CN114396870A - 一种激光影像扫描系统测试验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光影像扫描系统测试验证方法，包括：现场测量验证空间、激光扫描式测量系统、测量靶标、激光跟踪仪、标准球杆、四面体核查标准器、标准孔杆、计算机及分析软件。通过与激光跟踪仪比对验证空间坐标测量精度，利用测量标准球杆验证测长精度，利用四面体核查标准器验证拼接精度，利用标准孔杆验证几何要素测量精度。本发明采用现场测试验证方法，通过构建空间测量场及测量要素，实现激光影像扫描系统的长度测量精度、多站拼接精度、几何要素探测精度等验证，形成一套完整的测试验证方案。本发明具有简单快速、可扩展性强等特征，采用的技术方法可以运用到其他大尺寸测量设备、多系统组网测试系统的现场快速测试验证、自校验中。

Description

一种激光影像扫描系统测试验证方法
技术领域
本发明涉及大尺寸测试设备测试验证技术领域，具体涉及一种激光影像扫描系统测试验证方法。
背景技术
在现代工业特别是制造工业中，需要对各类零部件和大型结构进行精密三维测量，产品的装配过程也需要这类测量，它要求测量范围大、精度高、现场测量、甚至动态测量和全姿态测量，一般的CMM测量技术己无法满足这一要求，因此，产生了大尺寸空间坐标测量系统，如跟踪仪测量系统、摄影测量系统、激光影像扫描系统等，这些系统越来越广泛地应用于航空航天、造船、机械制造、计量科研等领域。
特别是航空航天领域，火箭、卫星、飞机等大型结构件、材料件的制造、装配，都需要大尺寸测量设备进行辅助测量。激光影像扫描测量系统同时利用激光测量与影像原理，具有测量范围大、精度高、效率高优点，在大尺寸测量领域应用越来越广。然而，这些大尺寸测量设备的实际测量精度，特别是在大型复杂构件制造、装配现场的测量精度却一直无法有效验证。虽然测量设备可以单独送上级计量单位进行溯源，但是测量系统的现场测量精度受到多种因素的影响，单台设备的计量结果无法真实反应实际的测量情况。因此，在这些测量设备使用前通常需要进行系统验证，特别是随着我国航空航天领域的高速发展，对质量的要求也越来越高，测量前的验证显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光影像扫描系统测试验证方法，实现一种多要素、多测量特征的现场测试验证方法。该方法具有简单快速、可扩展性强等特征，满足激光影像扫描测量系统测量精度的快速测试验证。
为了达到上述的目的，本发明提供一种激光影像扫描系统测试验证方法，包括：现场测量验证空间、激光扫描式测量系统、测量靶标、激光跟踪仪、标准球杆、四面体核查标准器、标准孔杆、计算机及分析软件；
测试验证时，激光扫描式测量系统先扫描空间分布的测量靶标，建立统一空间坐标系；再扫描四面体核查标准器或标准孔杆或标准球杆，将扫描获得的三个点云空间导入计算机及分析软件，通过三维点云的处理、分析、计算，获得四面体核查标准器或标准孔杆或标准球杆空间位置信息；计算四面体核查标准器六条边的长度以及各条边两两之间的夹角，或标准孔杆上四个圆孔的圆直径及四个圆孔两两之间的球心距，或标准球杆上两个标准球心距将计算结果与标准值或激光跟踪仪测量值进行对比，通过与激光跟踪仪比对验证空间坐标测量精度，利用测量标准球杆验证测长精度，利用四面体核查标准器验证拼接精度，利用标准孔杆验证几何要素测量精度。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述现场测量验证空间是实现该验证方法的试验场所，现场测量验证空间包括：现场测量、装配车间或厂房，空间尺寸大于被测结构件尺寸大小。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述激光扫描式测量系统是需要验证的对象，包括三脚架、激光扫描仪；所述三脚架为可升降三脚架，升降范围为300mm～2000mm；所述激光扫描仪为一体式激光扫描仪，最大测量范围90m，扫描速度最大120万点每秒。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述测量靶标包括：激光扫描仪配套专用靶标及跟踪仪测量靶标。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述激光跟踪仪测量精度优于15μm+5L/m。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述标准球杆包括球棒和球座，标准球杆球心距约800mm，经上级计量单位溯源，测量不确定度：U＝5.0μm，k＝2。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述四面体核查标准器是由标准球杆组成的立体标准器，四面体核查标准器经上级计量单位溯源，测量不确定度：U＝0.015mm，k＝2。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述标准孔杆上包括4个圆孔，孔径10mm，孔间距1000mm，所有尺寸经上级计量单位溯源。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述计算机及分析软件包括：工业计算机及运行的SA软件。
上述一种激光影像扫描系统测试验证方法，其中，所述标准球杆是经上级计量单位溯源过。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
本发明采用现场测试验证方法，通过构建空间测量场及测量要素，实现激光影像扫描系统的长度测量精度、多站拼接精度、几何要素探测精度等验证，形成一套完整的测试验证方案。本发明采用的技术方法可以运用到其他大尺寸测量设备、多系统组网测试系统的现场快速测试验证、自校验中。
附图说明
本发明的一种激光影像扫描系统测试验证方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明总体布局示意图
图2为本发明全局坐标统一测试示意图。
图3为本发明标准杆长度精度验证示意图。
图4为本发明四面体核查标准器空间坐标组网精度验证示意图。
图5为本发明标准孔杆孔径、球心距精度验证示意图。
其中，1-空间测量场、2-空间分布的测量靶标、3-四面体核查标准器、4-激光影像扫描系统、5-可升降三脚架、6-激光跟踪仪、7-计算机及分析软件、8-标准球杆、9-标准靶标、10-标准孔杆、11-圆孔。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的一种激光影像扫描系统测试验证方法作进一步的详细描述。
实施例1
如图1、图4所示，本实施例涉及一种激光影像扫描系统三维扫描拼接精度的测试验证方法，包括空间测量场1、空间分布的测量靶标2、四面体核查标准器3、激光影像扫描系统4、可升降三脚架5、计算机及分析软件7。从激光影像扫描系统4通过数据线与计算机及分析软件7连接。标准孔杆10距离激光影像扫描系统4大于3米。
测试验证时，激光影像扫描系统4先扫描空间分布的测量靶标2，建立统一空间坐标系，再分别从三个不同侧面扫描四面体核查标准器3的空间位置，将扫描获得的三个点云空间导入计算机及分析软件7，通过三维点云的处理、分析、拼接计算，获得拼接后的四面体核查标准器3空间位置信息。计算四面体核查标准器3六条边的长度以及各条边两两之间的夹角。将计算结果与标准值进行对比(四面体核查标准器3经上级计量机构溯源)，验证激光影像扫描系统三维扫描拼接精度。
实施例2
如图1、图5所示，本实施例涉及一种激光影像扫描系统几何要素测量精度的验证方法，包括空间测量场1、空间分布的测量靶标2、激光影像扫描系统4、可升降三脚架5、计算机及分析软件7、标准孔杆10及标准孔杆上的圆孔11。从激光影像扫描系统4通过数据线与计算机及分析软件7连接。标准孔杆10距离激光影像扫描系统4大于3米。调整标准孔杆10的高度，使得激光影像扫描系统与标准孔杆10的仰视角约45°。
测试验证时，激光影像扫描系统4先扫描空间分布的测量靶标2，建立统一空间坐标系，再扫描标准孔杆10，将扫描获得的三个点云空间导入计算机及分析软件7，通过三维点云的处理、分析获得标准孔杆10空间位置信息。计算标准孔杆10上四个圆孔11的圆直径及四个圆孔两两之间的球心距。将计算结果与标准值进行对比(标准孔杆10经上级计量机构溯源)，验证激光影像扫描系统几何要素测量精度。
实施例3
如图1、图2、图3所示，本实施例涉及一种激光影像扫描系统空间坐标测量精度的验证方法，包括空间测量场1、空间分布的测量靶标2、激光影像扫描系统4、可升降三脚架5、激光跟踪仪6，计算机及分析软件7、标准球杆8及标准球杆上的标准靶标9。从激光影像扫描系统4通过数据线与计算机及分析软件7连接，从激光跟踪仪6通过数据线与计算机及分析软件7连接。标准球杆8距离激光影像扫描系统4大于3米。
测试验证时，激光影像扫描系统4先扫描空间分布的测量靶标2，建立统一空间坐标系，再扫描标标准球杆8上的标准靶标9，将扫描获得的三个点云空间导入计算机及分析软件7，通过三维点云的处理、分析获得标准靶标9空间位置信息，将计算结果与标准值进行对比(标准球杆8经上级计量机构溯源)。用激光跟踪仪6扫描空间分布的测量靶标2，建立激光跟踪仪空间坐标系，获取测量靶标2的空间坐标，与激光影像扫描系统4测得的靶标2的空间坐标进行比对。验证激光影像扫描系统空间坐标尺寸测量精度。

