CN107560563A - 一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，包括步骤：获取线激光扫描仪扫描靶球表面的多组圆弧数据，以及每组圆弧相对于初始圆弧的直线运动距离；根据多组圆弧数据拟合得到多个圆心；计算初始圆弧对应的圆心与其他圆心之间连线的单位方向向量；对多个单位方向向量求平均，得到直线运动方向向量，作为标定结果；根据标定结果补偿线激光三维测量装置的测量误差。本发明减少了三维测量装置由零件制造和安装误差引起的测量误差，提高了测量结果的准确性。同时标定及误差补偿方法简便，适用于加工现场的标定和测量。
Description
技术领域
本发明涉及线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，特别涉及一种线激光三维测量装置的测量方向标定方法及基于标定结果的测量误差补偿方法。
背景技术
随着科技发展，以NURBS为基础的几何造型工具和高精度数控加工技术实现了复杂异型表面工件的设计与制造，而由于异型表面工件缺乏准确可参考的测量基准，使得传统的尺寸比较测量模式在异型表面工件的制造误差评定中难以实行。线激光三维测量由于测量区域大，测量效率高，且对工作现场环境要求较低，已广泛应用于异型表面工件的在线测量。
目前线激光三维测量装置主要由线激光扫描仪和直线运动模块组成，线激光扫描仪获取二维信息，直线运动模块带动线激光扫描仪进行直线运动完成三维测量。由于零件制造和安装误差，直线运动模块的实际运动方向与线激光扫描仪测量平面的法向方向一般存在误差，该误差将导致测量结果发生变形。为了补偿测量结果的变形，需要对直线运动模块的实际运动方向进行标定，并根据标定结果对测量结果进行误差补偿，提高测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，旨在解决线激光三维测量装置中运动方向的标定以及利用标定结果补偿测量误差的问题。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，包括如下步骤：
S1、获取线激光扫描仪扫描靶球表面的多组圆弧数据，以及每组圆弧相对于初始圆弧的直线运动距离；
S2、根据多组圆弧数据拟合得到多个圆心；
S3、计算初始圆弧对应的圆心与其他圆心之间连线的单位方向向量；
S4、对多个单位方向向量求平均，得到直线运动方向向量，作为标定结果；
S5、根据标定结果补偿线激光三维测量装置的测量误差。
进一步地，所述步骤S1包含如下步骤：
S1.1、线激光扫描仪安装在直线运动模块的滑块上，直线运动方向与线激光扫描仪测量平面的法向方向平行；
S1.2、线激光扫描仪测量范围内存在一靶球，线激光扫描仪的测量平面与靶球表面相交，获得一组圆弧离散点数据D0，并记录当前线激光扫描仪在直线运动模块上的初始位置L0；
S1.3、驱动直线运动模块，带动线激光扫描仪沿直线运动方向运动一段距离，线激光扫描仪的测量平面始终保持与靶球表面相交，在线激光扫描仪每个测量周期内，获取当前圆弧离散点数据Di，并记录当前线激光扫描仪在直线运动模块上的位置Li，由此获得多个圆弧离散点数据D0，D1，D2...Dn以及位置L0，L1，L2...Ln；
S1.4、将每个位置与初始位置相减，得到每组圆弧相对于初始圆弧的直线运动距离ΔL1，ΔL2...ΔLn。
进一步地，所述步骤S2通过拟合算法将圆弧离散点数据D0，D1，D2...Dn分别拟合得到圆心C0＝(xC0，0，zC0)，C1，C2..Cn。
进一步地，所述步骤S3通过式(1)计算初始圆弧对应的圆心与其他圆心之间连线的单位方向向量vS1，vS2...vSn：
进一步地，所述步骤S4通过式(2)对vS1，vS2...vSn求平均作为标定结果vS：
进一步地，所述步骤S5通过式(3)对测量误差进行补偿，假设测量数据点为(x，y，z)T，误差补偿后的数据点为(x’，y’，z’)T，
(x'，y'，z')＝(x，y，z)+y·(vS-(0，1，0)T) (3)
测量过程中线激光扫描仪和直线运动模块反馈得到的测量数据点通过式(3)进行补偿，可以减少线激光扫描仪测量平面法向与直线运动模块运动方向不平行所造成的测量误差。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明提出的基于靶球的三维测量装置的标定方法，完成了三维测量装置的直线运动方向标定，并提出了利用标定结果对三维测量装置的测量数据点进行误差补偿的方法，从而减少了三维测量装置由零件制造和安装误差引起的测量误差，提高了测量结果的准确性。同时标定及误差补偿方法简便，适用于加工现场的标定和测量。
附图说明
图1是本发明实施例的三维测量装置标定过程示意图。
图2是本发明实施例的标定及误差补偿方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，包括如下步骤：
