CN116953672B - 一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法，分别以标定后的N面每个面的角度位置为起始角度，利用N‑1面棱体标定一周，获得(N‑1)个角度点的误差数据，总共可获得N*(N‑1)个角度点的误差数据，数据角度间隔为360°/（N*(N‑1)），然后通过误差补偿，对转台进行角度补偿。该方法利用低面棱体，实现了对高精度转台的密集角度点标定与补偿。

Description

一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法
技术领域
本发明涉及精密测量领域，特别涉及一种用于激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法。
背景技术
激光雷达工作原理如图1所示。测距模块发出激光经过扫描反射镜反射到被测物表面上，可以测量得到仪器原点到被测物之间的距离L，同时，扫描反射镜可以绕X轴和Y轴旋转，通过二维正交测角光栅可以完成反射镜旋转角度的测量，其中绕X旋转角度为α，绕Y旋转角度为β，由此获得球坐标系下空间点的球坐标(L, α, β)，利用球坐标系与笛卡尔坐标系之间的转换关系就可以得到被测点的三维坐标(x, y, z)。
目前，现有两种方法进行转台角度标定，如附图2、3所示：
1、通过单一棱体进行标定，补偿之后，用不同于标定棱体面数的棱体进行复验。此方法标定点数被标定棱体面数所限制，面数不会超过36，角度位置少。标定角度少，从而导致标定精度低，无法满足激光雷达二维精密转台角度标定的要求。
2、通过多面棱体进行角度标定完一圈之后，将多面棱体任意转一个小角度θ，再对其角度进行标定，从而实现角度倍增标定。但是，由于转过的角度θ是由转台自带编码器反馈得到的，从而转过的角度θ存在一个系统误差Δθ，导致后续标定角度已无意义。因此也无法满足激光雷达二维精密转台角度标定的要求。
发明内容
针对激光雷达转台标定高点密度、高精度的要求，受限于棱体面数的制约，本公开拟提供一种适用于激光雷达二维转台角度的差分标定方法，利用低面棱体实现转台角度高点密度、高精度标定与补偿。
本公开提供的激光雷达二维转台角度的差分标定方法，包括以下步骤：
S0，将N面棱体通过工装放置于转台上，使其能随转台转动；
S1，调整工装，使棱体轴线与转台回转轴一致、光管Y轴与转台轴线平行；
S2，将待标定转台轴回零，手动调整N面棱体，使其1面对准光管；
S3，控制转台转动，对N面棱体标定一周，得到光管在N面棱体各个面的示值误差Yi，i=1、2、3、…、N；
S4，转台回零，将N面棱体换为N-1面棱体；
S5，手动调整N-1面棱体，使其1面对准光管；然后控制转台转动，对N-1面棱体标定一周，得到光管在N-1面棱体各个面的示值误差；转台回零；
S6，控制转台转到N面体的下一面对应的角度， N面体各个面对应的角度分别为（i*360°/N）+Yi，i=1、2、3、…、N；
重复步骤S5和 S6，直到N面棱体对应的N个角度点全部完成，此时共可测到N*(N-1)个角度误差数据，数据角度间隔为360°/（N*(N-1)）；
S6，对转台进行角度补偿。
进一步的，所述步骤S0中的工装包括：与转台平行的平面，以及与该平面垂直、用于安装棱体的轴，所述与转台平行的平面通过顶紧螺丝和拉伸螺丝与转台平面固连。
进一步的，所述步骤S1的方法具体包括：
调整所述顶紧螺丝和拉伸螺丝，以调整棱体角度，直到棱体随转台旋转一周过程中，1面、N/4面、N/2面、3N/4面的光管示值在2″以内，从而实现棱体轴线与转台回转轴一致，并对光管进行调丝操作，保证光管的Y轴与转台轴线平行，保证示值准确。
进一步的，在所述步骤S6中，通过拟合公式，对转台进行角度补偿，具体包括：
定义角度点为YN*(N-1)k，定义角度误差为EN*(N-1)k，其中，k=1、2、3、…、N*（N-1）；
通过函数f构建出相对应角度点YN*(N-1)k与角度误差为EN*(N-1)k，如下式所示，其中，f通常为多项式函数或者多项正弦函数：
。
进一步的，N=24。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：（1）通过N面和N-1面两个低面棱体，实现转台N*(N-1)个角度点误差标定，有效地提高角度测量细分倍数；（2）通过高密度角度点误差的获取并进行拟合补偿，提高了转台的角度标定与补偿精度；（3）操作便捷。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为激光雷达工作原理；
图2为二维转台标定示意图（主视图）；
图3为二维转台标定示意图（俯视图）；
图4为激光雷达二维转台角度的差分标定方法流程图；
图5为示例性棱体安装工装中顶紧螺丝与拉紧螺丝的位置；
图6为顶紧螺丝与拉紧螺丝安装示意图；
图7为转台转到N面棱体第i面对应角度后将N-1面棱体1面对准光管示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本公开提供了一种适用于激光雷达二维转台角度的差分标定方法，实现使用低面棱体实现转台角度高点密度、高精度标定与补偿。
根据本公开的示例性实施例流程图如附图4所示，包括以下步骤：
（1）控制待标定转台轴回到码盘零位。
（2）将N面棱体1面对准光管，通过调整图5、6中，三个顶紧螺丝和三个拉伸螺丝，调整棱体角度，直到棱体跟随转台旋转一周过程中，1面、N/4面、N/2面、3N/4面（面数不为整数，取整）光管示值在2″以内，由此保证棱体轴线与转台回转轴一致，并对光管进行调丝操作，保证光管的Y轴与转台轴线平行，保证示值准确；
（3）光管示值清零；
（4）控制转台转动，对N面棱体标定一周；
（5）记录光管在N面棱体各个面示值误差Yi，i=1、2、3、…、N；
（6）N面棱体测量一周后，将转台回零；
（7）将N面棱体取下，换装N-1面棱体；
（8）手动调整N-1面棱体的回转角度，使其1面（初始面）对准光管；
（9）将光管示值清零；
（10）控制转台转动，对N-1面棱体标定一周；
（11）记录光管在N-1面棱体各个面示值误差Y（i）j，j表示N-1面棱体的第j个面，j=1、2、3、…、N-1，i表示当前以N面棱体的第i个面对应的角度为起始点，i=1、2、3、…、N；
（12）控制转台转到N面体的下一面对应的角度，N面体各个面对应的角度分别为（i*360°/N）+Yi，i=1、2、3、…、N；
（13）重复步骤（8）~步骤（12），如图7所示；
（14）直到N面棱体对应的N个角度点全部完成；
（15）完成转台差分法测量，此时共可测到N*(N-1)个数据，数据角度间隔为360°/（N*(N-1)）。
以24面体和23面体为例，共可测到552个角度点误差，角度点角度间隔为0.652°。单独使用24面体，角度点误差间隔为15°，测量角度点误差个数为15，单独使用23面体，角度点误差间隔为15.652°，测量角度点误差个数为23。通过本公开提出的差分法，可有效地提高角度测量细分倍数；
（16）通过拟合公式，对转台进行角度补偿。
定义角度点为YN*(N-1)k，定义角度误差为EN*(N-1)k，其中，k=1、2、3、…、N*（N-1）。通过函数f可构建出相对应角度点YN*(N-1)k与角度误差为EN*(N-1)k，如下式所示，其中，f通常为多项式函数或者多项正弦函数。
另外也可以采用插值的方法进行补偿。
通过步骤（1）~步骤（16），采用低面棱体，实现对转台角度密集角度点误差补偿，提高了补偿点密度，从而保证转台角度补偿精度。
上述技术方案只是本发明的示例性实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (5)

