[发明专利]单轴平移台与结构光3D传感器联合测量标定方法

说明书

本发明单轴平移台与结构光3D传感器联合测量标定方法属于视觉测量领域，涉及一种单轴平移台与结构光3D传感器联合测量标定方法。该方法通过单轴平移台，使结构光3D传感器平移到指定位置，得到平移距离；保持结构光3D传感器在不同的位置下位姿静止不动，对标准陶瓷球件进行拍照，采集陶瓷球表面点云数据。对球面点云数据进行拟合，得到靶球球心在测量坐标系下的三维空间坐标；通过三坐标测量机完成标准陶瓷球件的高精度标定。通过至少3个不同位置下计算得到的球心三维空间坐标以及结构光3D传感器的平移距离，推导得出三个标定参数完成标定。该方法有效扩展了结构光3D传感器的应用范围，所用的标定件结构简单，价格便宜，有助于该方法的推广。

技术领域

本发明属于视觉测量领域，涉及一种基于标准陶瓷球的单轴平移台与结构光3D传感器联合测量标定方法。

背景技术

工业领域的发展对测量技术提出了越来越高的要求，零部件表面高精度扫描测量则是其中极为重要的组成部分。表面轮廓、工件间隙、三维形貌以及表面缺陷等各种类型的测量问题都对测量方法的精确性和便利性提出很高的要求。在现有的测量技术中，结构光扫描测量具有快速、高精度、使用灵活方便、设备结构简单、体积小重量轻、非接触等测量优势，因此在工业生产中逐渐推广开来。但是，受目前基础科学与工业技术的限制，对于结构光3D传感器而言，测量的高精度和设备的小体积则带来了视野偏小的问题。以国外某型结构光3D传感器为例，其Z向精度达到0.001毫米，XY向分辨率达0.02毫米，而视野最大仅为35*45毫米，有效测量范围不超过30毫米。对于尺寸较大的高精度零部件而言，结构光传感器单次拍摄所得点云无法包括整个零部件，此时则需要通过拼接的办法来解决这一问题。对于常用的单轴平移台与线激光传感器联合测量方法，其精度不仅依赖其本身测量精度，在运动轴方向上的精度更依赖与单轴平移台的运动精度，累计误差较大。单轴平移台与结构光3D传感器联合测量的方法，仅依赖于单轴平移台的单点定位精度，误差相对较小；而且位移过程中不必连续测量，减少了不必要的数据量，对运动精度要求不高，移动速度相对于采用线激光传感器的方法可适当提高，效率也因此提高。

对于单轴平移台与结构光3D传感器的联合测量，最常见的做法是结构光3D传感器不动，单轴平移台携带被测物体单维方向移动，譬如山东大学的张鹏于2017年发表的《基于快速扫描相移算法的三维形貌测试仪开发》。这种方法明显不适于尺寸重量较大的工件。或者结构光3D传感器平直安装于单轴平移台上，默认成像平面与运动轴平行。这种方法无法保证高精度测量。显然，单轴平移台与结构光3D传感器联合测量标定方法的研究是很有必要的。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，发明了一种单轴平移台与结构光3D传感器标定方法，该方法应用单轴平移台与结构光3D传感器进行联合测量，通过运动模块以及空间标准球配合完成了结构光3D传感器的位置标定，从而实现三维坐标测量。该方法有效扩展了结构光3D传感器的测量应用范围，是一种具有广泛应用前景的标定方法。该方法所用的标定件结构简单，价格便宜，有助于该方法的推广。本发明采用的技术方案是一种单轴平移台与结构光3D传感器联合测量标定方法，其特征是，该方法先安装固定结构光3D传感器、单轴平移台以及标准陶瓷球靶标，再利用通过单轴平移台，使结构光3D传感器平移到指定位置，得到平移距离；同时保持结构光3D传感器在不同的位置下位姿静止不动，对标准陶瓷球靶标进行拍照，采集陶瓷球表面点云数据；对球面点云数据进行拟合，得到靶球球心在测量坐标系下的三维空间坐标；通过三坐标测量机完成标准陶瓷球靶标的高精度标定；通过至少3个不同位置下，计算得到的球心三维空间坐标以及结构光3D传感器的平移距离，推导得出三个标定参数，完成标定；标定方法的具体步骤如下：

第一步、安装固定结构光3D传感器、单轴平移台以及标准陶瓷球靶标。