[发明专利]一种点激光位移传感器在任意安装位姿下的光束标定方法

权利要求书

1.一种点激光位移传感器在任意安装位姿下的光束标定方法，其特征在于其具体步骤为：

1)激光三角法误差分析：采用激光三角法测距原理，激光源发射的激光束经过汇聚透镜后形成直径很小的汇聚点投射到被测物体的表面上，产生的漫反射光通过接收物镜在CCD光敏面上成像，当被测物体表面发生位移时，CCD上成像点的位置将产生位移，准确测出像点在CCD上的变化量，通过激光三角法计算出被测工件的移动距离；

2)点激光位移传感器误差校对：根据激光三角法测距原理，对点激光位移传感器进行入射倾角、入射转角和入射摆角三个测量位姿参数的误差校对，通过调整标准量块的高度获得，分别对入射倾角为-45°～45°，入射转角为0°～±180°进行激光误差校对，并建立入射倾角、入射转角、测量深度以及测量误差的点激光位移传感器四维误差图；

3)坐标系的建立与转换：保证点激光传感器的测量精度，对激光位移传感器的安装位姿进行标定；激光位移传感器安装在四坐标测量仪的Z轴上，测量过程中，将点激光位移传感器的测量值从自身坐标系转换到基准坐标系下；

4)点激光位移传感器激光束单位方向向量公式推导；

5)标定块设计及点激光位移传感器激光束单位方向向量误差补偿：结合入射倾角、入射转角、测量深度以及测量误差的点激光位移传感器四维误差图对测量值进行误差迭代补偿；

6)激光束的校准：

(1)结合校准块的高度和正弦规的相关安装参数，入射倾斜角、入射旋转角和入射偏转角由平面α、平面β的基本参数A,B,C和点激光位移传感器的估计安装姿态确定，其中，A,B,C表示平面三个方向的法向量；

(2)旋转测量平台，调整点激光位移传感器与校准平面α之间的距离，使得点激光位移传感器在可测量范围内测量平面α，记录激光值d₁和测量点的初始坐标(x₁,y₁,z₁)；

(3)令点激光位移传感器沿-X轴等距移动，测量系统每一步采样一次Δx，分别记录激光值d₁和X轴上的光栅读数x_i，若进给数为n，则获得n+1组补偿数据

(4)a₁的初始补偿值通过公式获得，其中：

其中，ε_x、ε_y、ε_z表示各个方向的补偿量，由误差实验获取；Δx、Δy、Δz分别表示X、Y、Z轴的变化量；Δd_x、Δd_y、Δd_z分别表示激光值在X、Y、Z轴的变化量；a₁＝Δd_x/Δx、b₁＝Δd_y/Δy、c₁＝Δd_z/Δz，Δx_i、Δx_i+1分别表示第i和第i+1组光栅值；Δd_xi、Δd_xi+1分别表示第i和第i+1组光栅值对应的激光值变化量；ε_xi、ε_xi+1分别表示第i和第i+1组光栅值对应的误差补偿值；

(5)当点激光位移传感器沿-Y轴移动Δy或沿-Z轴移动Δz时，获得b₁或c₁的初始补偿值；

(6)重复步骤(2)～(5)，得到另一个校准平面β的a₂，b₂和c₂的初始补偿值，获得激光束l、m、n的初始单位矢量，其中，a₂，b₂和c₂表示平面β的初始补偿值；

(7)若误差函数是f(l₁,m₁,n₁,a_1,2,b_1,2,c_1,2)，则在重复迭代之后，得到精确的l₁、m₁、n₁值。