CN113884021A - 一种扫描系统、扫描系统的标定装置及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数字化测量技术领域,公开一种扫描系统、扫描系统的标定装置及标定方法。其中扫描系统包括激光扫描头和双目跟踪仪,激光扫描头被配置为能对置于跟踪区域内的待测零件的表面进行检测;双目跟踪仪设置有多台,多台双目跟踪仪的跟踪视场相邻,多台跟踪仪的跟踪视场的总和覆盖跟踪区域,双目跟踪仪被配置为能跟踪激光扫描头,且多台双目跟踪仪获取的激光扫描头的坐标信息均基于跟踪坐标系。本发明通过设置跟踪视场相邻的多台双目跟踪仪,有效地增大了跟踪区域;多台双目跟踪仪均基于跟踪坐标系,消除传统多个双目跟踪仪间坐标转换时累计误差,有效地提高了双目跟踪仪之间的转换精度,有利于保证测量数据的可靠性。

Description

一种扫描系统、扫描系统的标定装置及标定方法
技术领域
本发明涉及数字化测量技术领域,尤其涉及一种扫描系统、扫描系统的标定装置及标定方法。
背景技术
在飞机零件、组件的外形检测中,经常用到激光扫描仪这种技术获取密集点云数据,进行质量分析或逆向工程。在激光扫描设备中,分为贴点扫描和跟踪式扫描两类,贴点式定位的扫描方式,需要在被测物体表面布置非常多的高亮标志点,用于扫描结果整体拼接。该方式会造成大量的贴点和撕点工作,人工成本较大。跟踪式扫描方式,是由激光跟踪技术或摄影测量技术作为跟踪器,去实时定位激光扫描测头的位姿,扫描测头再通过激光三角法获取物体表面点云数据,将所有数据组合成一整体。该方式无需贴点,就可获得完整的点云数据。但由于摄影测量技术存在相机分辨率和图像畸变等因素影响,导致跟踪器的追踪扫描仪的范围受到非常大的限制,追踪范围普遍不大于16m3。同时多台跟踪器联合使用可有效提高整体追踪范围,但是由于每台跟踪器的初始坐标系各不相同,所以需要将多台跟踪器的设备坐标系进行坐标系的统一。
现有技术中,多台跟踪器坐标系统一,也需要在被测空间内布置多组高亮标志点,利用共同识别的标志点,将相邻跟踪器坐标系统一,同样存在大量的贴点和撕点工作。此外,传统多个跟踪器坐标系统一需要在空间中布置多个标志点进行转站,为提高转站精度,相邻的跟踪器间需要有三分之二空间重合,这样导致组合使用时测量范围大大缩减。并且多个跟踪器坐标系统一,每一台设备进行坐标系统一就会累积一次转站误差,该误差会在不同站位之间的转站拼接时逐渐累积,累积后会造成更大的误差,降低测量数据可靠性。
所以,亟需一种扫描系统、扫描系统的标定装置及标定方法,以解决上述问题。
发明内容
基于以上所述,本发明的目的在于提供一种扫描系统、扫描系统的标定装置及标定方法,跟踪区域大,测量数据可靠。
为达上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种扫描系统,包括:
激光扫描头,所述激光扫描头被配置为能对置于跟踪区域内的待测零件的表面进行检测;
双目跟踪仪,设置有多台,多台所述双目跟踪仪的跟踪视场相邻,多台所述跟踪仪的跟踪视场的总和覆盖所述跟踪区域,所述双目跟踪仪被配置为能跟踪所述激光扫描头,且多台所述双目跟踪仪获取的所述激光扫描头的坐标信息均基于跟踪坐标系。
一种扫描系统的标定装置,用于标定如上所述的扫描系统,所述扫描系统的标定装置包括:
激光跟踪仪,所述激光跟踪仪所处的坐标系为所述跟踪坐标系;
标定组件,用于辅助标定所述双目跟踪仪、标定所述双目跟踪仪和所述激光扫描头以及标定所述双目跟踪仪和激光跟踪仪。
