本發(fā)明涉及一種用于大尺寸空間測量的雙旋轉(zhuǎn)激光平面發(fā)射機(jī)的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，以非線性方法優(yōu)化求解兩個(gè)激光平面在初始時(shí)刻的法向量，再推導(dǎo)出發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)。

背景技術(shù)：

隨著航空、航天、船舶和大型電站等領(lǐng)域在制造裝配過程中對(duì)大型部件精確定位和位姿實(shí)時(shí)測控的要求不斷提高，大尺寸測量技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。目前國際上應(yīng)用較成熟的大尺寸測量技術(shù)有激光跟蹤儀測量系統(tǒng)、經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)以及數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)等。但是這些技術(shù)都存在一些缺點(diǎn)，如激光跟蹤儀在測量過程中會(huì)出現(xiàn)丟光的現(xiàn)象，經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)每次測量時(shí)都需人工對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，這樣不僅會(huì)降低工作效率，而且會(huì)人為引入誤差。在大尺寸測量技術(shù)中，有單位申報(bào)了名稱為基于雙旋轉(zhuǎn)激光平面發(fā)射機(jī)網(wǎng)絡(luò)的空間定位方法，申請?zhí)枺?008010150383.5的專利，該專利公開了一種使用雙旋轉(zhuǎn)激光平面掃描進(jìn)行空間定位的方法，但沒有涉及具體發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種雙旋轉(zhuǎn)激光平面發(fā)射機(jī)的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)快速、精確標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)全方位、大尺寸的精確測量。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種雙旋轉(zhuǎn)激光平面發(fā)射機(jī)的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)在交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)內(nèi)部安裝兩個(gè)紅色線性激光器，工作時(shí)向空間內(nèi)發(fā)出兩道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號(hào)，LED脈沖信號(hào)作為激光平面旋轉(zhuǎn)的初始時(shí)刻；

2.將發(fā)射機(jī)放置在距三維標(biāo)定臺(tái)約5m處，并在三維標(biāo)定臺(tái)上安裝一個(gè)光電傳感器，用于接收光信號(hào)；

3.粗測發(fā)射機(jī)在三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，設(shè)定初始值；

4.在三維標(biāo)定臺(tái)上移動(dòng)光電傳感器采集信號(hào)，作為標(biāo)定數(shù)據(jù)，移動(dòng)方式為：沿Z軸正向移動(dòng)3行，每行相距100mm并采集11個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定點(diǎn)之間相距50mm；

5.進(jìn)行標(biāo)定，求解模型參數(shù)、、及，模型如下：

其中，n：標(biāo)定點(diǎn)編號(hào)，

R、T：發(fā)射機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和

平移矩陣；

、：兩個(gè)激光平面在初始時(shí)刻的法向量；

、：激光平面從初始位置旋轉(zhuǎn)到光電傳感器時(shí)的旋轉(zhuǎn)矩陣，

分別是特征時(shí)間、的函數(shù)；

：三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系中標(biāo)定點(diǎn)的坐標(biāo)；

6.推導(dǎo)發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)；

本發(fā)明設(shè)計(jì)原理采用非線性和線性相結(jié)合的方法。使用高精度三維標(biāo)定臺(tái)采集光電傳感器數(shù)據(jù)，以非線性優(yōu)化的方法求解激光平面法向量，再以線性方法推導(dǎo)出發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)，保證了內(nèi)參數(shù)的標(biāo)定精度，而且該內(nèi)參數(shù)為發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，發(fā)射機(jī)出廠后內(nèi)參數(shù)只需標(biāo)定一次，可重復(fù)使用，提高了工作效率；此外，本發(fā)明中的標(biāo)定算法簡單、易實(shí)現(xiàn)，且在優(yōu)化求解時(shí)，對(duì)初值選取要求不高。

附圖說明

圖1為發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定示意圖。

圖3為發(fā)射機(jī)激光平面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。

一種雙旋轉(zhuǎn)激光平面發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：

1.如圖1所示，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)內(nèi)部安裝兩個(gè)紅色線性激光器，并在交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)，工作時(shí)向空間內(nèi)發(fā)出兩道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號(hào)，LED脈沖信號(hào)作為激光平面旋轉(zhuǎn)的初始時(shí)刻；

2.如圖2所示，建立三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系，將發(fā)射機(jī)放置在距三維標(biāo)定臺(tái)約5m處，并在三維標(biāo)定臺(tái)上安裝一個(gè)光電傳感器，用于接收光信號(hào)；

3.利用卷尺粗測發(fā)射機(jī)在三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，設(shè)定初始值，初始值格式為,其中為發(fā)射機(jī)在三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

4.如圖2所示，在三維標(biāo)定臺(tái)上移動(dòng)光電傳感器采集信號(hào)，作為標(biāo)定數(shù)據(jù)，移動(dòng)方式為：沿Z軸正向移動(dòng)3行，每行相距100mm并采集11個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定點(diǎn)之間相距50mm；

5.進(jìn)行標(biāo)定，求解模型參數(shù)、、及，模型如下：

其中，n：標(biāo)定點(diǎn)編號(hào)，

R、T：發(fā)射機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和

平移矩陣；

、：兩個(gè)激光平面在初始時(shí)刻的法向量；

、：激光平面從初始位置旋轉(zhuǎn)到光電傳感器時(shí)的旋轉(zhuǎn)矩陣，

分別是特征時(shí)間、的函數(shù)；

：三維標(biāo)定臺(tái)坐標(biāo)系中標(biāo)定點(diǎn)的坐標(biāo)；

6.推導(dǎo)發(fā)射機(jī)內(nèi)參數(shù)，推導(dǎo)步驟如下：

I.如圖3所示，計(jì)算兩個(gè)激光平面和在發(fā)射機(jī)坐標(biāo)系下的平面方程以及與水平面的交線和的方程，模型如下：

和

其中：是激光平面1在初始時(shí)刻的法向量；

是激光平面2在初始時(shí)刻的法向量；

II.計(jì)算兩個(gè)激光平面在水平面上的夾角，模型如下：

其中：是交線的方向向量；

是交線的方向向量；

III.計(jì)算兩個(gè)激光平面與旋轉(zhuǎn)軸的夾角和，以為例，模型如下：

其中：是激光平面1在初始時(shí)刻的法向量；

是過旋轉(zhuǎn)軸平面的法向量。