CN217900755U - 一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，属于扫描校准技术领域，解决了现有技术中扫描装置仅仅能够实现实验室校准、无法对内尺寸扫描进行校准的问题。本实用新型的标准器包括：球杆标准器和孔杆标准器；所述球杆标准器的两端分别设有第一标准球和第二标准球；所述孔杆标准器上设有第一标准孔和第二标准孔。本实用新型通过激光雷达扫描装置对球杆标准器和孔杆标准器进行测量，实现了对激光雷达扫描装置的校准。

Description

一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器

技术领域

本实用新型涉及扫描校准技术领域，尤其涉及一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器。

背景技术

复合式视觉激光雷达扫描装置是一种对大型被测舱体进行测量的主要测量部件。对大型被测舱体的形貌测量，包括大型被测舱体的高度、对接孔拟合圆直径、圆度、垂直度、基准偏扭等。通常复合式视觉激光雷达扫描装置置于一个可稳定升降的工作台上，以满足不同高度的测量需求。由于复合式视觉激光雷达扫描装置长期置于检验生产现场，且可升降工作台与地面连接，无法快速拆卸。

厂房内环境条件为：温度为(20±5)℃，湿度(20～70)％。如将其从升降工作台上拆下送进实验室进行校准，则待到重新安装到升降工作台上时，由于安装误差的存在使得拆装前后的坐标原点及坐标系难以保持一致，由此会影响测量结果。

现有的校准方法是在实验室进行的，采用基于激光干涉仪的长导轨作为长度标准，对两个球进行扫描测量。

现有技术的不足之处是：

1.仅能在实验室内开展校准工作，实验室校准结果与实际工况并不相符。

2.缺乏具有内凹孔特征的标准器，无法对扫描装置扫描内尺寸形成的距离的准确度进行校准。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，用以解决现有的校准技术仅仅能够实现实验室校准、扫描具有内凹孔特征的物体时无法实现对扫描装置的校准等问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，包括：球杆标准器和孔杆标准器；所述球杆标准器的两端分别设有第一标准球和第二标准球；所述孔杆标准器上设有第一标准孔和第二标准孔。

进一步地，所述球杆标准器的侧面设置第一安装固定孔和第二安装固定孔。

进一步地，所述孔杆标准器的侧面设置第三安装固定孔和第四安装固定孔。

进一步地，所述球杆标准器和孔杆标准器均为铟钢材料。

进一步地，第一安装固定孔和第二安装固定孔的孔心距与球杆标准器的球心距的比值为0.61536。

进一步地，第三安装固定孔和第四安装固定孔的孔心距与第一标准孔和第二标准孔的孔心距的比值为0.61536。

进一步地，第一标准球和第二标准球的直径均为100mm。

进一步地，第一标准球和第二标准球的直径差控制在5～8μm。

进一步地，所述球杆标准器的第一标准球和第二标准球的球心距标准值为1m。

进一步地，所述孔杆标准器的第一标准孔和第二标准孔的孔心距标准值为1m。

进一步地，所述球杆标准器和孔杆标准器的表面反射率不低于70％。

本实用新型技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.本实用新型的标准器，通过固定球杆标准器和孔杆标准器，采用激光雷达扫描装置对球心距和孔心距进行测量，能够实现在厂房现场对复合式视觉激光雷达扫描装置进行校准，解决了实验室校准与现场应用不一致的问题。

2.本实用新型的标准器，球杆标准器和孔杆标准器均采用铟钢材料、长度为1m、且表面反射率不低于70％，能够克服温度变化、自重变形和表面反射率对测量精准度的影响。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为铆接舱体进行形貌扫描时的扫描系统的结构示意图；

图2为本实用新型的球杆标准器的结构示意图；

图3为本实用新型的孔杆标准器的结构示意图。

附图标记：

1-球杆标准器；2-孔杆标准器；3-激光雷达扫描装置；4-升降台；5-被测舱体；6-地面；

11-第一固定孔；12-第二固定孔；13-第一标准球；14-第二标准球；

21-第三固定孔；22-第四固定孔；23-第一标准孔；24-第二标准孔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，如图2、图3所示，标准器包括：球杆标准器1和孔杆标准器2；所述球杆标准器1的两端分别设有第一标准球13和第二标准球14；所述孔杆标准器2上设有第一标准孔23和第二标准孔24。