1.一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法，包括以下步骤：
S0，将N面棱体通过工装放置于转台上，使其能随转台转动；
S1，调整工装，使棱体轴线与转台回转轴一致、光管Y轴与转台轴线平行；
S2，将待标定转台轴回零，手动调整N面棱体，使其1面对准光管；
S3，控制转台转动，对N面棱体标定一周，得到光管在N面棱体各个面的示值误差Yi，i=1、2、3、…、N；
S4，转台回零，将N面棱体换为N-1面棱体；
S5，手动调整N-1面棱体，使其1面对准光管；然后控制转台转动，对N-1面棱体标定一周，得到光管在N-1面棱体各个面的示值误差；转台回零；
S6，控制转台转到N面体的下一面对应的角度， N面体各个面对应的角度分别为（i*360°/N）+Yi，i=1、2、3、…、N；
重复步骤S5和 S6，直到N面棱体对应的N个角度点全部完成，此时共可测到N*(N-1)个角度误差数据，数据角度间隔为360°/（N*(N-1)）；
S7，对转台进行角度补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S0中的工装包括：与转台平行的平面，以及与该平面垂直、用于安装棱体的轴，所述与转台平行的平面通过顶紧螺丝和拉伸螺丝与转台平面固连。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1的方法具体包括：
调整所述顶紧螺丝和拉伸螺丝，以调整棱体角度，直到棱体随转台旋转一周过程中，1面、N/4面、N/2面、3N/4面的光管示值在2″以内，从而实现棱体轴线与转台回转轴一致，并对光管进行调丝操作，保证光管的Y轴与转台轴线平行，保证示值准确。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S7中，通过拟合公式，对转台进行角度补偿，具体包括：
定义角度点为Y N*(N-1)k，定义角度误差为EN*(N-1)k，其中，k=1、2、3、…、N*（N-1）；
通过函数f构建出相对应角度点Y N*(N-1)k与角度误差为EN*(N-1)k，如下式所示，其中，f通常为多项式函数或者多项正弦函数：
。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，所述N=24。
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