CN111504184A - 一种双线激光测量的标定方法及标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双线激光测量的标定方法及系统，该方法包括：夹角标定步骤和位置标定步骤；所述夹角标定步骤：获取两个线激光设备A、B对标准角度量具的测量夹角数据；根据所述测量夹角数据与所述标准角度量具的实际夹角参数的差值，完成双线激光测量的夹角标定；所述位置标定步骤：分别获取两个线激光设备A、B对标准圆柱量具的同一水平截面圆心测量的两组位置数据；根据所述两组位置数据之间的水平距离，完成双线激光测量的位置标定。该方法的操作步骤简单方便、且标定精度较高。

Description

一种双线激光测量的标定方法及标定系统

技术领域

本发明涉及激光测量标定技术领域，特别涉及一种双线激光测量的标定方法及标定系统。

背景技术

在航空发动机行业，发动机叶片的测量领域，叶片全球的产量极大，在叶片的加工环节，要对每片叶片从结构到截面的进排气边进行加工前、加工后的高精度测量。目前，大多采用单个线激光扫描设备进行测量，但由于单个线激光扫描设备测量距离、深度的限制，很难对有些工件(比如叶片前后进排气边截面)的截面进行完整的数据测量。

对这些工件截面的完整测量的一种解决方案是采用双线激光设备进行测量，两个线激光设备测量的数据是相对独立的，数据是相对各自的零点的值，为了能够将两组独立的数据建立联系，正确的测量这个界面，需要对两个线激光设备进行标定。

但如何进行标定，目前还没有很好的解决方法。

发明内容

本发明的目的则是克服了现有技术中，无法解决对双线激光测量的准确标定问题，提供了一种双线激光测量的标定方法及标定系统。

第一方面，本发明实施例提供一种双线激光测量的标定方法，包括：夹角标定步骤和位置标定步骤；

其中，所述夹角标定步骤：获取两个线激光设备A、B对标准角度量具的测量夹角数据；根据所述测量夹角数据与所述标准角度量具的实际夹角参数的差值，完成双线激光测量的夹角标定；

所述位置标定步骤：分别获取两个线激光设备A、B对标准圆柱量具的同一水平截面圆心测量的两组位置数据；根据所述两组位置数据之间的水平距离，完成双线激光测量的位置标定。

在一个实施例中，所述夹角标定步骤包括：

S101、通过两个线激光设备A、B对标准角度量具的相邻表面进行扫描，获取两组测量数据；所述两个线激光设备A、B分别对应坐标系L₁和L₂；

S102、将所述两组测量数据进行处理，获得所述标准角度量具相邻表面的测量夹角数据；

S103、计算所述测量夹角数据与所述标准角度量具实际夹角参数的差值；将所述差值均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成夹角标定。

在一个实施例中，所述步骤S101还包括：

根据两个线激光设备A、B标定数据的第一预设范围，将所述两组测量数据中多余数据进行删除。

在一个实施例中，所述步骤S102包括：

S1021、获取两个线激光设备A、B安装时之间的夹角θ；

S1022、构建虚拟坐标系L₀位于两个线激光设备A、B的坐标系L₁和L₂中间；所述坐标系L₀分别与所述坐标系L₁、L₂的夹角为θ/2；

S1023、两个线激光设备A、B坐标系L₁和L₂绕各自设备坐标系原点分别向向旋转θ/2，使得坐标系L₁和L₂分别与虚拟坐标系L₀平行；

S1024、将所述两组测量数据按照预设公式(1)转换到虚拟坐标系L₀中，得到两个数据集A[(x_a1,y_a1),(x_a2,y_a2)...(x_an,y_an)]、B[(x_b1,y_b1),(x_b2,y_b2)...(x_bn,y_bn)]；

S1025、对所述两个数据集采用最小二乘法拟合直线，对同一个坐标系L₀下两条直线计算夹角，得所述标准角度量具相邻表面的测量夹角数据。

在一个实施例中，所述预设公式(1)：

x'＝x cosθ+y sinθ

y'＝y cosθ-x sinθ

(1)

(1)式中，(x,y)表示坐标系L₁和L₂中任一点坐标参数；(x',y')表示所述任一点在坐标系L₀中的坐标参数。

在一个实施例中，所述位置标定步骤包括：

S201、通过两个线激光设备A、B对标准圆柱量具进行扫描，获取两组位置数据；所述两组位置数据为：两个线激光设备A、B的激光测头投射到标准圆柱量具表面后，获得的由点组成的投射截面的曲线；