作为一种扫描系统的标定装置的优选方案,所述标定组件包括标定板和设置于所述标定板上的反射组件。
作为一种扫描系统的标定装置的优选方案,所述标定板上设置有多个标志点,所述标志点用于将入射光按原路反射回光源处。
作为一种扫描系统的标定装置的优选方案,还包括平面底座,所述平面底座设置于所述标定板上,所述反射组件可拆卸设置于所述平面底座上。
作为一种扫描系统的标定装置的优选方案,所述反射组件包括视觉反射件和激光反射件。
作为一种扫描系统的标定装置的优选方案,所述激光反射件包括球座和设置于所述球座内的相互垂直的三面反光镜,三面所述反光镜反射出的反射光与入射光平行且偏移预设距离。
一种扫描系统的标定方法,用于标定如上所述的扫描系统,标定步骤如下:
通过一个所述双目跟踪仪获取置于其跟踪视场内的标定板上的标志点和反射组件的坐标的原始参考文件;
通过激光跟踪仪获取该跟踪视场的所述标定板上的标志点和反射组件的坐标文件,并获得所述原始参考文件与所述坐标文件的转化矩阵;
将所述标定板依次置于剩余所述双目跟踪仪的跟踪视场内,依次获得剩余所述双目跟踪仪与所述激光跟踪仪的转化矩阵。
作为一种扫描系统的标定方法的优选方案,获取所述原始参考文件与获取所述转换矩阵之间还包括将视觉反射件更换为激光反射件。
作为一种扫描系统的标定方法的优选方案,在通过所述双目跟踪仪获取所述原始参考文件之前,还包括标定所述双目跟踪仪。
本发明的有益效果为:
本发明的扫描系统通过设置激光扫描头,用于实现对跟踪区域内的待测零件的表面的检测,无需在待测零件的表面布置高亮标志点,减少了大量的贴点和撕点工作,人工成本更低,检测效率更高;通过设置跟踪视场相邻的多台双目跟踪仪,无需考虑相邻的双目跟踪仪间重合范围,有效地增大了跟踪区域;同时,多台双目跟踪仪获取的激光扫描头的坐标信息均基于跟踪坐标系,通过建立跟踪坐标系,让每个双目跟踪仪单独与覆盖整个跟踪区域的跟踪坐标系统一,消除传统多个双目跟踪仪间坐标转换时累计误差,有效地提高了双目跟踪仪之间的转换精度,有利于保证测量数据的可靠性。
扫描系统的标定装置通过设置激光跟踪仪,用于实现多台双目跟踪仪之间的坐标系统一,由于激光跟踪仪所处的坐标系为跟踪坐标系,所以通过将每台双目跟踪仪与激光跟踪仪进行标定,即可获得每台双目跟踪仪基于跟踪坐标系的转换矩阵,进而在通过双目跟踪仪对激光扫描头进行跟踪时,就可以获得基于跟踪坐标系的统一坐标,转换精度高,累计误差小,保证了测量数据的可靠性;同时,标定组件的设置用于辅助标定双目跟踪仪、激光扫描头和激光跟踪仪。
扫描系统的标定方法标定便捷,人工成本低,标定结果可靠,误差小,通过该标定方法标定的扫描系统具有统一坐标系,且多台双目跟踪仪的转换精度高,测量数据可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的扫描系统的示意图;
图2是本发明具体实施方式提供的扫描系统的标定装置的示意图;
图3是本发明具体实施方式提供的扫描系统的标定装置的标定组件的示意图。
图中:
1、激光扫描头;2、双目跟踪仪;3、激光跟踪仪;4、标定组件;41、标定板;411、标志点;42、反射组件;43、平面底座。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚,下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本实施方式提供一种扫描系统,该扫描系统包括激光扫描头1和双目跟踪仪2,激光扫描头1被配置为能对置于跟踪区域内的待测零件的表面进行检测;双目跟踪仪2设置有多台,多台双目跟踪仪2的跟踪视场相邻,多台跟踪仪的跟踪视场的总和覆盖跟踪区域,双目跟踪仪2被配置为能跟踪激光扫描头1,且多台双目跟踪仪2获取的激光扫描头1的坐标信息均基于跟踪坐标系。
