CN114652299B - 3d耳道扫描系统误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明的提出一种3D耳道扫描系统误差修正方法，该3D耳道扫描系统包括激光测距仪和机械臂，所述激光测距仪装设于机械臂末端由其带动围绕目标扫描位置作多维运动，硬件修正方法包括以下步骤：设置有一工件，该工件具有中心平面及位于中心平面两侧、垂直朝上的斜边；调节工件的中心平面与水平面平行；调节机械臂的姿态令激光测距仪的传感面与水平面平行；激光测距仪的激光分别照射在工件两斜边的斜面上，根据测距数据计算得出机械臂运动方向与工件待测平面之间的夹角为θ，在机械臂运动时计算并加入夹角θ导致的Y轴和Z轴方向的偏移量，从而实现系统误差的修改，以保证后续3D耳道扫描建模的准确性。

Description

3D耳道扫描系统误差修正方法

技术领域

本发明涉及一种3D耳道扫描系统误差修正方法。

背景技术

非定制化的耳机/助听器往往不能很好地适应不同人耳道轮廓，容易对耳道和耳甲腔形成局部压迫或者存在间隙，导致佩戴不适、易脱落、隔音效果差等问题。为提升耳机/助听器入耳部分与耳道轮廓的贴合度，显然最好是能够根据耳道轮廓进行定制，而传统的定制方式需经过耳印模、涂蜡、取阴模、注入光敏树脂、固化成形等一系列工序，不仅制作时间长、成本高，而且取模误差大，未够精准、方便。

发明内容

本发明提出一种3D耳道扫描系统误差修正方法，用于修正扫描系统中因机械臂和激光测距仪装配误差导致的坐标系不统一的问题，其具体通过以下技术手段实现：该3D耳道扫描系统包括激光测距仪和机械臂，所述激光测距仪装设于机械臂末端由其带动围绕目标扫描位置作多维运动，修正方法包括以下步骤：

设置有一工件，该工件具有中心平面及位于中心平面两侧、垂直朝上的斜边，斜边的横纵比例为1：K；

调节工件的中心平面与水平面平行；调节机械臂的姿态令激光测距仪的传感面与水平面平行；

通过机械臂绕竖直坐标轴旋转并令激光测距仪的激光分别照射在工件两斜边的斜面上，根据测距数据计算得出机械臂运动方向与工件待测平面之间的夹角为θ；

在机械臂编程代码中加入夹角θ所带来偏移条件，即将Y轴方向的移动距离L输入机械臂，以此距离L为参数根据夹角θ计算出Z轴方向的偏移量∆Z，从而使机械臂在Y轴方向平移的同时沿Z轴方向移动∆Z，从而实现误差修正。

于本发明的一个或多个实施例当中，根据机械臂运动方向、激光测距仪和工件的待测量平面构成直角三角形，将测距数据进行反三角计算获得夹角θ。

于本发明的一个或多个实施例当中，该工件斜边的横纵比例为1：15-30。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述工件放置于可调平台上，所述可调平台具有三个高度可调的支脚；将电子水准仪放置在工件的中心平面之上并调节可调平台的支脚以令中心平面与水平面平行。

于本发明的一个或多个实施例当中，将电子水准仪放置在激光测距仪上，调整机械臂的姿态使激光测距仪的传感面与水平面平行。

于本发明的一个或多个实施例当中，在测得夹角θ后，还可以根据夹角θ对机械臂的Z轴和Y轴方向的坐标加上偏移量实现误差修正，修正采用的公式如下：

Y=Y'+∆Y= Y'+L'*cosθ= Y'+V*∆t*cosθ；（1）

Z=Z'+∆Z= Z'+L'*sinθ= Z'+V*∆t*sinθ；（2）

其中，Y是实际Y轴方向的坐标，Y’是原始Y轴方向的坐标，∆Y是Y轴方向的偏移量，Z是实际Z轴方向的坐标，Z’是原始Z轴方向的坐标，∆Z是Z轴方向的偏移量，L’是每次采集轮廓数据时机械臂移动方向的距离，其为移动时间∆t和移动速度V的乘积。

本发明的有益效果是：通过测算机械臂和激光测距仪装配误差夹角θ，继而将夹角θ所带来偏移条件代入至机械臂运行控制中，即计算并加入夹角θ导致的Y轴和Z轴方向的偏移量，从而实现系统误差的修改，以保证后续3D耳道扫描建模的准确性。

附图说明

图1为的3D耳道扫描系统对工件测距的结构示意图。

具体实施方式

如下对本申请方案作进一步描述：

参见附图1，本发明的3D耳道扫描系统包括激光测距仪1和机械臂2，所述激光测距仪1装设于机械臂2末端由其带动围绕目标扫描位置作多维运动，所述机械臂2为六自由度机械臂，由激光测距仪1获取实时扫描数据上传至传位机，以便上位机快速获得耳朵三维数据信息，继而由上位机处理并构建三维耳道模型。为克服由于机械臂2和激光测距仪1的装配误差导致的坐标系不统一问题，本实施例采用了3D耳道扫描系统误差修正方法，其包括以下步骤：

