CN115307570A - 一种u槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法，包括中心旋转结构体，中心旋转结构体的侧面设有多个特定几何形状单元，每个结构单元包括外圆柱面，V型槽；各个结构单元之间设有竖直断面结构，竖直断面结构为中心旋转结构体的侧面竖直结构面；中心旋转结构体的中间设有内圆柱面；所竖直断面结构为U槽平面结构，分别为过渡斜面，基准平面，过渡斜面；下端面和上端面为中心旋转结构体的上下端面。各几何特征具有一定形状误差要求，各几何特征之间具有一定精度的位置误差要求，现有加工制造工艺能够满足几何特征的精度加工需求。本方法利用最小二乘对直线的拟合技术成熟，精度较高，能够真实反映实际坐标数值的相互关系。

Description

一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法

技术领域

本发明涉及一种线激光传感器位姿标定件及其标定方法，特别是涉及一种用于齿轮三维测量的线激光传感器空间位姿标定件及其标定方法，属于精密测量技术领域。

背景技术

传统的齿轮测量多采用接触式测量方式，其存在以下不足点：1、测量效率低，难以在短时间之内实现所需轮齿齿面信息的获取。2、仅以部分轮齿齿面的点、线等特定信息来评判整体齿轮，无法获取齿面的全信息，评价不全面。3、接触式测头存在磨损、半径补偿等问题。相比较，非接触齿轮激光测量方法具有明显优势，极大提高了测量效率，可获取快速所有轮齿的齿面全信息。

线激光测量作为一种典型的非接触式测量技术，广泛应用于产品形貌、尺寸测量领域，具有快速、高精度、高效率、操作便捷、无损耗等特点。线激光传感器的诸多优势方便了工业应用，其高度封装降低了对操作人员的技术要求，更加简单、便捷地实现对被测物体的精密测量。

线激光测量为比对式测量技术，在进行物体表面信息精密测量前，精确标定线激光传感器与被测物体的空间位姿关系显得尤为重要，也是实现精确三维信息重构的重要前提。对于齿轮这一类型的旋转式结构体，线激光传感器的标定一般是借助于结构简单的标准芯轴或具有复杂几何特征的特制标定件来完成。基于结构简单的标准芯轴的标定方法，需要累积多次小样本数据进行拟合运算，且标定过程中需要对传感器进行多次位姿调节，过程中不可避免的引入了多源误差；基于特制复杂几何特征标定件的标定方法，对标定件的加工及精度要求带来很大的挑战。

基于上述的现状和问题，提出了一种用于齿轮测量的线激光传感器位姿标定件及其标定方法，本专利针对齿轮类型的柱状旋转式结构体，以特定的圆柱面、平面、槽型结构来实现线激光传感器的精确位姿标定。

发明内容

本发明的目的是针对现有的齿轮测量过程中线激光传感器的位姿标定问题，提供一种用于齿轮测量的线激光传感器位姿标定件及标定方法。

本发明所涉及的线激光传感器位姿标定件，包括中心旋转结构体，所述中心旋转结构体的上下端面为平整结构；所述中心旋转结构体的侧面设有多个特定几何形状单元，每个结构单元包括外圆柱面I(4)、V型槽(6)和外圆柱面II(5)，所述的V型槽(6)设置在外圆柱面I(4)与外圆柱面II(5)中间，外圆柱面I(4)和外圆柱面II(5)上下对称布置；各个结构单元之间设有竖直断面结构，竖直断面结构为中心旋转结构体的侧面竖直结构面；中心旋转结构体的中间设有内圆柱面(15)；如图1所示，所述的竖直断面结构单元为U槽平面结构，分别为过渡斜面I(1)，基准平面I(2)，过渡斜面II(3)，过渡斜面III(7)，基准平面II(8)，过渡斜面IV(9)，过渡斜面V(12)，基准平面III(13)，过渡斜面VI(14)；下端面(10)和上端面(11)为中心旋转结构体的上下端面。

上述标定件满足以下设计要求：

S1：内圆柱面(15)为标定件的定位基准，对其尺寸和形位公差有严格要求，其与被测齿轮具有一致的孔径尺寸(图5)，为实现径向定位精度的准确性要求内圆面的圆柱度为0.3μm。

