CN112180346A - 一种激光雷达测距精度环境可靠性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光雷达测距精度环境可靠性检测方法。本发明首先提出了激光雷达测距误差检测平台的设置，通过将直线位移台、反射平板、激光跟踪仪及反射靶球结合，可以精确检测激光雷达测距误差。其次，本发明提出了激光雷达测距精度环境可靠性评价公式，通过模拟激光雷达不同工况下的使用环境并对其测距精度进行检测，可以对不同型号及原理的激光雷达进行测距精度可靠性定量评价。本发明在激光雷达的测距精度检测方面提供了新的方法和手段，在激光雷达的质量检测领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光雷达测距精度环境可靠性检测方法，尤其是涉及激光雷达测距误差检测平台的设置以及测距精度环境可靠性检测，属于激光雷达可靠性检测领域。
背景技术
随着科学技术的不断进步，激光雷达已经涉及生活和生产的方方面面，例如智能机器人避障系统主要采用激光雷达作为核心部件，智能机器人正常工作的重要环节之一就是其移动避障问题，测距误差的降低可以大大提升智能机器人避障能力。激光雷达也广泛应用于工业测绘，运输防撞，自动驾驶等领域。通常激光雷达所采用的测距方法有：脉冲法、三角法、相位法、干涉法。其中三角形法及脉冲法因其具有较为简单的结构及低廉的成本，在智能机器人及工业避障领域有广泛应用。相较激光雷达，激光追踪仪距离分辨率可达10- 9m，具有极高的测距精度，可对激光雷达测距误差进行检测。
由于激光雷达发展较快，目前缺少对于激光雷达环境可靠性的检测方式，而激光雷达可靠性直接决定了其使用安全性。以服务机器人运行为例，机器人通过激光雷达测量与障碍物之间的距离，结合自身算法对障碍物做出减速及停止的应对机制，如测距精度较低，其减速或停止不及时，会导致机器人与障碍物发生碰撞。并且在工况及极端环境下工作，激光雷达测距精度会受到进一步影响。因此依照电子器件环境可靠性国家标准，对激光雷达进行高低温、湿热、振动冲击、防水防尘以及盐雾环境测试，如无特殊要求应按照如表1-表5参数对激光雷达进行试验，并进一步分析其测距精度的改变，对其测距精度环境可靠性做出评价。激光雷达测距精度环境可靠性的检测可以有效检测其设计缺陷及薄弱环节，对激光雷达发展起到了促进作用。
表1高低温试验参数
表2湿热试验参数
表3振动冲击试验参数
表4防水防尘试验参数
表5盐雾试验参数
发明内容
本发明是的目的是提供一种激光雷达测距精度环境可靠性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)激光雷达测距误差检测平台设置：测距误差检测平台由直线位移台、反射平板、激光跟踪仪及反射靶球组成。直线位移台固定于水平硬质结构上，通过精密移动机构可实现其移动平台双向直线移动；反射平板固定于移动平台上，其所在平面垂直于直线位移台中心线；激光跟踪仪固定于直线位移台中心延长线上，反射靶球固定于反射平板顶部，且其几何中心垂直于直线位移台中心线。待测激光雷达固定在直线位移台一端，其几何中心应垂直于直线位移台中心延长线上。通过操控直线位移台进行激光雷达梯度测距误差检测，记录激光跟踪仪所采集的反射靶球三维空间数据R(x，y，z)，以及激光雷达测距读数X。通过反射靶球位移距离与激光雷达测距读数，进行测距误差计算分析。
(2)根据步骤(1)激光雷达测距误差检测平台的测距数据：定义
为测距精度，l为反射平板与激光雷达间标定距离，Δl为激光雷达测距数值与标定距离之间的差值；
为激光雷达梯度测距误差检测后测距精度的平均值；δs为激光雷达参数中标注的合格测距精度；
为未经过环境可靠性试验前，激光雷达初始的平均测距精度；定文
为依照国家标准进行单个环境可靠性试验后激光雷达的平均测距精度，
为单个环境可靠性试验结束后平均测距精度增量。定义Pi为环境影响因子权重值，
其中T为激光雷达环境试验总时长，Ti为激光雷达单项环境试验时长。若某个环境可靠性试验后激光雷达损坏，则令
可靠性函数Rs用于评价激光雷达测距精度环境可靠性，Rs计算方程如下：
进一步，步骤(1)中，反射平板长宽不应小于20cm，其反射面材质表面粗糙度Ra范围为0.01～100μm，反射平板固定在移动平台上，其所在平面应垂直于直线平移台中心线方向。