通过设置激光扫描头1,用于实现对跟踪区域内的待测零件的表面的检测,无需在待测零件的表面布置高亮标志点411,减少了大量的贴点和撕点工作,人工成本更低,检测效率更高;通过设置跟踪视场相邻的多台双目跟踪仪2,无需考虑相邻的双目跟踪仪2间重合范围,有效地增大了跟踪区域;同时,多台双目跟踪仪2获取的激光扫描头1的坐标信息均基于跟踪坐标系,通过建立跟踪坐标系,让每个双目跟踪仪2单独与覆盖整个跟踪区域的跟踪坐标系统一,消除传统多个双目跟踪仪2间坐标转换时累计误差,有效地提高了双目跟踪仪2之间的转换精度,有利于保证测量数据的可靠性。
具体地,双目跟踪仪2是用来实时获取被拍摄物体(激光扫描头1)图像的设备。双目跟踪仪2主要由相机、镜头和光源组成,通过将摄影测量所得的2D照片进行解算,得到测量点的高精度3D坐标值。激光扫描头1是激光数据采集的末端执行器,在执行器上布置含有高反射率玻璃微珠的标志点411,通过双目跟踪仪2实时反馈激光扫描头1位置信息,激光扫描头1通过三角激光原理获取待测零件外形数据,通过双目跟踪仪2反馈的激光扫描头1位姿信息,将待测零件每一片点云数据进行转换,拼接成一个整体。
示例性地,双目跟踪仪2设置有四台,四台双目跟踪仪2沿直线均匀间隔设置,每台双目跟踪仪2的跟踪视场为16m3,则四台双目跟踪仪2覆盖的跟踪区域为64m3,即可实现对64m3的跟踪区域内的待测零件的表面进行检测。
如图2所示,本实施方式还公开一种扫描系统的标定装置,用于标定如上所述的扫描系统,扫描系统的标定装置包括激光跟踪仪3和标定组件4,激光跟踪仪3所处的坐标系为跟踪坐标系;标定组件4用于辅助标定双目跟踪仪2、标定双目跟踪仪2和激光扫描头1以及标定双目跟踪仪2和激光跟踪仪3。
通过设置激光跟踪仪3,用于实现多台双目跟踪仪2之间的坐标系统一,由于激光跟踪仪3所处的坐标系为跟踪坐标系,所以通过将每台双目跟踪仪2与激光跟踪仪3进行标定,即可获得每台双目跟踪仪2基于跟踪坐标系的转换矩阵,进而在通过双目跟踪仪2对激光扫描头1进行跟踪时,就可以获得基于跟踪坐标系的统一坐标,转换精度高,累计误差小,保证了测量数据的可靠性;同时,标定组件4的设置用于辅助标定双目跟踪仪2、激光扫描头1和激光跟踪仪3。
具体地,激光跟踪仪3是用二个角编码器和一个激光干涉仪来测量水平角与垂直角及距离,然后计算X、Y和Z坐标的计算机辅助测量系统,能实现多台双目跟踪仪2之间的坐标统一。
如图3所示,本实施例中,标定组件4包括标定板41和设置于标定板41上的反射组件42,将标定板41设置于相应的跟踪视场内,然后通过双目跟踪仪2和激光跟踪仪3获取反射组件42发射的情况来进行标定。
进一步地,标定板41上设置有多个标志点411,标定过程中,标志点411用于将入射光按原路反射回光源处,用于辅助标定双目跟踪仪2、双目跟踪仪2和激光扫描头1、双目跟踪仪2和激光跟踪仪3。示例性地,标志点411为采用了一种含有高反射率玻璃微珠或者微晶立方角体,将入射光按原路反射回光源处,形成回归反射的材料。