S2：基准平面I(2)、基准平面II(8)、基准平面III(13)具有相同的平面结构，保证独立平面度为1μm，它们相对于中心轴的距离有一致性(图2、图5)并与待测齿轮的齿根圆直径尺寸相关；基准平面I(2)、基准平面II(8)、基准平面III(13)均相对于下端面(10)垂直度为1μm；基准平面I(2)与基准平面III(13)平行度1μm；基准平面I(2)与基准平面III(13)关于中心线对称度1μm；基准平面II(8)与基准平面I(2)、基准平面III(13)相互垂直度为1μm。

S3：过渡斜面I(1)和过渡斜面II(3)、过渡斜面III(7)和过渡斜面IV(9)、过渡斜面V(12)和过渡斜面VI(14)具有相同的平面结构，保证独立平面度为1μm。分别与基准平面I(2)、基准平面II(8)、基准平面III(13)形成一个特定的角度值，根据待测齿轮参数确定。六个过渡斜面分别与下端面(10)保持垂直度为1μm。过渡斜面I(1)和过渡斜面II(3)、过渡斜面III(7)和过渡斜面IV(9)、过渡斜面V(12)和过渡斜面VI(14)分别关于中心线保持对称度为1μm。

S4：外圆柱面I(4)、外圆柱面II(5)具有一致的圆柱度0.3μm；总体尺寸与待测齿轮的齿顶圆相关联(图2、图5)；与标定件的定位基准内圆面(15)同轴度为1μm。

S5：V型槽(6)将外圆面分成了外圆柱面I(4)和外圆柱面II(5)，V型槽的两侧锥面全跳动为1μm；V型槽具有特定的宽度值，根据待测齿轮参数确定。

S6：下端面(10)、上端面(11)为标定件的辅助基准面，分别独立具有平面度1μm；两个平面与标定件的定位基准内圆柱面(15)具有垂直度为1μm；两个平面相互平行且平面度为1μm；两个平面间的尺寸与被测齿轮的齿宽相互关联(图4、图5)。

本发明基于上述标定件，设计了一种用于齿轮测量的线激光传感器空间位姿标定方法，具体步骤如下：

S1：标定系统的坐标系建立。

建立如图6所示的标定系统坐标系，包括：标定件坐标系δ_c:O_c-X_cY_cZ_c和传感器坐标系δ_s:O_s-X_sY_sZ_s。其中，δ_c为标定件坐标系的标号，O_c为标定件坐标系的原点，X_c、Y_c、Z_c为标定件坐标系的三个坐标轴。δ_s为传感器坐标系的标号，O_s为传感器坐标系的原点，X_s、Y_s、Z_s为传感器坐标系的三个坐标轴。传感器布置在标定件的周向，传感器坐标系原点O_s相对于标定件坐标系原点O_c在标定件坐标系三个坐标轴方向的偏置分别为a、b、c。传感器坐标系的三个坐标轴X_s、Y_s、Z_s相对于标定件坐标系三个坐标轴X_c、Y_c、Z_c的偏转角分别为α、β、γ。因此，a、b、c、α、β、γ构成了传感器在标定件坐标系下的六个自由度参数，传感器的空间位姿标定，也就是标定这六个自由度参数。

S2：标定数据获取及坐标变换。

根据S1建立的坐标系及坐标关系，将标定件安装在测量仪器主轴上，标定件能够随主轴给定的速度做回转运动，测量仪器主轴的回转信号作为触发信号触发传感器进行数据采集，获取到标定件表面在传感器坐标系下的点云信息{D_s}。根据S1的坐标关系，由公式(1)得到标定件在标定件坐标系下的点云信息{D_c}。

D_c＝M·D_s (1)

其中，M为传感器坐标系与标定件坐标系之间的变换矩阵，它与传感器空间位姿的六个自由度参数a、b、c、α、β、γ相关。

S3：标定特征提取。

根据S2获取到的标定件的点云信息{D_c:x_c,y_c,z_c}，可根据几何特征将标定件信息提取为圆柱面点云信息{D_c-Y:x_c-Y,y_x-Y,z_c-Y}、平面点云信息{D_c-P:x_c-P,y_c-P,z_c-P}和V型槽点云信息{D_c-V:x_c-V,y_c-V,z_c-V}，如图7所示。每一个特征信息里都包含有传感器空间位姿的六个自由度参数a、b、c、α、β、γ。其中，x_c,y_c,z_c分别为标定件点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y分别为标定件的圆柱面点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-P,y_c-P,z_c-P分别为标定件的平面点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-V,y_c-V,z_c-V分别为标定件的V型槽点云信息在空间中的三维坐标值。

