[发明专利]一种点扫描三维测量系统振镜标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种点扫描三维测量系统振镜标定方法，可用于利用振镜实现点扫描的三维测量系统，适用于高速振镜理论研究和三维测量相关工程技术的应用。属于光学三维测量及激光加工技术领域。

背景技术

由于接触式测量方法效率低、易破坏被测物的局限性，近年来非接触式三维测量方法在诸多领域得到了快速发展和广泛应用。其中，基于三角法的三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等优点。振镜式激光扫描方式以其快速、准确、简单、成本低等特点而被广泛采用。

点扫描三维测量系统利用双振镜偏转激光束实现二维扫描。振镜驱动电路根据控制计算机输出的电压信号，驱动反射镜偏转一定角度。测量中，振镜偏转角作为已知量，对测量精度具有重要影响。理论上，振镜偏转角和驱动电压符合线性关系。而实际应用中，由于电子噪声干扰、器件响应特性、控制算法等因素的影响，振镜实际偏转角与驱动电压呈非线性关系，采用理论的线性关系难以满足测量精度要求。此外，安装误差导致两振镜轴线的不垂直，造成X振镜和Y振镜在两个方向上对激光束的偏转作用相互影响，产生测量误差。为了保证测量精度，需要对振镜进行精确标定，得到振镜实际偏转角与驱动电压的准确关系式。

目前振镜标定研究主要应用于激光加工领域，针对扫描图形的畸变进行校正，缺乏在扫描测量领域的实际应用。传统的标定方法需要制作专门的校正板，并结合辅助测量设备进行测量，人工计算理论和实际值偏差，再通过补偿计算生成校正文件，耗费大量时间，需要专门操作人员以及昂贵的辅助测量设备，标定过程复杂。

针对以上问题，本发明提出了一种点扫描三维测量系统振镜标定方法。

发明内容

本发明专利的技术解决问题是：针对点扫描三维测量中，扫描振镜实际偏转角与理论值的偏差问题，用一种基于标准平面测量的方法实现振镜标定，得到振镜实际偏转角和驱动电压的准确关系。

本发明专利的技术解决方案是：通过测量标准平面，以实测平面相对于标准平面的误差描述振镜实际偏转角的误差，通过不断修正振镜关系式来消除平面测量误差，当误差小于给定值时可得准确的振镜关系式。

本发明一种点扫描三维测量系统振镜标定方法，该方法可归纳为以下步骤：

步骤一：系统建模，得到振镜偏转角表达式。该系统利用双振镜偏转激光束实现二维扫描，通过探测器上光斑位置和双振镜的偏转角来获得被测点的空间三维坐标。其中d为点P与点B沿Z轴方向的距离，可以通过成像光线上的点列交比不变性求得

θ表示X振镜偏转角，表示Y振镜偏转角，其他变量均为已知量。

步骤二：调整标准平面位于已知位置并垂直于系统主方向，测量该平面。给定平面测量允许的实测标准差δ₀。

步骤三：计算实测数据相对于标准平面的标准差δ，判断是否δ<δ₀。

步骤四：将实测平面数据投影到标准平面得理想测量数据，利用其计算对应的振镜偏转角。

由（1）式，可得X、Y振镜偏转角θ、的表达式分别为

θ=atanxP′(d+zB)-zP′xBzP′(d+AB)/2---(2)]]>