进一步，步骤(1)中，激光雷达梯度测距误差检测需将反射平板移动至与激光雷达外壁接触，通过激光跟踪仪标定反射靶球的三维空间位置R0，移动反射平板至激光雷达显示读数，记录激光跟踪仪反射靶球的三维读数R1，记录激光雷达所探测到的与反射平面的距离参数X1，以ΔX为距离梯度移动反射平板，重复检测n个距离梯度，依次记录激光雷达测距读数X2、X3…Xn，以及激光跟踪仪反射靶球三维空间读数R2、R3…Rn。
进一步，步骤(1)中，根据公式
计算激光雷达测距平均误差；根据公式
计算激光雷达测距标准差；根据公式
计算激光雷达定距离检测平均误差；根据公式
计算激光雷达定距离检测标准差。
进一步，步骤(2)中，反射平板与激光雷达间标定距离l＝|Rn-R0|，激光雷达测距数值与标定距离之间的差值Δl＝||Rn-R0|-Xn|；合格测距精度δs为激光雷达出厂标称误差精度，其范围为2×10-2～1×10-6。
进一步，步骤(2)中，环境因素包括高低温、湿热、振动冲击、防水防尘以及盐雾环境中一种或多种。
进一步，步骤(2)中，若Rs＞1，则该产品为不合格；若Rs＞10，则该产品为废品。
本发明有以下优点和效益：
(1)本发明所提出的激光雷达测距精度环境可靠性检测方法，可以对不同类别激光雷达进行定量分析；
(2)进一步，本发明提出测距精度评价方程，可以对测试样品进行测距精度环境可靠性评价；
(3)进一步，本发明所建立的检测体系，可以通过更换测距误差检测平台不同材质的反射平板以及进行不同权重比例的环境测试，模拟不同工况下激光雷达的测试结果；
(4)进一步，本发明所设置的测距误差检测平台，可以精确测量短程激光雷达测距误差，并对其测距精度进行评价。
附图说明
图1、所搭建测距平台示意图，1：钢板；2：螺杆；3：移动平台；4：反射平板；5：反射靶镜；6：激光雷达；7：激光追踪仪。
图2、激光雷达环境可靠性测试流程图。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明进行进一步说明，本发明绝非局限于所述实施例。
实施例1
表6激光雷达样品参数
表7激光雷达及激光追踪仪测距数据
表8环境测试后测距平均误差
激光雷达固定在直线位移台末端，其参数如表6所示，反射平板材质选取金属反射平板并垂直轴向安置，其表面粗糙度Ra为0.47μm，激光追踪仪型号为Radian-50，记录反射平板移动至与激光雷达外壁接触三维空间位置R0，移动反射平板至激光雷达显示读数，记录激光追踪仪三维读数R1，记录激光雷达所检测反射平面的距离参数X1，以180mm为步长移动反射平板，依次记录激光雷达测距读数X2、X3…以及激光追踪仪三维空间读数R2、R3…其测试数据如表7所示。通过计算得出，其传感器测距误差μ为0.96mm，测距标准差σ为0.750mm，定距离检测误差μ′为1.4mm，定距离检测标准差σ′为0.806mm。模拟激光雷达在高低温、湿热、震荡冲击、防水防尘以及盐雾环境中可靠性试验，具体试验参数如表1-表5所示，环境可靠性试验中Pi均为1，其环境测试后测距平均误差如表8所示，样品在防水防尘试验中损坏。该激光雷达样品δs值为0.02，经式(1)计算可得激光雷达测距精度Rs为10.29。激光雷达未通过测距精度环境可靠性检测。
实施例2
表9激光雷达样品参数
表10激光雷达及激光追踪仪测距数据
表11环境测试后测距平均误差
激光雷达固定在直线位移台末端，其参数如表9所示，反射平板材质选取漆面反射平板并垂直轴向安置，其表面粗糙度Ra为0.17μm，激光追踪仪型号为Radian-50，记录反射平板移动至与激光雷达外壁接触三维空间位置R0，移动反射平板至激光雷达显示读数，记录激光追踪仪三维读数R1，记录激光雷达所检测反射平面的距离参数X1，以170mm为步长移动反射平板，依次记录激光雷达测距读数X2、X3…以及激光追踪仪三维空间读数R2、R3…其测试数据如表10所示。通过计算得出，其传感器测距误差μ为7.48mm，测距标准差σ为11.780mm，定距离检测误差μ′为6.9mm，定距离检测标准差σ′为12.347mm。模拟激光雷达在高低温、湿热、震荡冲击、防水防尘以及盐雾环境中可靠性试验，具体试验参数如表1-表5所示，环境可靠性试验中Pi均为1，其环境测试后测距平均误差如表11所示。该激光雷达样品δs值为0.02，经式(1)计算可得激光雷达测距精度Rs为0.60。激光雷达通过测距精度环境可靠性检测。
Claims (8)