S4：六个自由度参数的标定。

根据S3提取到的标定件特征信息，逐一确定传感器空间位姿的六个自由度参数。

首先，根据S3提取到的圆柱面点云信息{D_c-Y:x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y}，公式(2)使用最小二乘拟合优化程序，可确定传感器空间位姿的两个偏转角度α、β。

其中，r₀为标定件外圆柱的半径。

然后，根据S3提取到的平面点云信息{D_c-P:x_c-P,y_c-P,z_c-P}，由公式(3)使用最小二乘拟合优化程序进行两次优化，第一次优化的结果作为第二次优化的初值进行优化修正，可确定传感器空间位姿的一个角度参数γ和两个位置参数a、b。

min{∑|x_c-P cosθ₀+y_c-_P sinθ₀-r_f|} (3)

其中，r_f为标定件平面与被测齿轮齿根圆相关的参数，为被测齿轮齿根圆半径；θ₀为标定件平面的初始位置角。

最后，根据S3提取到的V型槽点云信息{D_c-V:x_c-V,y_c-V,z_c-V}，由公式(4)确定V型槽两锥面的交线位置，进而可确定传感器空间位姿的最后一个位置参数c。

z_c-V＝z_s+c (4)

至此，线激光传感器空间位姿关系确认，完成标定。

本发明提供一种用于齿轮三维测量的线激光传感器空间位姿标定件及标定方法，具有如下特征：

1、该标定件整体结构简单，现有的加工制造工艺能够很好的满足几何特征高精度的加工需求。

2、齿轮测量中心测量工艺相结合，标定操作简单易行，可实现线激光传感器的精确标定。

3、标定方法利用最小二乘对直线的拟合技术成熟，精度较高，能够真实反映实际坐标数值的相互关系。

附图说明

图1标定件的整体结构图

图2标定件的俯视结构图

图3标定件的YOZ平面剖视结构图

图4标定件与待测齿轮产品的结构对比图

图5标定件与待测齿轮产品YOZ平面剖视结构对比图

图6标定系统的坐标系建立示意图

图7(a)标定件点云信息

图7(b)标定件外圆柱面点云信息

图7(c)标定件平面点云信息

图7(d)标定件V型槽点云信息

图中：1、过渡斜面I，2、基准平面I，3、过渡斜面II，4、外圆柱面I，5、外圆柱面II，6、V型槽，7、过渡斜面III，8、基准平面II，9、过渡斜面IV，10、下端面，11、上端面，12、过渡斜面V，13、基准平面III，14、过渡斜面VI，15、内圆柱面。

具体实施方式

下面结合附图及加工实例对本发明进一步说明。

本发明所涉及的线激光传感器空间位姿标定件，包括中心旋转结构体，所述中心旋转结构体的上下端面为平整结构；所述中心旋转结构体的侧面设有多个特定几何形状单元，每个结构单元包括外圆柱面I(4)、V型槽(6)和外圆柱面II(5)，所述的V型槽(6)设置在外圆柱面I(4)与外圆柱面II(5)中间，外圆柱面I(4)和外圆柱面II(5)上下对称布置；各个结构单元之间设有竖直断面结构，竖直断面结构为中心旋转结构体的侧面竖直结构面；中心旋转结构体的中间设有内圆柱面(15)；如图1所示，所述的竖直断面结构单元为U槽平面结构，分别为过渡斜面I(1)，基准平面I(2)，过渡斜面II(3)，过渡斜面III(7)，基准平面II(8)，过渡斜面IV(9)，过渡斜面V(12)，基准平面III(13)，过渡斜面VI(14)；下端面(10)和上端面(11)为中心旋转结构体的上下端面。

本发明所涉及标定件的内圆柱面(15)为标定件的定位基准，对其尺寸和形位公差有严格要求，其与被测齿轮具有一致的孔径尺寸(图5)，为实现径向定位精度的准确性要求内圆面的圆柱度为0.3μm。

本发明所涉及标定件的基准平面I(2)、基准平面II(8)、基准平面III(13)具有相同的平面结构，保证独立平面度为1μm，它们相对于中心轴的距离有一致性(图2、图5)并与待测齿轮的齿根圆直径尺寸相关；基准平面I(3)、基准平面II(11)、基准平面III(18)均相对于下端面(14)垂直度为1μm；基准平面I(3)与基准平面III(18)平行度1μm；基准平面I(3)与基准平面III(18)关于中心线对称度1μm；基准平面II(11)与基准平面I(3)、基准平面III(18)相互垂直度为1μm。

