[发明专利]基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统，包括安装有机器人的AGV小车、夹持在机器人机械手臂末端的激光雷达和标准坐标系参考板以及室内GPS系统；所述室内GPS系统建立有全局坐标系Q；所述室内GPS系统监测标准坐标系参考板在室内GPS系统建立全局坐标系Q下的位姿。本发明的目的是克服现有技术存在的测量效率低、转站频繁导致测量精度低等缺陷，提供一种基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统及方法。

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，尤其涉及一种基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统及方法。

背景技术

随着我国先进制造技术的发展，数字化测量技术已经广泛地应用在航天、航空、船舶制造等领域。尤其是数字化大尺寸测量系统已经逐渐应用到飞机大尺寸工件的加工和装配过程中，其利用数字化测量系统的高精度测量提升飞机的装配精度。

数字化大尺寸测量技术目前主要分为接触式测量和非接触式测量，接触式测量主要包括激光跟踪仪和室内GPS测量，非接触式测量主要包括电子经纬仪测量系统、数字近景工业测量系统、激光雷达测量系统。对飞机大构件表面进行测量时，首选的应该是激光雷达这种非接触式测量方式，因为激光雷达能够快速准确的进行大范围的测量，但是激光雷达的缺点在于激光雷达的水平和竖直角度测量范围都有限制，需要频繁的进行转站操作，这样会引入由于转站带来的累计误差。此外目前测量系统一般都需要占据大量的空间，而且不具备机动性。对于飞机制造装配车间而言，可移动的测量系统对于飞机大构件测量是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统及方法，该系统和方法以室内GPS系统的全局坐标系作为全局坐标系，将激光雷达在多个站位的测量数据全部转换到全局坐标系中，减少了由于转站而产生的累计误差，同时由于使用AGV小车加机器人的方式携带激光雷达进行扫描，测量灵活，满足飞机制造装配车间对于空间的要求。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统，包括安装有机器人的AGV小车、夹持在机器人机械手臂末端的激光雷达和标准坐标系参考板以及室内GPS系统；所述室内GPS系统建立有全局坐标系Q；所述室内GPS系统监测标准坐标系参考板在室内GPS系统建立的全局坐标系Q下的位姿。

优选地，飞机大尺寸测量系统工作时所述激光雷达和标准坐标系参考板之间的相对位姿保持不变。

优选地，所述激光雷达可建立一个激光雷达坐标系L。

优选地，所述标准坐标系参考板上布置有三个球形接收器；三个所述球形接收器的球心可建立一个标准参考坐标系S。

优选地，三个所述球形接收器的连线呈直角，且直角两端处的球形接收器到直角处球形接收器的距离不同。

优选地，所述室内GPS系统包括IGPS发射器、分别布置于室内和标准坐标系参考板上的球形接收器及中央处理器；所述IGPS发射器布置在室内空间的多个位置处。

一种基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量方法，包括上述基于激光雷达和室内GPS系统的飞机大尺寸测量系统；还包括以下步骤：

步骤一：室内GPS系统标定，室内GPS系统标定各个IGPS发射器之间的关系，建立飞机大尺寸测量系统的全局坐标系Q；

步骤二：通过激光雷达坐标系L和标准参考坐标系S标定来确定激光雷达坐标系L相对于标准参考坐标系S之间的位姿关系^ST_L：

步骤三：AGV小车携带激光雷达扫描飞机构件进行数据采集，激光雷达在多个站位扫描得到点云数据，随后将点云数据转换到标准参考坐标系S中；

步骤四：实时识别标准参考坐标系S在全局坐标系Q中的位姿；