1.一种激光雷达测距精度环境可靠性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)激光雷达测距误差检测平台设置：测距误差检测平台由直线位移台、反射平板、激光跟踪仪及反射靶球组成；直线位移台固定于水平硬质结构上，通过精密移动机构可实现其移动平台双向直线移动；反射平板固定于移动平台上，其所在平面垂直于直线位移台中心线；激光跟踪仪固定于直线位移台中心延长线上，反射靶球固定于反射平板顶部，且其几何中心垂直于直线位移台中心线；待测激光雷达固定在直线位移台一端，其几何中心应垂直于直线位移台中心延长线上；通过操控直线位移台进行激光雷达梯度测距误差检测，记录激光跟踪仪所采集的反射靶球三维空间数据R(x，y，z)，以及激光雷达测距读数X；通过反射靶球位移距离与激光雷达测距读数，进行测距误差计算分析；
(2)根据步骤(1)激光雷达测距误差检测平台的测距数据：定义
为测距精度，l为反射平板与激光雷达间标定距离，Δl为激光雷达测距数值与标定距离之间的差值；
为激光雷达梯度测距误差检测后测距精度的平均值；δs为激光雷达参数中标注的合格测距精度；
为未经过环境可靠性试验前，激光雷达初始的平均测距精度；定义
为依照国家标准进行单个环境可靠性试验后激光雷达的平均测距精度，
为单个环境可靠性试验结束后平均测距精度增量；定义Pi为环境影响因子权重值，
其中T为激光雷达环境试验总时长，Ti为激光雷达单项环境试验时长；若某个环境可靠性试验后激光雷达损坏，则令
可靠性函数Rs用于评价激光雷达测距精度环境可靠性，Rs计算方程如下：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，反射平板长宽不应小于20cm，其反射面材质表面粗糙度Ra范围为0.01～100μm，反射平板固定在移动平台上，其所在平面应垂直于直线平移台中心线方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，激光雷达梯度测距误差检测需将反射平板移动至与激光雷达外壁接触，通过激光跟踪仪标定反射靶球的三维空间位置R0，移动反射平板至激光雷达显示读数，记录激光跟踪仪反射靶球的三维读数R1，记录激光雷达所探测到的与反射平面的距离参数X1，以ΔX为距离梯度移动反射平板，重复检测n个距离梯度，依次记录激光雷达测距读数X2、X3…Xn，以及激光跟踪仪反射靶球三维空间读数R2、R3…Rn。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，可以根据公式(2)计算激光雷达测距平均误差：
根据公式(3)计算激光雷达测距标准差：
根据公式(4)计算激光雷达定距离检测平均误差：
根据公式(5)计算激光雷达定距离检测标准差：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，反射平板与激光雷达间标定距离l＝|R11-R0|，激光雷达测距数值与标定距离之间的差值Δl＝||R11-R0|-Xn|。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，合格测距精度δs为激光雷达出厂标称误差精度，其范围为2×10-2～1×10-6。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，环境因素包括高低温、湿热、振动冲击、防水防尘以及盐雾环境中一种或多种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，若Rs＞1,则该产品为不合格；若Rs＞10，则该产品为废品。
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Cited By (1)
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| CN113050072A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-29 | 北京经纬恒润科技股份有限公司 | 一种激光雷达测试系统及方法 |
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2020
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