过渡斜面I(1)和过渡斜面II(3)、过渡斜面III(7)和过渡斜面IV(9)、过渡斜面V(12)和过渡斜面VI(14)具有相同的平面结构，保证独立平面度为1μm。分别与基准平面I(2)、基准平面II(8)、基准平面III(13)形成一个特定的角度值，根据待测齿轮参数确定。六个过渡斜面分别与下端面(10)保持垂直度为1μm。过渡斜面I(1)和过渡斜面II(3)、过渡斜面III(7)和过渡斜面IV(9)、过渡斜面V(12)和过渡斜面VI(14)分别关于中心线保持对称度为1μm。

本发明所涉及标定件的外圆柱面I(4)、外圆柱面II(5)具有一致的圆柱度0.3μm；总体尺寸与待测齿轮的齿顶圆相关联(图2、图5)；与标定件的定位基准内圆面(15)同轴度为1μm。

本发明所涉及标定件的V型槽(6)在标定件外圆柱面加工成型，将外圆柱面分成了外圆柱面I(4)和外圆柱面II(5)，V型槽的两侧锥面全跳动为1μm；V型槽具有特定的宽度值，根据齿轮参数确定。

本发明所涉及标定件的下端面(10)、上端面(11)为标定件的辅助基准面，分别独立具有平面度1μm；两个平面与标定件的定位基准内圆面(15)具有垂直度为1μm；两个平面相互平行，具有平面度为1μm；两个平面间的尺寸与被测齿轮的齿宽相互关联(图4、图5)。

以上为本发明标定件的具体实施方式。

本发明还涉及关于标定件的具体标定方法，该方法的具体步骤如下：

S1.建立线激光传感器与标定件的位置模型：

建立如图6所示的标定系统坐标系，包括：标定件坐标系δ_c:O_c-X_cY_cZ_c和传感器坐标系δ_s:O_s-X_sY_sZ_s。其中，δ_c为标定件坐标系的标号，O_c为标定件坐标系的原点，X_c、Y_c、Z_c为标定件坐标系的三个坐标轴。δ_s为传感器坐标系的标号，O_s为传感器坐标系的原点，X_s、Y_s、Z_s为传感器坐标系的三个坐标轴。传感器布置在标定件的周向，传感器坐标系原点O_s相对于标定件坐标系原点O_c在标定件坐标系三个坐标轴方向的偏置分别为a、b、c。传感器坐标系的三个坐标轴X_s、Y_s、Z_s相对于标定件坐标系三个坐标轴X_c、Y_c、Z_c的偏转角分别为α、β、γ。因此，a、b、c、α、β、γ构成了传感器在标定件坐标系下的六个自由度参数，传感器的空间位姿标定，也就是标定这六个自由度参数。

S2：标定数据获取及坐标变换。

根据S1建立的坐标系及坐标关系，将标定件安装在测量仪器主轴上，标定件能够随主轴给定的速度做回转运动，测量仪器的主轴回转信号作为触发信号触发传感器进行数据采集，获取到标定件表面在传感器坐标系下的点云信息{D_s}。根据S1的坐标关系，由公式(1)得到标定件在标定件坐标系下的点云信息{D_c}。

D_c＝M·D_s (1)

其中，M为传感器坐标系与标定件坐标系之间的变换矩阵，它与传感器空间位姿的六个自由度参数a、b、c、α、β、γ相关。

S3：标定特征提取。

根据S2获取到的标定件的点云信息{D_c:x_c,y_c,z_c}，可根据几何特征将标定件信息提取为圆柱面点云信息{D_c-Y:x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y}、平面点云信息{D_c-P:x_c-P,y_c-P,z_c-P}和V型槽点云信息{D_c-V:x_c-V,y_c-V,z_c-V}，如图7所示。每一个特征信息里都包含有传感器空间位姿的六个自由度参数a、b、c、α、β、γ。其中，x_c,y_c,z_c分别为标定件点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y分别为标定件的圆柱面点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-P,y_c-P,z_c-P分别为标定件的平面点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-V,y_c-V,z_c-V分别为标定件的V型槽点云信息在空间中的三维坐标值。

S4：六个自由度参数的标定。

根据S3提取到的标定件特征信息，逐一确定传感器空间位姿的六个自由度参数。

首先，根据S3提取到的圆柱面点云信息{D_c-Y:x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y}，公式(2)使用最小二乘拟合优化程序，可确定传感器空间位姿的两个偏转角度α、β。