S1、如图1所示，线激光扫描仪3安装在直线运动模块1的滑块上，直线运动方向2大致与线激光扫描仪测量平面的法向方向4平行。线激光扫描仪测量范围内存在一靶球5，线激光扫描仪3的测量平面与靶球表面相交，获得一组圆弧离散点数据D0，并记录当前线激光扫描仪3在直线运动模块1上的初始位置L0。驱动直线运动模块1，带动线激光扫描仪3沿直线运动方向2运动一段距离，线激光扫描仪3的测量平面始终保持与靶球5表面相交。在线激光扫描仪3每个测量周期内，获取当前圆弧离散点数据Di，并记录当前线激光扫描仪3在直线运动模块1上的位置Li。由此获得多个圆弧离散点数据D0，D1，D2...Dn以及位置L0，L1，L2...Ln。将每个位置与初始位置相减，得到每组圆弧相对于初始圆弧的直线运动距离ΔL1，ΔL2...ΔLn。
S2、将圆弧离散点数据D0，D1，D2...Dn分别拟合得到圆心C0＝(xC0，0，zC0)，C1，C2..Cn。
S3、通过式(1)计算初始圆弧对应的圆心与其他圆心之间连线的单位方向向量vS1，vS2...vSn。
S4、通过式(2)对vS1，vS2...vSn求平均作为标定结果vS。
S5、通过式(3)对测量误差进行补偿。假设测量数据点为(x，y，z)T，误差补偿后的数据点为(x’，y’，z’)T：
(x'，y'，z')＝(x，y，z)+y·(vS-(0，1，0)T) (3)
测量过程中线激光扫描仪和直线运动模块反馈得到的测量数据点通过式(3)进行补偿，可以减少线激光扫描仪测量平面法向与直线运动模块运动方向不平行所造成的测量误差。
上述实施例为本方面较佳的实施方式，但本方明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，包括如下步骤：
S1、获取线激光扫描仪扫描靶球表面的多组圆弧数据，以及每组圆弧相对于初始圆弧的直线运动距离；
S2、根据多组圆弧数据拟合得到多个圆心；
S3、计算初始圆弧对应的圆心与其他圆心之间连线的单位方向向量；
S4、对多个单位方向向量求平均，得到直线运动方向向量，作为标定结果；
S5、根据标定结果补偿线激光三维测量装置的测量误差。
2.根据权利要求1所述的一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S1包含如下步骤：
S1.1、线激光扫描仪安装在直线运动模块的滑块上，直线运动方向与线激光扫描仪测量平面的法向方向平行；
S1.2、线激光扫描仪测量范围内存在一靶球，线激光扫描仪的测量平面与靶球表面相交，获得一组圆弧离散点数据D0，并记录当前线激光扫描仪在直线运动模块上的初始位置L0；
S1.3、驱动直线运动模块，带动线激光扫描仪沿直线运动方向运动一段距离，线激光扫描仪的测量平面始终保持与靶球表面相交，在线激光扫描仪每个测量周期内，获取当前圆弧离散点数据Di，并记录当前线激光扫描仪在直线运动模块上的位置Li，由此获得多个圆弧离散点数据D0，D1，D2...Dn以及位置L0，L1，L2...Ln；
S1.4、将每个位置与初始位置相减，得到每组圆弧相对于初始圆弧的直线运动距离ΔL1，ΔL2...ΔLn。
3.根据权利要求2所述的一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S2通过拟合算法将圆弧离散点数据D0，D1，D2...Dn分别拟合得到圆心C0＝(xC0，0，zC0)，C1，C2..Cn。
4.根据权利要求3所述的一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S3通过式(1)计算初始圆弧对应的圆心与其他圆心之间连线的单位方向向量vS1，vS2...vSn：
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5.根据权利要求4所述的一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S4通过式(2)对vS1，vS2...vSn求平均作为标定结果vS：
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6.根据权利要求1所述的一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S5通过式(3)对测量误差进行补偿，假设测量数据点为(x，y，z)T，误差补偿后的数据点为(x’，y’，z’)T，
(x'，y'，z')＝(x，y，z)+y·(vS-(0，1，0)T) (3)
测量过程中线激光扫描仪和直线运动模块反馈得到的测量数据点通过式(3)进行补偿，可以减少线激光扫描仪测量平面法向与直线运动模块运动方向不平行所造成的测量误差。
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