设置有一工件3并将其放置在一可调平台4，该工件3具有中心平面31及位于中心平面31两侧、垂直朝上的斜边32，斜边32的横纵比例为1：20；该可调平台4具有三个高度可调的支脚41；将电子水准仪5放置在工件的中心平面31之上并调节可调平台4的支脚41以令中心平面31与水平面平行；同样的，将电子水准仪5放置在激光测距仪1上，调整机械臂2的姿态使激光测距仪1的传感面与水平面平行；

通过机械臂2绕竖直坐标轴旋转并令激光测距仪1的激光分别照射在工件3两斜边32的斜面上，根据斜面远端和近端的距离差来判断激光线的照射方向是否与工件3垂直，调整到垂直后，激光测距仪1和工件3的前端面对齐，在无系统误差的前提下，对两侧斜边32测距的结果应该是一致的，但由于系统误差的存在，对工件一侧的测距结果是81.1mm，另一侧的测距结果是107.9mm，从而证实了系统误差的存在。故驱动机械臂2令激光测距仪1的激光照射的平面边缘的一个位置并设定为起点，然后机械臂2带动激光测距仪1开始平移，测得如下数值表1。

表1 平移距离∆Y和对应深度差∆Z

根据机械臂2运动方向、激光测距仪1和工件3的待测量平面构成直角三角形，将测距数据进行反三角计算获得夹角θ为6.13°左右。根据测距数据计算得出机械臂2运动方向与工件待测平面之间的夹角为θ，可执行两种修正方法：

方法一：通过对机械臂2的运动轨迹进行实时修正，使其沿着所需要的方向进行移动，从而消除坐标系夹角的影响，具体是：

在机械臂2编程代码中加入夹角θ所带来偏移条件，即将Y轴方向的移动距离L输入机械臂控制器，以此距离L为参数根据夹角θ计算出Z轴方向的偏移量∆Z，从而使机械臂2在Y轴方向平移的同时沿Z轴方向移动∆Z，从而实现误差修正。

方法二：根据夹角θ在运行过程中实时对机械臂2的Z轴和Y轴方向的坐标加上偏移量实现误差修正，修正采用的公式如下：

Y=Y'+∆Y= Y'+L'*cosθ= Y'+V*∆t*cosθ；（1）

Z=Z'+∆Z= Z'+L'*sinθ= Z'+V*∆t*sinθ；（2）

其中，Y是实际Y轴方向的坐标，Y’是原始Y轴方向的坐标，∆Y是Y轴方向的偏移量，Z是实际Z轴方向的坐标，Z’是原始Z轴方向的坐标，∆Z是Z轴方向的偏移量，L’是每次采集轮廓数据时机械臂2移动方向的距离，其为移动时间∆t和移动速度V的乘积。

上述方法一的处理相对简单，但每次调整Y轴方向移动距离时都时计算相应Z轴的偏移量，而方法二只需每次过通夹角θ来修正采集的数据，即便机械臂2运动轨迹有所调整也不会影响修正结果。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种3D耳道扫描系统误差修正方法，其特征在于，该3D耳道扫描系统包括激光测距仪和机械臂，所述激光测距仪装设于机械臂末端由其带动围绕目标扫描位置作多维运动，修正方法包括以下步骤：

设置有一工件，该工件具有中心平面及位于中心平面两侧、垂直朝上的斜边，斜边的横纵比例为1：K；

调节工件的中心平面与水平面平行；调节机械臂的姿态令激光测距仪的传感面与水平面平行；

通过机械臂绕竖直坐标轴旋转并令激光测距仪的激光分别照射在工件两斜边的斜面上，根据机械臂运动方向、激光测距仪和工件的待测量平面构成直角三角形，将测距数据进行反三角计算获得机械臂运动方向与工件待测平面之间的夹角为θ；

根据方式一或者方式二实现误差修正：

方式一：在机械臂编程代码中加入夹角θ所带来偏移条件，即将Y轴方向的移动距离L输入机械臂，以此距离L为参数根据夹角θ计算出Z轴方向的偏移量∆Z，从而使机械臂在Y轴方向平移的同时沿Z轴方向移动∆Z，从而实现误差修正；

方式二：在测得夹角θ后，还可以根据夹角θ对机械臂的Z轴和Y轴方向的坐标加上偏移量实现误差修正，修正采用的公式如下：

Y=Y'+∆Y= Y'+L'*cosθ= Y'+V*∆t*cosθ；（1）

Z=Z'+∆Z= Z'+L'*sinθ= Z'+V*∆t*sinθ；（2）

其中，Y是实际Y轴方向的坐标，Y’是原始Y轴方向的坐标，∆Y是Y轴方向的偏移量，Z是实际Z轴方向的坐标，Z’是原始Z轴方向的坐标，∆Z是Z轴方向的偏移量，L’是每次采集轮廓数据时机械臂移动方向的距离，其为移动时间∆t和移动速度V的乘积。

2.根据权利要求1所述的3D耳道扫描系统误差修正方法，其特征在于：该工件斜边的横纵比例为1：15-30。

3.根据权利要求1所述的3D耳道扫描系统误差修正方法，其特征在于：所述工件放置于可调平台上，所述可调平台具有三个高度可调的支脚；将电子水准仪放置在工件的中心平面之上并调节可调平台的支脚以令中心平面与水平面平行。

4.根据权利要求1所述的3D耳道扫描系统误差修正方法，其特征在于：将电子水准仪放置在激光测距仪上，调整机械臂的姿态使激光测距仪的传感面与水平面平行。