S202、根据所述双线激光测量夹角标定的参数，将所述两组位置数据在对应坐标系L₁和L₂向向偏转，使得在虚拟坐标系L₀中所述两组位置数据形成的曲线重合；

S203、当所述两组位置数据形成的曲线重合后，计算所述曲线各自的圆心之间的水平距离；

S204、将所述水平距离均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成位置标定。

在一个实施例中，所述步骤S201还包括：

根据两个线激光设备A、B标定数据的第二预设范围，将所述两组位置数据中多余数据进行删除。

在一个实施例中，所述步骤S203包括：

当所述两组位置数据形成的曲线重合后，采用最小二乘法拟合得到两个线激光设备A、B的测头圆心数据(x_a,y_a),(x_b,y_b)；

计算x和y方向的平移量：所述平移量为曲线各自的圆心之间的水平距离；

Δx＝x_a-x_b

Δy＝y_a-y_b

(2)

(2)式中，△x表示x方向上的平移量；△y表示y方向上的平移量。

第二方面，本发明实施例还提供一种双线激光测量的标定系统，包括：两个线激光设备、两台线激光测量头控制器、路由器和计算终端；

其中，每台线激光设备通过数据传输线与对应的线激光测量头控制器相连接；两台线激光测量头控制器通过网线与所述路由器连接；所述路由器与所述计算终端连接；

所述计算终端用于执行如上述实施例中所述的双线激光测量的标定方法步骤。

本发明实施例提供的一种双线激光测量的标定方法，包括：夹角标定步骤和位置标定步骤；所述夹角标定步骤：获取两个线激光设备A、B对标准角度量具的测量夹角数据；根据所述测量夹角数据与所述标准角度量具的实际夹角参数的差值，完成双线激光测量的夹角标定；所述位置标定步骤：分别获取两个线激光设备A、B对标准圆柱量具的同一水平截面圆心测量的两组位置数据；根据所述两组位置数据之间的水平距离，完成双线激光测量的位置标定。该方法的操作步骤简单方便、且标定精度较高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的双线激光测量的标定方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的夹角标定步骤的流程图。

图3为本发明实施例提供的使用标准角度量具进行夹角标定过程的示意图。

图4为发明实施例提供的步骤S102的流程图。

图5为本发明实施例提供的三个坐标系位置示意图。

图6为本发明实施例提供的坐标系L₁和L₂的旋转角度示意图。

图7为本发明实施例提供的坐标系L₁和L₂与L₀转换示意图。

图8为本发明实施例提供的位置标定步骤的流程图。

图9为本发明实施例提供的使用标准圆柱量具进行位置标定过程的示意图。

图10为本发明实施例提供的双线激光测量的标定系统结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明实施例提供的双线激光测量的标定方法，包括：夹角标定步骤和位置标定步骤；

夹角标定步骤S1：获取两个线激光设备A、B对标准角度量具的测量夹角数据；根据所述测量夹角数据与所述标准角度量具的实际夹角参数的差值，完成双线激光测量的夹角标定；

位置标定步骤S2：分别获取两个线激光设备A、B对标准圆柱量具的同一水平截面圆心测量的两组位置数据；根据所述两组位置数据之间的水平距离，完成双线激光测量的位置标定。

本实施例中，双线激光设备的标定是建立两个线激光设备之间的相对位置(安装位置偏差)、夹角之间的关系。先进行夹角标定，后进行位置标定，该方法的操作步骤简单方便、且标定精度较高。

下面分别对上述步骤进行详细的说明。

在一个实施例中，参照图2所示，夹角标定步骤包括：

S101、通过两个线激光设备A、B对标准角度量具的相邻表面进行扫描，获取两组测量数据；所述两个线激光设备A、B分别对应坐标系L₁和L₂；

S102、将所述两组测量数据进行处理，获得所述标准角度量具相邻表面的测量夹角数据；

S103、计算所述测量夹角数据与所述标准角度量具实际夹角参数的差值；将所述差值均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成夹角标定。

