2：固定安装座，激光跟踪仪测量安装座上的三个基准孔，并根据三个基准孔建立测量坐标系；
步骤3：采用激光跟踪仪测量平面板上的三个基准孔，并根据三个基准孔在测量坐标系中建立平面板的平面方程；
步骤4：求得激光位移传感器激光束在测量坐标系中的直线方程；
步骤5：求激光位移传感器激光束与平面板的交点；
步骤6：求交点到激光位移传感器发射点的距离并建立位置误差模型；
步骤7：记录此时激光测距传感器的读数，计算测量长度误差；
步骤8：用最小二乘法求出安装位置误差；
步骤9：将求得的安装位置误差加入到激光位移传感器发射点在测量坐标系下的名义位置和方向得到新的参数；
步骤10：重复步骤3至步骤9的操作，反复进行迭代，直到误差满足要求，即可以求得激光位移传感器的安装位置误差。
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