优选地,扫描系统的标定装置还包括平面底座43,平面底座43设置于标定板41上,反射组件42可拆卸设置于平面底座43上,便于根据待标定的仪器选择合适的反射组件42,提高反射组件42的更换效率。示例性地,平面底座43设置有磁性,便于与反射组件42的拆卸和安装,连接便捷且可靠。
本实施例中,反射组件42包括视觉反射件和激光反射件,其中视觉反射件用于标定双目跟踪仪2时使用,具体地用来获取被测对象孔位信息的反射靶座,同时也是用于与激光跟踪仪3进行基准转换的重要转换器。激光反射件包括球座和设置于球座内的相互垂直的三面反光镜,三面反光镜反射出的反射光与入射光平行且偏移预设距离,用于标定双目跟踪仪2和激光跟踪仪3时使用。
本实施方式还公开一种扫描系统的标定方法,通过上述扫描系统的标定装置标定上述的扫描系统,标定步骤如下:
S10、通过一个双目跟踪仪2获取置于其跟踪视场内的标定板41上的标志点411和反射组件42的坐标的原始参考文件。
具体地,在标定板41上布置不在同一条直线上的至少三个平面底座43,优选地布置四个,且四个平面底座43分别位于标定板41的四角,记为T1-T4;此时,平面底座43上放置的是视觉反射件。另外,标定板41上还设置有九个标志点411,记为P1-P9;通过双目跟踪仪2对至少两个位置下的T1-T4以及P1-P9进行赋值,作为原始参考文件。
值得说明的是,原始参考文件不仅能显示标志点411和反射组件42的坐标,还能显示该标定板41上的标志点411和反射组件42的相对位置。
优选地,双目跟踪仪2连续测量多组标定板41上的P1-P9和T1-T4,并将多组数据的平均值作为该位置下标志点411和反射组件42的实测值,以保证原始参考文件的准确性。示例性地,双目跟踪仪2连续测量十组数据后并计算该十组数据的平均值。
获取原始参考文件之后还包括将视觉反射件更换为激光反射件,以便于后续对激光跟踪仪3进行标定。
S20、通过激光跟踪仪3获取该跟踪视场的标定板41上的标志点411和反射组件42的坐标文件,并将原始参考文件与坐标文件的转化矩阵。
具体地,激光跟踪仪3获得该位置的标定板41上的激光反射件T1-T4的坐标值,由于更换后的激光反射件与视觉反射件的位置相同,所以将S10中双目跟踪仪2获得的视觉反射件T1-T4的坐标值拟合至激光跟踪仪3获得的激光反射件T1-T4的坐标值中,获得该双目跟踪仪2与激光跟踪仪3的转化矩阵,即实现一个双目跟踪仪2与激光跟踪仪3的标定。
优选地,为保证标定的准确性,S20之后还包括将标定板41改变位置,以使得标定板41能覆盖该双目跟踪仪2的跟踪视场。更换标定板41位置后,双目跟踪仪2获取标志点411P1-P9在该位置下的坐标值,激光跟踪仪3获得该位置下激光反射件T1-T4的坐标值。由于S10中已经获得该标定板41上的标志点411和反射组件42的相对位置,所以通过双目跟踪仪2获取的标志点411P1-P9的坐标值可以计算得出该位置下激光反射件T1-T4的坐标值,然后将计算后的激光反射件T1-T4的坐标值拟合至该位置下激光跟踪仪3获得的激光反射件T1-T4的坐标值中,即可获得该位置下的转化矩阵;然后在将两个位置下的转化矩阵拟合对齐,即可获得更加准确的双目跟踪仪2与激光跟踪仪3的转化矩阵。
S30、将标定板41依次置于剩余双目跟踪仪2的跟踪视场内,依次获得剩余双目跟踪仪2与激光跟踪仪3的转化矩阵。
具体地,采用S20的步骤实现每台双目跟踪仪2与激光跟踪仪3的标定,即实现了将每台双目跟踪仪2获得的坐标对齐至激光跟踪仪3所在的跟踪坐标系中,进而实现了多台双目跟踪仪2坐标的统一。