其中，r₀为标定件外圆柱的半径。

然后，根据S3提取到的平面点云信息{D_c-P:x_c-P,y_c-P,z_c-P}，由公式(3)使用最小二乘拟合优化程序进行两次优化，第一次优化的结果作为第二次优化的初值进行优化修正，可确定传感器空间位姿的一个角度参数γ和两个位置参数a、b。

min{∑|x_c-P cosθ₀+y_c-P sinθ₀-r_f|} (3)

其中，r_f为标定件平面与被测齿轮齿根圆相关的参数，为被测齿轮齿根圆半径；θ₀为标定件平面的初始位置角。

最后，根据S3提取到的V型槽点云信息{D_c-V:x_c-V,y_c-V,z_c-V}，由公式(4)确定V型槽两锥面的交线位置，进而可确定传感器空间位姿的最后一个位置参数c。

z_c-V＝z_s+c (4)

至此，线激光传感器空间位姿关系确认，完成标定。

本发明提供一种用于齿轮三维测量的线激光传感器空间位姿标定件及标定方法。该标定件整体结构简单，现有的加工制造工艺能够很好的满足高精度几何特征的加工需求；齿轮测量中心测量工艺相结合，标定操作简单易行，可实现线激光传感器的精确标定；标定方法利用最小二乘对直线的拟合技术成熟，精度较高，能够真实反映实际坐标数值的相互关系。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件，其特征在于：包括中心旋转结构体，所述中心旋转结构体的上下端面为平整结构；所述中心旋转结构体的侧面设有多个特定几何形状单元，每个结构单元包括外圆柱面I(4)、V型槽(6)和外圆柱面II(5)，所述的V型槽(6)设置在外圆柱面I(4)与外圆柱面II(5)中间，外圆柱面I(4)和外圆柱面II(5)上下对称布置；各个结构单元之间设有竖直断面结构，竖直断面结构为中心旋转结构体的侧面竖直结构面；中心旋转结构体的中间设有内圆柱面(15)；如图1所示，所述的竖直断面结构单元为U槽平面结构，分别为过渡斜面I(1)，基准平面I(2)，过渡斜面II(3)，过渡斜面III(7)，基准平面II(8)，过渡斜面IV(9)，过渡斜面V(12)，基准平面III(13)，过渡斜面VI(14)；下端面(10)和上端面(11)为中心旋转结构体的上下端面。

2.根据权利要求1所述的一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件，其特征在于：内圆柱面为标定件的定位基准，对其尺寸和形位公差有严格要求，与被测齿轮具有一致的孔径尺寸，为实现径向定位精度的准确性要求内圆面的圆柱度为0.3μm。

3.根据权利要求1所述的一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法，其特征在于：基准平面I、基准平面II、基准平面III具有相同的平面结构，保证独立平面度为1μm，它们相对于中心轴的距离有一致性并与待测齿轮的齿根圆直径尺寸相关；基准平面I、基准平面II、基准平面III均相对于下端面垂直度为1μm；基准平面I与基准平面III平行度1μm；基准平面I与基准平面III关于中心线对称度1μm；基准平面II与基准平面I、基准平面III相互垂直度为1μm。

4.根据权利要求1所述的一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法，其特征在于：所述过渡斜面I(1)和过渡斜面II(3)、过渡斜面III(7)和过渡斜面IV(9)、过渡斜面V(12)和过渡斜面VI(14)具有相同的平面结构，保证独立平面度为1μm；分别与基准平面I(2)、基准平面II(8)、基准平面III(13)形成一个特定的角度值，根据待测齿轮参数确定；六个过渡斜面分别与下端面(10)保持垂直度为1μm；过渡斜面I(1)和过渡斜面II(3)、过渡斜面III(7)和过渡斜面IV(9)、过渡斜面V(12)和过渡斜面VI(14)分别关于中心线保持对称度为1μm。

5.根据权利要求1所述的一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法，其特征在于：外圆柱面I、外圆柱面II具有一致的圆柱度0.3μm；总体尺寸与待测齿轮的齿顶圆相关联；与标定件的定位基准内圆面同轴度为1μm。

6.根据权利要求1所述的一种U槽平面式线激光传感器位姿标定件及标定方法，其特征在于：V型槽将外圆面分成了外圆面I和外圆面II，V型槽的两侧锥面全跳动为1μm；V型槽具有特定的宽度值，根据待测齿轮参数确定；