本实施例中，步骤S101中的标准角度量具，角度固定，其机械加工的精度很高；可选择30°、45°、60°或90°，还可以选择其他任意角度的量具。确保该量具为标准角度量具即可，可优先标准直角量具，量具的角度精度，相当于为本步骤中对角度标定的精度；因此，可选择角度等级为0级，角度量具中精度最高的标准直角量具进行测量。比如：可选择厚度不小于4mm，短边不小于20mm，且该量具的保存也要满足基本储存条件。如，量具不宜存放在热源附近；再者，量具用完后，应及时擦净涂油，放在专用盒中，保存在干燥处。优先选择国内外知名品牌，如哈量、成量的产品。便于后期标定过程中减少计算量，也可以提高标定的精度，减少误差。在操作过程中，可适当调整量具，使得两个线激光设备能够扫描到量具的相邻表面，参照图3所示，通过两个线激光设备A、B对标准角度量具的相邻表面进行扫描，获取两组测量数据。

另外，由于测量激光的边缘数据与趋向中间部分的数据的质量的差异性，及直角棱边的非直线型，可分别就获取的两组测量数据两端做了一定长度的删除设置，可减少一些非必要的数据参与计算，可根据两个线激光设备A、B标定数据的第一预设范围，将两组测量数据中多余数据进行删除。比如：将短边多于25mm长度的测量数据删除，将多于6mm厚度的测量数据删除。

在步骤S102～S103步骤中，将两组测量数据进行处理，获得对标准角度量具相邻表面的测量夹角数据；计算上述测量夹角数据与标准角度量具实际夹角参数的差值；然后将该差值均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成夹角标定。

在一个实施例中，参照图4所示，上述步骤S102包括：

S1021、获取两个线激光设备A、B安装时之间的夹角θ；

S1022、构建虚拟坐标系L₀位于两个线激光设备A、B的坐标系L₁和L₂中间；所述坐标系L₀分别与所述坐标系L₁、L₂的夹角为θ/2；

S1023、两个线激光设备A、B坐标系L₁和L₂绕各自设备坐标系原点分别向向旋转θ/2，使得坐标系L₁和L₂分别与虚拟坐标系L₀平行；

S1024、将所述两组测量数据按照预设公式(1)转换到虚拟坐标系L₀中，得到两个数据集A[(x_a1,y_a1),(x_a2,y_a2)...(x_an,y_an)]、B[(x_b1,y_b1),(x_b2,y_b2)...(x_bn,y_bn)]；

S1025、对所述两个数据集采用最小二乘法拟合直线，对同一个坐标系L₀下两条直线计算夹角，得所述标准角度量具相邻表面的测量夹角数据。

本实施例中，夹角标定原理如下：

两个线激光设备A、B安装时夹角为θ，参照图5-6所示，预设一个虚拟的坐标系L₀位于两个线激光设备A、B坐标系L₁和L₂中间，与两个设备坐标系的夹角相同(θ/2)。两个线激光绕各自设备坐标系圆点旋转θ/2，使得设备坐标系与虚拟坐标系平行，这时两组采集的直线数据之间的夹角就是标准角度量具的夹角。

线段所属的自身激光测头的坐标系L₁和L₂分别向向旋转θ/2角，旋转后的坐标系L₁和L₂与L₀坐标系的成平行关系，比较两线段的夹角与标准角度量具的真实夹角。如图7所示，坐标系L₁和L₂下的坐标(x,y)变换到坐标系L₀新的坐标(x′,y′)公式如下：

x'＝x cosθ+y sinθ

y'＝y cosθ-x sinθ

(1)

(1)式中，(x,y)表示坐标系L₁和L₂中任一点坐标参数；(x',y')表示所述任一点在坐标系L₀中的坐标参数。

将两个线激光设备A、B的激光测头测量的数据转换到新的坐标系L₀下，将得到两组直线的数据集，激光侧头A[(x_a1,y_a1),(x_a2,y_a2)...(x_an,y_an)]，激光侧头B[(x_b1,y_b1),(x_b2,y_b2)...(x_bn,y_bn)]。对两组数据集采用最小二乘法拟合直线，同一个坐标系下两条直线计算夹角，这个夹角就是两个测头的夹角，即：标准角度量具相邻表面的测量夹角数据。

以标准直角量具为例：当两个线激光设备A、B获得对标准角度量具相邻表面的测量夹角数据为91°时，那么差值为1°，将1°分为两个30′分别补偿到两个线激光设备A、B对应的各自坐标系中，相向旋转30′或在使用过程中考虑到标定误差30′及方向。

