CN114166126A - 一种激光扫描设备的校准装置及校准方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光扫描设备的校准装置及校准方法，含有基座、转动台、支撑柱，转动台镶嵌在基座上，在转动台的上表面分布有多个测量靶标，两个支撑柱中心对称，垂直的设置在转动台的上表面，在支撑柱的柱体表面同样分布有多个测量靶标，在两个支撑柱的内侧分别设有相向的纵向卡槽，该纵向卡槽与测量标准件的本体匹配，使测量标准件通过卡槽可以镶嵌在两个支撑柱之间，通过激光扫描设备扫描测量校准装置上的测量靶标位置和标准测量面的轮廓度，得到测量靶标的扫描测量值和标准测量面的扫描轮廓度，将测量靶标的扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到激光扫描设备的定位误差，将标准测量面的扫描轮廓度与标准测量面的标定轮廓度进行比较，得到激光扫描设备的扫描测量误差。
Description
技术领域
本申请涉及长度计量校准技术领域，进一步涉及激光扫描测量设备及多台激光扫描设备联合组成扫描测量网的校准，具体是一种激光扫描设备的校准装置及校准方法。
背景技术
激光扫描测量设备具有独立的球坐标系统，集成了光电测距、双轴运动控制及角度测量等多种功能，主要用于对物体表面进行三维非接触自动逐点扫描测量。根据计量校准的要求，激光扫描测量设备及多台激光扫描设备联合组成扫描测量网需要校准定位误差和扫描测量误差，定位误差是通过扫描测量空间两个测量靶标间的距离，并将该距离与两个测量靶标的标准距离比较，得到定位误差；扫描测量误差是通过对标准测量面进行扫描测量，并将扫描测量的轮廓度与标准测量面的标准轮廓度比较，得到扫描测量误差。现有校准技术中，定位误差一般采用多个带有双球的球杆校准，扫描测量误差一般采用标准球和标准平面校准，该方法主要存在三个问题：一是标准器是零散的，数量较多，保存复杂；二是无法实现多台激光扫描测量设备联合组成扫描测量网的数据融合和校准；三是标准器大多体型较小，无法反映扫描测量设备更大范围校准的状态。
发明内容
本发明提出了一种激光扫描设备的校准装置及校准方法，解决了激光扫描测量设备及激光扫描测量设备联合组成扫描测量网的计量校准问题。
一种激光扫描设备的校准装置，其特征在于，该校准装置含有基座、转动台、支撑柱，所述的基座上表面设有凸出的中心轴，所述的转动台上有与中心轴匹配的中心孔，转动台镶嵌在基座上，转动台可以绕中心轴水平转动，在转动台的上表面分布有多个测量靶标，两个支撑柱中心对称，垂直的设置在转动台的上表面，在支撑柱的柱体表面同样分布有多个测量靶标，在两个支撑柱的内侧分别设有相向的纵向卡槽，该纵向卡槽与测量标准件的本体匹配，使测量标准件通过卡槽可以镶嵌在两个支撑柱之间。
所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，在基座的外侧设有刻度盘，通过该刻度盘可以显示出转动台相对基座的转动角度。
所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，所述的测量标准件本体的中部为标准测量面，测量标准件本体的两侧有外延的凸台，该凸台与两个支撑柱内侧的纵向卡槽匹配。
所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，所述的测量标准件的标准测量面可以为球冠形或为凹面形或为平面形。
所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，所述的转动台与基座之间设有滚珠和滚动槽，该滚动槽为环形，滚动槽与中心轴同心。
一种激光扫描设备的校准方法，其特征在于包含以下内容：1)使用上述的激光扫描设备的校准装置，该校准装置上的所有测量靶标位置已得到准确标定，测量标准件的标准测量面的轮廓度已得到准确标定，将测量标准件两侧的凸台插入两个支撑柱内侧的纵向卡槽内，已知所有测量靶标位置的标定值，已知每个测量标准件标准测量面的轮廓度；2)将该校准装置置于激光扫描设备的扫描范围内；3)通过激光扫描设备扫描测量校准装置上的测量靶标位置，得到测量靶标的扫描测量值，将测量靶标的扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到激光扫描设备的定位误差；4)通过激光扫描设备扫描测量校准装置上的标准测量面，得到标准测量面的扫描轮廓度，将标准测量面的扫描轮廓度与标准测量面的标定轮廓度进行比较，得到激光扫描设备的扫描测量误差；5)将激光扫描设备的定位误差和扫描测量误差与激光扫描设备预定的技术指标进行比较，以此判定激光扫描设备的符合性。
