[发明专利]一种多线激光轮廓扫描传感器全局校准方法

权利要求书

1.一种多线激光轮廓扫描传感器全局校准方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)待校准在线测量系统由i个一体式线激光轮廓扫描传感器构成一个测量单元；i个传感器呈空间分布，无共同视场；

(2)校准用标靶为三维立体标靶，标靶对应每个传感器的视场中都有j个特征面；标靶加工完成后对特征面进行三坐标扫描，以获取带有标靶表面特征的点云数据；

(3)通过对步骤(2)中的点云进行最优化拟合，重建标靶特征面的几何信息；

(4)O_WX_WY_WZ_W为系统的全局测量坐标系，位于三维标靶上，O_iX_iY_iZ_i为传感器i的局部测量坐标系，通过几何属性工具，可以获取各个传感器对应特征面在坐标系O_WX_WY_WZ_W中的数学描述；

空间平面f的数学描述为Ax+By+Cz+D＝0，平面f的向量表示为f＝[A B C D]；

将三维标靶放置于测量系统中，传感器i截取标靶上的对应特征面，定义数据点集坐标矩阵P_i-j＝[x_i-j 0 z_i-j]，其齐次坐标矩阵为p_i-j＝[x_i-j 0 z_i-j 1]，每个点集都有其对应的特征面；

定义P_i＝[P_i-1 P_i-2…P_i-j]，为传感器i的数据点集在其局部测量坐标系O_iX_iY_iZ_i下的坐标矩阵，定义f_i＝{f_i-1,f_i-2,…,f_i-j}，为传感器i的特征面集合，标靶的特殊外形保证了P_i与f_i在坐标系O_WX_WY_WZ_W下配准存在唯一性；

定义Tm_i-W为传感器i局部测量坐标系O_iX_iY_iZ_i到全局测量坐标系O_WX_WY_WZ_W的变换矩阵，

R_i-w为O_iX_iY_iZ_i到O_WX_WY_WZ_W的旋转矩阵，

其中r_1-i、r_2-i和r_3-i为R_i-w中三个相互独立的未知变量，代表坐标系O_iX_iY_iZ_i到全局测量坐标系O_WX_WY_WZ_W三个方向的旋转参数；

T_i-w为O_iX_iY_iZ_i到O_WX_WY_WZ_W的平移向量，

T_i-w＝[Δx_i Δy_i Δz_i]^T

Δx_i、Δy_i和Δz_i为T_i-w中三个相互独立的未知变量，代表坐标系O_iX_iY_iZ_i到全局测量坐标系O_WX_WY_WZ_W三个方向的平移参数，

其中，n＝(r_1-i,r_2-i,r_3-i,Δx_i,Δy_i,Δz_i)为待求的参数；

F_i(n)为传感器i的P_i-j点集在全局测量坐标系O_WX_WY_WZ_W下到平面f_i-j的距离求和；在理想状态下，传感器截取的点云数据通过变换矩阵Tm_i-W变换到全局测量坐标系O_WX_WY_WZ_W下，对应点与平面会完全重合，考虑到系统和随机误差，采用非线性优化在六维空间中求解minF_i(n)，即可得到n的最优解，即求解出传感器i局部测量坐标系O_iX_iY_iZ_i到全局测量坐标系O_WX_WY_WZ_W最优的变换矩阵Tm_i-W，完成空间分布且无共同视场的多线激光扫描传感器全局校准。