当两个线激光设备A、B获得对标准角度量具相邻表面的测量夹角数据为89°时，那么差值同样为1°，将1°分为两个30′分别补偿到两个线激光设备A、B对应的各自坐标系中，相背旋转30′或在使用过程中考虑到标定误差30′及方向；从而完成双线激光测量的夹角标定。

在一个实施例中，参照图8所示，位置标定步骤包括：

S201、通过两个线激光设备A、B对标准圆柱量具进行扫描，获取两组位置数据；所述两组位置数据为：两个线激光设备A、B的激光测头投射到标准圆柱量具表面后，获得的由点组成的投射截面的曲线；

S202、根据所述双线激光测量夹角标定的参数，将所述两组位置数据在对应坐标系L₁和L₂向向偏转，使得在虚拟坐标系L₀中所述两组位置数据形成的曲线重合；

S203、当所述两组位置数据形成的曲线重合后，计算所述曲线各自的圆心之间的水平距离；

S204、将所述水平距离均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成位置标定。

本实施例中，使用标准圆柱量具，同样其机械加工的精度很高；可选择直径为5mm、8mm或10mm，还可以选择其他直径任意尺寸的量具，只要在线激光设备的测量范围内即可；可优选圆柱量具直径5mm。该量具的使用及保存也要满足基本储存条件。优先选择国内外知名品牌。如，量具不宜存放在热源附近；再者，量具用完后，应及时擦净涂油，放在专用盒中，保存在干燥处。优先选择国内外知名品牌，如哈量、成量的产品。

参照图9所示，将标准圆柱量具放于两个线激光设备中间位置，调整量具位置，使得两个线激光设备都能采集到完整的数据，该数据为激光测头投射到标准圆柱量具表面后，获得的由点组成的投射截面的曲线。

采集数据设置两个线激光设备标定范围(第二预设范围)，由于测量激光的边缘数据与趋向中间部分的数据的质量的差异性，分别就两个激光测头的测量数据的头尾按照一定的设定值去除一部分，保证在标定过程中数据的质量。

比如：两个激光测头测量的数据，头尾两段分别设定去除5。

利用上述实施例中，对角度标定的参数，把两激光测头生成的位置数据在各自的坐标系L₁和L₂向向偏转后，使得在虚拟坐标系L₀中两组位置数据形成的曲线重合；当两组位置数据形成的曲线重合后，计算曲线各自的圆心之间的水平距离。该水平距离即为差值，把差值均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成位置标定。

其中，上述圆心的计算采用最小二乘法拟合，得到两个线激光设备A、B的测头圆心数据(x_a,y_a),(x_b,y_b)；因为两个测头圆心坐标是相同的，而且在同一个坐标系L₀下，直接进行平移变换。两个测头的圆心坐标：x及y方向的平移量计算如下：

该平移量为曲线各自的圆心之间的水平距离；

Δx＝x_a-x_b

Δy＝y_a-y_b

(2)

(2)式中，△x表示x方向上的平移量；△y表示y方向上的平移量。

以标准圆柱量具直径5mm为例：△x为正值时，将△x均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的各自坐标系中，。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种双线激光测量的标定系统，由于该系统所解决问题的原理与双线激光测量的标定方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

第二方面，本发明还提供一种双线激光测量的标定系统，参照图10所示，包括：

线激光设备1、线激光设备2、线激光测量头控制器3、线激光测量头控制器4、路由器5和计算终端6；可优选千兆路由器，提高数据传输速度。

其中，每台线激光设备通过数据传输线与对应的线激光测量头控制器相连接；两台线激光测量头控制器通过网线与路由器连接；路由器与计算终端也通过网线连接；该计算终端用于执行夹角标定步骤和位置标定步骤；

其中，夹角标定步骤：获取两个线激光设备对标准角度量具的测量夹角数据；根据测量夹角数据与所述标准角度量具的实际夹角参数的差值，完成双线激光测量的夹角标定；

位置标定步骤：分别获取两个线激光设备对标准圆柱量具的同一水平截面圆心测量的两组位置数据；根据所述两组位置数据之间的水平距离，完成双线激光测量的位置标定。

该系统可准确标定两个线激光设备之间的相对位置、夹角之间的关系，精度较高，为双线激光测量的应用场景，提供了有力条件。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，包括：夹角标定步骤和位置标定步骤；

