雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大尺寸空間測量方法設備技術領域，具體地，涉及一種雙旋轉激光平 面發射機的內參數標定方法。
【背景技術】
[0002] 隨著航空、航天、船舶和大型電站等領域在制造裝配過程中對大型部件精確定位 和位置實時測控的要求不斷提高，大尺寸測量技術在工業生產中的應用越來越廣泛。
[0003] 目前國際上應用較成熟的大尺寸測量技術有激光跟蹤儀測量系統、經煒儀測量系 統以及數字攝影測量系統等。但是這些技術都存在一些缺點，如激光跟蹤儀在測量過程中 會出現丟光的現象，經煒儀測量系統每次測量時都需人工對準目標，這樣不僅會降低工作 效率，而且會人為引入誤差。
[0004] 在大尺寸測量技術中，中國專利文獻"基于雙旋轉激光平面發射機網絡的空間定 位方法"（【申請號】2008010150383.5)，該專利公開了一種使用雙旋轉激光平面掃描進行空 間定位的方法，但沒有涉及具體發射機內參數標定方法，沒有具體的技術方案。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種雙旋轉激光平面發射機的內參 數標定方法。
[0006] 根據本發明的一個方面，提供一種雙旋轉激光平面發射機的內參數標定方法，其 特征是，包括如下步驟：
[0007] (1)在勻速旋轉平臺上安裝兩個線性激光器形成發射機，所述線性激光器發出兩 道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖信號，所述LED脈沖信號作為所述扇形激光平面 旋轉的初始時刻；
[0008] (2)在距所述發射機的預定距離位置設置一個三維標定臺，在所述三維標定臺上 安裝一個光電器，所述光電器用于接收所述兩個線性激光器的光信號，在所述三維標定臺 上建立三維坐標系XYZ，所述光電器設置于XZ平面上；
[0009 ] (3)設定所述發射機動的坐標初始值，所述坐標初始值格式為
[0010] (64 0 0 # 0 0』應（')其中（A B C)為所述發射機在三維標定臺的 5 坐標系中的坐標；
[0011] (4)在所述光電固定位置上沿Ζ軸正方向移動光電器，采集光電器移動標定點位置 的對應所述線性激光器的光信號;設所述光電器移動標定點為Ρ行q列；
[0012] (5)求解模型參數HR及T，模型如下： (叫⑴義）* (尸⑴-Γ ) = ο (i?i?2(1)iV2 )·(尸(1) -，）= ο (叫⑴入~）* (尸(2)-廠）=ο
[0013] I ^R2l2)JV2)· (p(2) ~ T J = 0 9' - rj = 0 )· (/)(")- '廠)=0
[0014] 其中:n:標定點編號，n = l，2,3…p*q,
[0015] R、T:發射機坐標系相對于三維標定臺坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣；
[0016] 見、N2:兩個激光平面在初始時刻的法向量；
[0017] 處)杷'激光平面從初始位置旋轉到光電傳感器時的旋轉矩陣，分別是特征時 間# #的函數；
[0018] Ρ(η):三維標定臺坐標系中標定點的坐標；
[0019] (6)根據第(5)步的模型參數推導發射機內參數，推導步驟如下：
[0020] (a)計算兩個激光平面LPjPLP2在發射機坐標系下的平面方程以及與水平面的交 線LjPL2的方程，模型如下： \LPl: axx + h^y + ctz = 0 |?ι: ayx + bxy = Ο )LP, : ?/.,.ν -1- b-,γ -1- 6·,ζ 0 [/, : cux + lxy = 0
[0022] 其中:m=(ai h C1)T是激光平面1在初始時刻的法向量；
[0023] n2=(a2 b2 c2)T是激光平面2在初始時刻的法向量；
[0024] (b)計算兩個激光平面在水平面上的夾角，模型如下： ? \ Γ Π V, · V.
[0025] Wrf - arecos ,,,, IhhKIJ f ... ?
[0026] 其中：h = 1 -1是交線U的方向向量； t h) / 'f
[0027] %= 1 - #是交線L2的方向向量； I丨'i
[0028] (c)計算兩個激光平面與旋轉軸的夾角約和％，以灼為例，模型如下： f \ r π n\ 9H1
[0029] φχ ~π-ανοοο^ .,,, IKrKU
[0030] 其中:m=(ai bl· C1)T是激光平面1在初始時刻的法向量； r
[0031] 1 ! 0是過旋轉軸平面的法向量。 I J
[0032] 優選地，所述第(2)步中的預定距離為5米。
[0033] 優選地，所述第(4)步中光電器的移動標定點為3行11列。
[0034] 優選地，所述勻速旋轉平臺通過交流伺服電機驅動。
[0035] 優選地，所述勻速旋轉平臺以逆時針方向轉動。
[0036] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0037] (1)采用非線性和線性相結合的方法，使用高精度三維標定臺采集光電傳感器數 據，以非線性優化的方法求解激光平面法向量，再以線性方法推導出發射機內參數，保證了 內參數的標定精度；
[0038] (2)確定的內參數為發射機結構參數，發射機出廠后內參數只需標定一次，可重復 使用，提高了工作效率；
[0039] (3)標定算法簡單、易實現，且在優化求解時，對初值選取要求低；
[0040] (4)發射機內參數快速、精確標定，從而實現全方位、大尺寸的精確測量。
【附圖說明】
[0041] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0042] 圖1為發射機的立體結構示意圖；
[0043]圖2為發射機的俯視不意圖；
[0044] 圖3為發射機內參數標定示意圖；
[0045] 圖4為發射機激光平面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0047] 參見附圖1至4,雙旋轉激光平面發射機內參數標定方法包括以下步驟：
[0048] (1)在旋轉平臺內部安裝兩個紅色線性激光器，并在交流伺服電機的驅動下繞旋 轉軸逆時針勻速旋轉，工作時向空間內發出兩道具有固定角度的扇形激光平面和LED脈沖 信號，LED脈沖信號作為激光平面旋轉的初始時