值得说明的是,在进行S20和S30过程中,激光跟踪仪3的位置不能移动,以保证跟踪坐标系的稳定和唯一。
在S10中通过双目跟踪仪2获取原始参考文件之前,还包括标定双目跟踪仪2。
标定完成后,即可通过激光扫描头1对待测零件进行检测,同时通过多台双目跟踪仪2对激光扫描头1的跟踪,且多台双目跟踪仪2获得的激光扫描头1的位姿均是基于跟踪坐标系,且跟踪区域大,测量数据可靠。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中,术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种扫描系统,其特征在于,包括:
激光扫描头(1),所述激光扫描头(1)被配置为能对置于跟踪区域内的待测零件的表面进行检测;
双目跟踪仪(2),设置有多台,多台所述双目跟踪仪(2)的跟踪视场相邻,多台所述跟踪仪的跟踪视场的总和覆盖所述跟踪区域,所述双目跟踪仪(2)被配置为能跟踪所述激光扫描头(1),且多台所述双目跟踪仪(2)获取的所述激光扫描头(1)的坐标信息均基于跟踪坐标系。
2.一种扫描系统的标定装置,其特征在于,用于标定如权利要求1所述的扫描系统,所述扫描系统的标定装置包括:
激光跟踪仪(3),所述激光跟踪仪(3)所处的坐标系为所述跟踪坐标系;
标定组件(4),用于辅助标定所述双目跟踪仪(2)、标定所述双目跟踪仪(2)和所述激光扫描头(1)以及标定所述双目跟踪仪(2)和激光跟踪仪(3)。
3.根据权利要求2所述的扫描系统的标定装置,其特征在于,所述标定组件(4)包括标定板(41)和设置于所述标定板(41)上的反射组件(42)。
4.根据权利要求3所述的扫描系统的标定装置,其特征在于,所述标定板(41)上设置有多个标志点(411),所述标志点(411)用于将入射光按原路反射回光源处。
5.根据权利要求3所述的扫描系统的标定装置,其特征在于,还包括平面底座(43),所述平面底座(43)设置于所述标定板(41)上,所述反射组件(42)可拆卸设置于所述平面底座(43)上。
6.根据权利要求3所述的扫描系统的标定装置,其特征在于,所述反射组件(42)包括视觉反射件和激光反射件。
7.根据权利要求6所述的扫描系统的标定装置,其特征在于,所述激光反射件包括球座和设置于所述球座内的相互垂直的三面反光镜,三面所述反光镜反射出的反射光与入射光平行且偏移预设距离。
8.一种扫描系统的标定方法,其特征在于,用于标定如权利要求1所述的扫描系统,标定步骤如下:
通过一个所述双目跟踪仪(2)获取置于其跟踪视场内的标定板(41)上的标志点(411)和反射组件(42)的坐标的原始参考文件;
通过激光跟踪仪(3)获取该跟踪视场的所述标定板(41)上的标志点(411)和反射组件(42)的坐标文件,并获得所述原始参考文件与所述坐标文件的转化矩阵;
将所述标定板(41)依次置于剩余所述双目跟踪仪(2)的跟踪视场内,依次获得剩余所述双目跟踪仪(2)与所述激光跟踪仪(3)的转化矩阵。
9.根据权利要求8所述的扫描系统的标定方法,其特征在于,获取所述原始参考文件与获取所述转换矩阵之间还包括将视觉反射件更换为激光反射件。
10.根据权利要求8所述的扫描系统的标定方法,其特征在于,在通过所述双目跟踪仪(2)获取所述原始参考文件之前,还包括标定所述双目跟踪仪(2)。
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