其中，所述夹角标定步骤：获取两个线激光设备A、B对标准角度量具的测量夹角数据；根据所述测量夹角数据与所述标准角度量具的实际夹角参数的差值，完成双线激光测量的夹角标定；

所述位置标定步骤：分别获取两个线激光设备A、B对标准圆柱量具的同一水平截面圆心测量的两组位置数据；根据所述两组位置数据之间的水平距离，完成双线激光测量的位置标定。

2.如权利要求1所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述夹角标定步骤包括：

S101、通过两个线激光设备A、B对标准角度量具的相邻表面进行扫描，获取两组测量数据；所述两个线激光设备A、B分别对应坐标系L₁和L₂；

S102、将所述两组测量数据进行处理，获得所述标准角度量具相邻表面的测量夹角数据；

S103、计算所述测量夹角数据与所述标准角度量具实际夹角参数的差值；将所述差值均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成夹角标定。

3.如权利要求2所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述步骤S101还包括：

根据两个线激光设备A、B标定数据的第一预设范围，将所述两组测量数据中多余数据进行删除。

4.如权利要求2所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述步骤S102包括：

S1021、获取两个线激光设备A、B安装时之间的夹角θ；

S1022、构建虚拟坐标系L₀位于两个线激光设备A、B的坐标系L₁和L₂中间；所述坐标系L₀分别与所述坐标系L₁、L₂的夹角为θ/2；

S1023、两个线激光设备A、B坐标系L₁和L₂绕各自设备坐标系原点分别向向旋转θ/2，使得坐标系L₁和L₂分别与虚拟坐标系L₀平行；

S1024、将所述两组测量数据按照预设公式(1)转换到虚拟坐标系L₀中，得到两个数据集A[(x_a1,y_a1),(x_a2,y_a2)...(x_an,y_an)]、B[(x_b1,y_b1),(x_b2,y_b2)...(x_bn,y_bn)]；

S1025、对所述两个数据集采用最小二乘法拟合直线，对同一个坐标系L₀下两条直线计算夹角，得所述标准角度量具相邻表面的测量夹角数据。

5.如权利要求4所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述预设公式(1)：

x'＝xcosθ+ysinθ

y'＝ycosθ-xsinθ

(1)

(1)式中，(x,y)表示坐标系L₁和L₂中任一点坐标参数；(x',y')表示所述任一点在坐标系L₀中的坐标参数。

6.如权利要求4所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述位置标定步骤包括：

S201、通过两个线激光设备A、B对标准圆柱量具进行扫描，获取两组位置数据；所述两组位置数据为：两个线激光设备A、B的激光测头投射到标准圆柱量具表面后，获得的由点组成的投射截面的曲线；

S202、根据所述双线激光测量夹角标定的参数，将所述两组位置数据在对应坐标系L₁和L₂向向偏转，使得在虚拟坐标系L₀中所述两组位置数据形成的曲线重合；

S203、当所述两组位置数据形成的曲线重合后，计算所述曲线各自的圆心之间的水平距离；

S204、将所述水平距离均分后分别补偿到两个线激光设备A、B对应的坐标系中，完成位置标定。

7.如权利要求6所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述步骤S201还包括：

根据两个线激光设备A、B标定数据的第二预设范围，将所述两组位置数据中多余数据进行删除。

8.如权利要求6所述的一种双线激光测量的标定方法，其特征在于，所述步骤S203包括：

当所述两组位置数据形成的曲线重合后，采用最小二乘法拟合得到两个线激光设备A、B的测头圆心数据(x_a,y_a),(x_b,y_b)；

计算x和y方向的平移量：所述平移量为曲线各自的圆心之间的水平距离；

Δx＝x_a-x_b

Δy＝y_a-y_b

(2)

(2)式中，△x表示x方向上的平移量；△y表示y方向上的平移量。

9.一种双线激光测量的标定系统，其特征在于，包括：两个线激光设备、两台线激光测量头控制器、路由器和计算终端；

其中，每台线激光设备通过数据传输线与对应的线激光测量头控制器相连接；两台线激光测量头控制器通过网线与所述路由器连接；所述路由器与所述计算终端连接；

所述计算终端用于执行如权利要求1所述的双线激光测量的标定方法步骤。

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