[发明专利]一种旋转激光束呈锥面扫描的测量装置的参数标定方法

权利要求书

1.一种旋转光束呈锥面扫描的测量装置的参数标定方法，其特征在于，采用直接标定和间接标定相结合的方法对测量装置参数进行标定，其步骤如下：

1）呈锥面扫描光束的参数标定：采用间接标定方法，间接标定采用的标准块包括平面、圆柱面、圆锥面或球面等高精度标准型面；

首先，对呈锥面扫描的光束进行数学建模，建立呈锥面扫描的光束坐标系；

其次，手动操作测量装置对标准块的标准型面进行扫描测量，测量过程中保持上下传动轴的位置不变，由于所得测量点云的点全部在标准型面上，采用相关算法对测量点云进行最优化处理，得出锥形扫描光束参数的最优解；

2）呈锥面扫描光束的坐标系和上下传动轴基准点坐标系位置关系标定：

采用直接标定和间接标定相结合的方法，间接标定采用的标准块由三个相互垂直的平板装配而成，其中标准块的三个内表面作为标定基准平面，各自的平面度和相互间的垂直度均应小于被标定测量装置所要求的测量精度；

首先，利用激光跟踪仪等高精度测量仪器建立标定坐标系，对标准块三个基准平面和测量装置上下传动轴的方位进行测量，采用相关算法由所述三个相对位置固定且互相垂直的基准平面上的点云得出最优基准坐标系和标定坐标系与最优基准坐标系的坐标转换关系，并将上下传动轴方位从标定坐标系转换到这个最优基准坐标系下，此时得出上下传动轴在最优基准坐标系下的方位；

其次，手动操作测量装置对所述标准块的三个基准平面进行测量，测量过程中保持上下传动轴的位置不变，利用锥形扫描光束参数将测量点云的原始数据转化为测量点云在呈锥面扫描的光束坐标系下的坐标值；得出最优基准坐标系和最优基准坐标系与呈锥面扫描的光束坐标系的坐标转换关系；由此，得出呈锥面扫描的光束坐标系和上下传动轴位置关系。

2.根据权利要求1所述的一种旋转光束呈锥面扫描的测量装置的参数标定方法，其特征在于，所述步骤1)中呈锥面扫描的光束的数学模型为：以光束和旋转轴的公垂线在旋转轴上的垂足为原点，Y轴沿公垂线方向，Z轴沿旋转轴方向，X轴方向由右手法则确定；标定所述数学模型的三个参数，分别为：公垂线距离r，激光发射点距公垂线垂足的偏距l，以及锥角θ。

3.根据权利要求1所述的一种旋转光束呈锥面扫描的测量装置的参数标定方法，其特征在于，所述步骤1)中最优化算法为：测量点均在标准型面上，而测量点在锥形扫描光束坐标系下的坐标可用呈锥面扫描的光束参数表示出来，采用迭代寻优的最优化方法求出呈锥面扫描的光束参数的最优解，所述最优化方法的目标方程为测量点云到标准型面的距离的加权平方和。

4.根据权利要求1所述的一种旋转光束呈锥面扫描的测量装置的参数标定方法，其特征在于，所述步骤2)中最优基准坐标系的建立算法为：由于测量点均在所述三个相对位置固定且互相垂直的基准平面上，而测量点云的坐标已知，对所述三个相对位置固定且互相垂直的基准平面进行参数化，采用迭代寻优的最优化方法可求出这三个基准平面的方位，从而得出一个最优基准坐标系，使得三个平面上所测得的点云尽可能地均匀分布在最优基准坐标系中对应XOY平面、YOZ平面和ZOX平面的两侧；所述最优化方法的目标方程为测量点到所对应标准型面的距离的加权平方和。