具体地，所述球杆标准器1的侧面设置第一安装固定孔11和第二安装固定孔12。

所述孔杆标准器2的侧面设置第三安装固定孔21和第四安装固定孔22。

具体地，第一安装固定孔11和第二安装固定孔12的孔心距等于第三安装固定孔21和第四安装固定孔22的孔心距。

进一步地，第一安装固定孔11、第二安装固定孔12、第三安装固定孔21和第四安装固定孔22为直径相同的螺纹孔。对应地，为了方便球杆标准器1和孔杆标准器2的固定，设置固定平台，固定平台上设置两个螺纹孔；通过在第一安装固定孔11和第二安装固定孔12中安装螺钉将球杆标准器1固定在固定平台上；通过在第三安装固定孔21和第四安装固定孔22中安装螺钉，将孔杆标准器2固定在固定平台上。

进一步地，如图2所示，第一安装固定孔11和第二安装固定孔12的孔心距与球杆标准器1的球心距的比值为0.61536。对应地，如图3所示，第三安装固定孔21和第四安装固定孔22的孔心距与孔杆标准器2的标准孔的孔心距的比值为0.61536。

本实用新型的一种具体实施方式中，球杆标准器1的第一标准球13和第二标准球14的球心距标准值为1m。

本实用新型的一种具体实施方式中，球杆标准器1的第一标准球13和第二标准球14的直径均为100mm。球杆标准器1的总长1100mm。

本实用新型的一种具体实施方式中，孔杆标准器2的第一标准孔23和第二标准孔24的孔心距标准值为1m。

本实用新型中，激光雷达扫描装置3为复合式视觉激光雷达扫描装置的简称。

实施时：

采用图2、图3中的球杆标准器1和孔杆标准器2作为激光雷达扫描装置3的校准标准器，通过测量第一标准孔23和第二标准孔24的孔心距和第一标准球13和第二标准器24之间的球心距，对图1中的激光雷达扫描装置3进行现场校准。

当测得的数据与球杆标准器1和孔杆标准器2的标准尺寸的误差不符合要求时，则对激光雷达扫描装置3进行调试后再次测量，直至符合要求，完成对激光雷达扫描装置3的校准。

如图1所示，校准完成后，被测舱体5固定在地面6的上方；激光雷达扫描装置3安装在升降台4的上方，对圆环形的被测舱体5进行扫描，扫描能够获得被测舱体5内表面的凸起高度、对接孔拟合圆直径、圆度等进行监测。

由于校准在厂房现场进行，因此如何保证校准的可靠性是本实用新型的关键。影响校准方法的因素有：环境温度、被测物体尺寸、物体表面反射率、测量特征的一致性。

1)厂房内环境条件为：温度为(20±5)℃，湿度(20～70)％，温度变化较大，由于金属存在热胀冷缩效应，因此需要消除因温度变化引起的误差。

本实用新型的一种具体实施方式中，标准器的球杆标准器1和孔杆标准器2均采用铟钢材料。球杆标准器1和孔杆标准器2的膨胀系数均为1.5×10-⁶℃^-1，对环境温度的敏感性低，克服了现场环境温度对测量造成的影响。

2)由于大型被测物体尺寸通常大于1m，因此标准器提供的标准长度设计为1m，由于长度较长，因此需要避免自重变形产生的误差。

本实用新型的一种具体实施方式中，在球杆标准器1和孔杆标准器2的侧面均留有两个安装固定孔，其距离符合贝塞尔支点要求。

具体地，球杆标准器1的侧面设置第一固定孔11和第二固定孔12，孔杆标准器2的侧面设置第三固定孔21和第四固定孔22。第一固定孔11和第二固定孔12之间、第三固定孔21和第四固定孔22之间的孔间距均为615.36mm。本实用新型中，通过设置固定孔的孔间距与标准器的长度之间的比例，能够最大限度的减少标准器的自重变形，克服了标准器自重变形对测量结果的影响。

3)复合式视觉激光雷达扫描装置采用视觉加激光扫描的测量方法，主要对物体的表面进行测量，因此对被测物体表面的反射率具有一定要求，要求反射率要求为不低于70％。

本实用新型的一种具体实施方式中，在标准器表面做灰色哑光处理，使球杆标准器1和孔杆标准器2的反射率要求为不低于70％。通过设置球杆标准器1和孔杆标准器2的表面颜色和反射率，在对激光雷达扫描装置3进行校准时，能够减少被测物体表面反射率过低对校准精度的影响。