所述的激光扫描设备的校准方法，其特征在于，由多台激光扫描设备联合组成扫描测量网，对该测量网进行扫描测量校准：1)将该校准装置置于扫描测量网的扫描范围内；2)在校准装置上选取相邻激光扫描设备共用的测量靶标分别进行扫描测量，得到扫描测量网对测量靶标的扫描测量值，将该扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到扫描测量网的定位误差；3)通过扫描测量网中的各激光扫描设备分别对标准测量面进行扫描测量，得到扫描测量网对标准测量面的扫描轮廓度，将扫描测量网对标准测量面的扫描轮廓度与标准测量面的标定轮廓度进行比较，得到扫描测量网的扫描测量误差；4)将扫描测量网的定位误差和扫描测量误差与扫描测量网预定的技术指标进行比较，以此判定扫描测量网的符合性。
所述的激光扫描设备的校准方法，其特征在于，通过转动校准装置的转动台，可以调整测量靶标或标准测量面与激光扫描设备的相对位置。
本申请的有益效果在于：1)该校准装置可自由移动和固定，可以适用于实验室和工业现场使用；2)测量标准件与校准装置之间为插卡式连接，测量标准件的标准测量面可根据产品曲率自定义；3)校准装置的多个靶标和标准测量面，均具有标准值，对于各类扫描测量设备计量性能的比较具有参考意义；4)转动台可以360°转动至任意位置，可以多角度校准扫描测量设备，验证设备扫描测量极限性能，因此该校准装置具有较大的推广应用价值和较好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为一种激光扫描设备的校准装置示意图。
图2为转动台与支撑柱连接关系示意图。
图3为标准测量面是球冠形的测量标准件示意图。
图4为标准测量面是凹面形的测量标准件示意图。
图5为标准测量面是平面形的测量标准件示意图。
图中编号说明：1—测量标准件；2—支撑柱；3—测量靶标；4—转动台；5—滚珠；6—刻度盘；7—轮子；8—基座；9—顶针；10卡槽；11标准测量面；12凸台。
具体实施方式
参见附图，本申请的激光扫描设备的校准装置，含有基座8、转动台4、支撑柱2，所述的基座8上表面设有凸出的中心轴，所述的转动台5上有与中心轴匹配的中心孔，转动台5镶嵌在基座8上，转动台5可以绕中心轴水平转动，
实施中，为了方便转动台转动，在转动台5与基座8之间设有滚珠5和滚动槽，该滚动槽为环形，滚动槽与中心轴同心。在基座8的外侧设有刻360°刻度盘6，通过该刻度盘可以显示出转动台5相对基座8的转动角度。
在转动台的上表面分布有多个测量靶标3，两个支撑柱2中心对称，垂直的设置在转动台5的上表面，在支撑柱2的柱体外侧表面同样分布有多个测量靶标3，在两个支撑柱2的内侧分别设有相向的纵向卡槽10，该纵向卡槽10与测量标准件1的本体匹配，使测量标准件1通过卡槽10可以镶嵌在两个支撑柱之间。
所述的测量标准件1本体的中部为标准测量面11，测量标准件1本体的两侧有外延的凸台12，该凸台12与两个支撑柱2内侧的纵向卡槽10匹配。实施中，测量标准件1的标准测量面11可以为球冠形或为凹面形或为平面形。
使用上述的激光扫描设备的校准装置校准单台激光扫描设备时，将该校准装置置于激光扫描设备的扫描范围内；该校准装置上的所有测量靶标3位置已得到准确标定，测量标准件1的标准测量面11的轮廓度已得到准确标定，将测量标准件1两侧的凸台12插入两个支撑柱2内侧的纵向卡槽10内，已知所有测量靶标3位置的标定值，已知每个测量标准件1标准测量面11的轮廓度。校准时，通过激光扫描设备扫描测量校准装置上的测量靶标3位置，得到测量靶标3的扫描测量值，将测量靶标3的扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到激光扫描设备的定位误差。再通过激光扫描设备扫描测量校准装置卡槽中测量标准件1的标准测量面11，得到标准测量面11的扫描轮廓度，将标准测量面11的扫描轮廓度与标准测量面11的标定轮廓度进行比较，得到激光扫描设备的扫描测量误差；最后将激光扫描设备的定位误差和扫描测量误差与激光扫描设备预定的技术指标进行比较，以此判定激光扫描设备的符合性。