下端面、上端面为标定件的辅助基准面，分别独立具有平面度1μm；两个平面与标定件的定位基准内圆柱面具有垂直度为1μm；两个平面相互平行且平面度为1μm；两个平面间的尺寸与被测齿轮的齿宽相互关联。

7.一种用于齿轮测量的线激光传感器空间位姿标定方法，具体步骤如下：

标定系统的坐标系建立；

标定数据获取及坐标变换；

标定特征提取；

六个自由度参数的标定；

线激光传感器空间位姿关系确认，标定完毕；

S1：标定系统的坐标系建立；

建立标定系统坐标系，包括：标定件坐标系δ_c:O_c-X_cY_cZ_c和传感器坐标系δ_s:O_s-X_sY_sZ_s；其中，δ_c为标定件坐标系的标号，O_c为标定件坐标系的原点，X_c、Y_c、Z_c为标定件坐标系的三个坐标轴；δ_s为传感器坐标系的标号，O_s为传感器坐标系的原点，X_s、Y_s、Z_s为传感器坐标系的三个坐标轴；传感器布置在标定件的周向，传感器坐标系原点Os相对于标定件坐标系原点O_c在标定件坐标系三个坐标轴方向的偏置分别为a、b、c；传感器坐标系的三个坐标轴X_s、Y_s、Z_s相对于标定件坐标系三个坐标轴X_c、Y_c、Z_c的偏转角分别为α、β、γ；因此，a、b、c、α、β、γ构成了传感器在标定件坐标系下的六个自由度参数，传感器的空间位姿标定，也就是标定这六个自由度参数；

S2：标定数据获取及坐标变换；

根据S1建立的坐标系及坐标关系，将标定件安装在测量仪器主轴上，标定件能够随主轴给定的速度做回转运动，测量仪器的主轴回转信号作为触发信号触发传感器进行数据采集，获取到标定件表面在传感器坐标系下的点云信息{D_s}；根据S1的坐标关系，由公式(1)得到标定件在标定件坐标系下的点云信息{D_c}；

D_c＝M·D_s (1)

其中，M为传感器坐标系与标定件坐标系之间的变换矩阵，它与传感器空间位姿的六个自由度参数a、b、c、α、β、γ相关；

S3：标定特征提取；

根据S2获取到的标定件的点云信息{D_c:x_c,y_c,z_c}，根据几何特征将标定件信息提取为圆柱面点云信息{D_c-Y:x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y}、平面点云信息{D_c-P:x_c-P,y_c-P,z_c-P}和V型槽点云信息{D_c-V:x_c-V,y_c-V,z_c-V}，；每一个特征信息里都包含有传感器空间位姿的六个自由度参数a、b、c、α、β、γ；其中，x_c,y_c,z_c分别为标定件点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y分别为标定件的圆柱面点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-P,y_c-P,z_c-P分别为标定件的平面点云信息在空间中的三维坐标值，x_c-V,y_c-V,z_c-V分别为标定件的V型槽点云信息在空间中的三维坐标值；

S4：六个自由度参数的标定：

根据S3提取到的标定件特征信息，逐一确定传感器空间位姿的六个自由度参数；

首先，根据S3提取到的圆柱面点云信息{D_c-Y:x_c-Y,y_c-Y,z_c-Y}，由公式(2)使用最小二乘拟合优化程序，可确定传感器空间位姿的两个偏转角度参数α、β；

其中，r₀为标定件外圆柱的半径；

然后，根据S3提取到的平面点云信息{D_c-P:x_c-P,y_c-P,z_c-P}，由公式(3)使用最小二乘拟合优化程序进行两次优化，第一次优化的结果作为第二次优化的初值进行优化修正，可确定传感器空间位姿的一个角度参数γ和两个位置参数a、b；

min{∑|x_c-Pcosθ₀+y_c-Psinθ₀-r_f|} (3)

其中，r_f为标定件平面与被测齿轮齿根圆相关的参数，为被测齿轮齿根圆半径；θ₀为标定件平面的初始位置角；

最后，根据S3提取到的V型槽点云信息{D_c-V:x_c-V,y_c-V,z_c-V}，由公式(4)确定V型槽两锥面的交线位置，进而可确定传感器空间位姿的最后一个位置参数c；

z_c-V＝z_s+c (4)

至此，线激光传感器空间位姿关系确认，完成标定。

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