4)由于校准时升降台4会升高，因此，激光雷达扫描装置3对标准器进行测量时，会从不同角度对球杆标准器1和孔杆标准器2进行测量，同时要对多次测量后获得的所有点云数据进行组合计算，因此要求球杆标准器1的两个标准球具有有较好的一致性。

本实用新型的一种具体实施方式中，第一标准球13和第二标准球14的单个球体不同方向的直径差值控制在3～5μm，第一标准球13的直径和第二标准球14的直径之间的差值控制在5～8μm，使得激光雷达扫描装置3能在任意方向上对球杆标准器1进行测量。

实施例2

本实用新型基于实施例1的标准器，提供了一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的方法：

步骤S1：校准激光雷达扫描装置3对“凸体特征”的扫描精准度时：通过球杆标准器1上的第一固定孔11、第二固定孔12将球杆标准器1固定在激光雷达扫描装置1的前方1m～2m处；同样地，校准激光雷达扫描装置3对“内凹特征”的扫描精准度时：通过孔杆标准器2上的第三固定孔21和第四固定孔22将孔杆标准器2固定在激光雷达扫描装置3的前方1m～2m处。

步骤S2：启动激光雷达扫描装置3对孔杆标准器2和球杆标准器1进行测量，测量形成第一次点云数据α₁(x_i,y_i,z_i)，并可获得孔心距L_孔1和球心距L_球1。

步骤S3：然后，启动升降台4，将激光雷达扫描装置3的高度升高1m,再次对孔杆标准器2和球杆标准器1进行测量，测量形成第一次点云数据α₂(x_i,y_i,z_i)，并可获得孔心距L_孔2和球心距L_球2。

步骤S4：以此类推，根据升降台4的实际可升高高度，可进行j次测量，形成第j次点云数据α_j(xi,yi,zi)，并可获得孔心距L_孔j和球心距L球j。

步骤S5：校准结果的判断为：

1.任意孔心距L_孔j和球心距L_球j减去标准孔心距和球心距形成的误差δ_孔和δ_球，均应小于激光雷达扫描装置3的精度指标。

2.由所有点云Σα_j(xi,yi,zi)形成的综合孔心距L_孔和综合球心距L_球减去标准孔心距和球心距形成的误差δ_孔和δ_球，均应小于激光雷达扫描装置3的精度指标。

值得注意的是：本实用新型的标准器，并非是直接对扫描装置进行调节，而是作为标称，通过将扫描数据与标称值进行比较，进而调节扫描装置实现校准。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，包括：球杆标准器(1)和孔杆标准器(2)；所述球杆标准器(1)的两端分别设有第一标准球(13)和第二标准球(14)；所述孔杆标准器(2)上设有第一标准孔(23)和第二标准孔(24)。

2.根据权利要求1所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，所述球杆标准器(1)的侧面设置第一安装固定孔(11)和第二安装固定孔(12)。

3.根据权利要求2所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，所述孔杆标准器(2)的侧面设置第三安装固定孔(21)和第四安装固定孔(22)。

4.根据权利要求3所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，第一安装固定孔(11)和第二安装固定孔(12)的孔心距与球杆标准器(1)的球心距的比值为0.61536。

5.根据权利要求4所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，第三安装固定孔(21)和第四安装固定孔(22)的孔心距与第一标准孔(23)和第二标准孔(24)的孔心距的比值为0.61536。

6.根据权利要求3或4所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，第一标准球(13)和第二标准球(14)的直径均为100mm。

7.根据权利要求6所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，第一标准球(13)的直径和第二标准球(14)的直径之间的差值控制在5～8μm。

8.根据权利要求1所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，所述球杆标准器(1)的第一标准球(13)和第二标准球(14)的球心距标准值为1m。

9.根据权利要求1所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，所述孔杆标准器(2)的第一标准孔(23)和第二标准孔(24)的孔心距标准值为1m。

10.根据权利要求1所述的现场校准复合式视觉激光雷达扫描装置的标准器，其特征在于，所述球杆标准器(1)和孔杆标准器(2)的表面反射率不低于70％。

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