Claims (9)

1.一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，包括：现场测量验证空间、激光扫描式测量系统、测量靶标、激光跟踪仪、标准球杆、四面体核查标准器、标准孔杆、计算机及分析软件；
测试验证时，激光扫描式测量系统先扫描空间分布的测量靶标，建立统一空间坐标系；再扫描四面体核查标准器或标准孔杆或标准球杆，将扫描获得的三个点云空间导入计算机及分析软件，通过三维点云的处理、分析、计算，获得四面体核查标准器或标准孔杆或标准球杆空间位置信息；计算四面体核查标准器六条边的长度以及各条边两两之间的夹角，或标准孔杆上四个圆孔的圆直径及四个圆孔两两之间的球心距，或标准球杆上两个标准球心距将计算结果与标准值或激光跟踪仪测量值进行对比，通过与激光跟踪仪比对验证空间坐标测量精度，利用测量标准球杆验证测长精度，利用四面体核查标准器验证拼接精度，利用标准孔杆验证几何要素测量精度。
2.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述现场测量验证空间是实现该验证方法的试验场所，现场测量验证空间包括：现场测量、装配车间或厂房，空间尺寸大于被测结构件尺寸大小。
3.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述激光扫描式测量系统是需要验证的对象，包括三脚架、激光扫描仪；所述三脚架为可升降三脚架，升降范围为300mm～2000mm；所述激光扫描仪为一体式激光扫描仪，最大测量范围90m，扫描速度最大120万点每秒。
4.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述测量靶标包括：激光扫描仪配套专用靶标及跟踪仪测量靶标。
5.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述激光跟踪仪测量精度优于15μm+5L/m。
6.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述标准球杆包括球棒和球座，标准球杆球心距约800mm，经上级计量单位溯源，测量不确定度：U＝5.0μm，k＝2。
7.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述四面体核查标准器是由标准球杆组成的立体标准器，四面体核查标准器经上级计量单位溯源，测量不确定度：U＝0.015mm，k＝2。
8.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述标准孔杆上包括4个圆孔，孔径10mm，孔间距1000mm，所有尺寸经上级计量单位溯源。
9.如权利要求1所述的一种激光影像扫描系统测试验证方法，其特征在于，所述计算机及分析软件包括：工业计算机及运行的SA软件。
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