專利名稱：一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，包括規(guī)劃測(cè)量系統(tǒng)的姿態(tài)和路徑，用于大尺寸三維形貌測(cè)量。
背景技術(shù)：
路徑規(guī)劃指規(guī)劃測(cè)量傳感器的運(yùn)動(dòng)路徑和測(cè)量姿態(tài)，保證測(cè)量的高效性、準(zhǔn)確性和完整性，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)化測(cè)量。它在提高生產(chǎn)效率，改善系統(tǒng)運(yùn)行的安全性能和節(jié)約生產(chǎn)成本等方面都具有非常積極的影響。其典型應(yīng)用是數(shù)控機(jī)床加工。在測(cè)量路徑規(guī)劃方面，主要有兩種情況，一是未知物體CAD (計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)， Computer Aided Design)模型，二是已知物體CAD模型。1)未知物體CAD模型。主要應(yīng)用于逆向工程，規(guī)劃方法是基于當(dāng)前測(cè)量視場(chǎng)信息規(guī)劃下一測(cè)量位置，不能全局規(guī)劃和離線規(guī)劃，不能滿足整體測(cè)量要求；2)已知物體CAD模型。規(guī)劃方法首先進(jìn)行體素劃分，再規(guī)劃路徑，不能完全反映全部三角面片的最佳測(cè)量，信息易丟失，另外利用體素劃分再規(guī)劃路徑增加一次誤差累計(jì)，規(guī)劃較復(fù)雜。目前，測(cè)量系統(tǒng)主要應(yīng)用于機(jī)械臂或三坐標(biāo)機(jī)，價(jià)格昂貴， 不宜推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，解決非接觸式路徑規(guī)劃使用場(chǎng)合受限等問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，該方法包括步驟1、計(jì)算傳感器最佳測(cè)量角度；傳感器最佳測(cè)量角度是傳感器能夠正確測(cè)量被測(cè)表面的角度姿態(tài)范圍，用傳感器中心軸線與被測(cè)表面法線之間的夾角來(lái)表示，等效于傳感器所能夠正確測(cè)量被測(cè)表面的范圍，用被測(cè)表面法線范圍來(lái)描述。首先建立光學(xué)條紋正弦性與被測(cè)表面的法線關(guān)系，再根據(jù)測(cè)量需求，設(shè)定條紋正弦性閾值范圍，從而計(jì)算得到左右相機(jī)最佳測(cè)量角度，并以左右相機(jī)最佳測(cè)量角度的交集作為傳感器最佳測(cè)量角度。步驟2、根據(jù)傳感器最佳測(cè)量角度，進(jìn)行基于高斯球原理的姿態(tài)規(guī)劃，確定傳感器旋轉(zhuǎn)測(cè)量姿態(tài)；(1)根據(jù)傳感器可能的測(cè)量姿態(tài)和傳感器最佳測(cè)量姿態(tài)，在高斯球上均勻規(guī)劃出 m個(gè)測(cè)量姿態(tài)的錐群，每個(gè)圓錐的中心軸線方向?qū)?yīng)一個(gè)傳感器測(cè)量姿態(tài)；(2)將所有面元的法向量映射到高斯球上，面元總數(shù)為η。設(shè)三角面元的法向量 V(Vx,Vy,Vz)，其映射到高斯球的球面上點(diǎn)坐標(biāo)P (Px，Py, Pz)，則
權(quán)利要求
1.一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟(1)計(jì)算傳感器最佳測(cè)量角度；(2)根據(jù)傳感器最佳測(cè)量角度，進(jìn)行基于高斯球原理的姿態(tài)規(guī)劃，確定傳感器旋轉(zhuǎn)測(cè)量姿態(tài)；(3)利用聚類方法進(jìn)行位置規(guī)劃，計(jì)算視場(chǎng)中心；(4)將視場(chǎng)中心投影，得到傳感器測(cè)量位置；(5)深孔深槽特殊規(guī)劃，得到深孔深槽的測(cè)量路徑結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述步驟(1)計(jì)算傳感器最佳測(cè)量角度，傳感器最佳測(cè)量角度是傳感器能夠正確測(cè)量被測(cè)表面的角度姿態(tài)范圍，用傳感器中心軸線與被測(cè)表面法線之間的夾角來(lái)表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述步驟( 根據(jù)傳感器最佳測(cè)量角度，進(jìn)行基于高斯球原理的姿態(tài)規(guī)劃，確定傳感器旋轉(zhuǎn)測(cè)量姿態(tài)，步驟為①根據(jù)傳感器可能的測(cè)量姿態(tài)和傳感器最佳測(cè)量姿態(tài)，在高斯球上均勻規(guī)劃測(cè)量姿態(tài)的錐群；②將所有面元的法向量映射到高斯球上，用點(diǎn)表示；③建立高斯球面上點(diǎn)坐標(biāo)與測(cè)量姿態(tài)錐群的數(shù)學(xué)關(guān)系；④去除冗余，保證一個(gè)點(diǎn)只與一個(gè)圓錐姿態(tài)相對(duì)應(yīng)；⑤重新計(jì)算點(diǎn)與錐群的數(shù)學(xué)關(guān)系，得到測(cè)量圓錐集合，即傳感器旋轉(zhuǎn)測(cè)量姿態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟C3)利用聚類方法進(jìn)行位置規(guī)劃，計(jì)算視場(chǎng)中心，步驟為①初始規(guī)劃根據(jù)三角面元分布范圍和傳感器測(cè)量范圍，等間隔均勻規(guī)劃測(cè)量位置，計(jì)算每個(gè)視場(chǎng)能夠測(cè)量的三角面元，統(tǒng)計(jì)視場(chǎng)個(gè)數(shù)；②將三角面元坐標(biāo)、初始測(cè)量位置和視場(chǎng)個(gè)數(shù)，輸入K-Means聚類算法，進(jìn)行迭代優(yōu)化；③計(jì)算每個(gè)視場(chǎng)的利用率；④根據(jù)所有視場(chǎng)利用率，判斷是否終止迭代循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟( 深孔深槽特殊規(guī)劃，是根據(jù)傳感器最佳測(cè)量角度計(jì)算得到系統(tǒng)測(cè)量孔徑比，并對(duì)深孔深槽進(jìn)行特殊規(guī)劃，得到測(cè)量路徑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，該方法能夠規(guī)劃大尺寸三維形貌測(cè)量中的傳感器測(cè)量路徑。本發(fā)明基于投影柵相位法，首先計(jì)算傳感器最佳測(cè)量角度；再利用高斯球原理，進(jìn)行姿態(tài)規(guī)劃，從而確定傳感器旋轉(zhuǎn)測(cè)量姿態(tài)；然后利用聚類方法進(jìn)行位置規(guī)劃，劃分視場(chǎng)，計(jì)算視場(chǎng)中心；最后，將視場(chǎng)中心投影，得到傳感器測(cè)量路徑規(guī)劃結(jié)果。本發(fā)明可以規(guī)劃出基于投影柵相位法測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量路徑，保證測(cè)量的高效性、準(zhǔn)確性和完整性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102176211SQ20101060701
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月26日
發(fā)明者吳盡龍, 姜宏志, 李旭東, 趙慧潔 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)