使用上述的激光扫描设备的校准装置校准由多台激光扫描设备联合组成扫描测量网时，将该校准装置置于扫描测量网的扫描范围内；在校准装置上选取相邻激光扫描设备共用的测量靶标3分别进行扫描测量，得到扫描测量网对测量靶标的扫描测量值，将该扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到扫描测量网的定位误差；通过扫描测量网中的各激光扫描设备分别对卡槽中测量标准件1的标准测量面11进行扫描测量，得到扫描测量网对该标准测量面11的扫描轮廓度，将扫描测量网对标准测量面11的扫描轮廓度与标准测量面11的标定轮廓度进行比较，得到扫描测量网的扫描测量误差；最后将扫描测量网的定位误差和扫描测量误差与扫描测量网预定的技术指标进行比较，以此判定扫描测量网的符合性。
校准扫描时，通过转动校准装置的转动台5，可以调整测量靶标3或标准测量面11与激光扫描设备的相对位置。
Claims (8)
1.一种激光扫描设备的校准装置，其特征在于，该校准装置含有基座、转动台、支撑柱，所述的基座上表面设有凸出的中心轴，所述的转动台上有与中心轴匹配的中心孔，转动台镶嵌在基座上，转动台可以绕中心轴水平转动，在转动台的上表面分布有多个测量靶标，两个支撑柱中心对称，垂直的设置在转动台的上表面，在支撑柱的柱体表面同样分布有多个测量靶标，在两个支撑柱的内侧分别设有相向的纵向卡槽，该纵向卡槽与测量标准件的本体匹配，使测量标准件通过卡槽可以镶嵌在两个支撑柱之间。
2.如权利要求1所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，在基座的外侧设有刻度盘，通过该刻度盘可以显示出转动台相对基座的转动角度。
3.如权利要求1所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，所述的测量标准件本体的中部为标准测量面，测量标准件本体的两侧有外延的凸台，该凸台与两个支撑柱内侧的纵向卡槽匹配。
4.如权利要求1所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，所述的测量标准件的标准测量面可以为球冠形或为凹面形或为平面形。
5.如权利要求1所述的激光扫描设备的校准装置，其特征在于，所述的转动台与基座之间设有滚珠和滚动槽，该滚动槽为环形，滚动槽与中心轴同心。
6.一种激光扫描设备的校准方法，其特征在于包含以下内容：1)使用如权利要求1或2或3或4或5所述的激光扫描设备的校准装置，该校准装置上的所有测量靶标位置已得到准确标定，测量标准件的标准测量面的轮廓度已得到准确标定，将测量标准件两侧的凸台插入两个支撑柱内侧的纵向卡槽内，已知所有测量靶标位置的标定值，已知每个测量标准件标准测量面的轮廓度；2)将该校准装置置于激光扫描设备的扫描范围内；3)通过激光扫描设备扫描测量校准装置上的测量靶标位置，得到测量靶标的扫描测量值，将测量靶标的扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到激光扫描设备的定位误差；4)通过激光扫描设备扫描测量校准装置上的标准测量面，得到标准测量面的扫描轮廓度，将标准测量面的扫描轮廓度与标准测量面的标定轮廓度进行比较，得到激光扫描设备的扫描测量误差；5)将激光扫描设备的定位误差和扫描测量误差与激光扫描设备预定的技术指标进行比较，以此判定激光扫描设备的符合性。
7.如权利要求6所述的激光扫描设备的校准方法，其特征在于，由多台激光扫描设备联合组成扫描测量网，对该测量网进行扫描测量校准：1)将该校准装置置于扫描测量网的扫描范围内；2)在校准装置上选取相邻激光扫描设备共用的测量靶标分别进行扫描测量，得到扫描测量网对测量靶标的扫描测量值，将该扫描测量值与测量靶标的标定值进行比较，得到扫描测量网的定位误差；3)通过扫描测量网中的各激光扫描设备分别对标准测量面进行扫描测量，得到扫描测量网对标准测量面的扫描轮廓度，将扫描测量网对标准测量面的扫描轮廓度与标准测量面的标定轮廓度进行比较，得到扫描测量网的扫描测量误差；4)将扫描测量网的定位误差和扫描测量误差与扫描测量网预定的技术指标进行比较，以此判定扫描测量网的符合性。
8.如权利要求7所述的激光扫描设备的校准方法，其特征在于，通过转动校准装置的转动台，可以调整测量靶标或标准测量面与激光扫描设备的相对位置。
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