[发明专利]一种旋转轴标定方法

说明书

本发明提供一种旋转轴标定方法，直接使用成像传感器本身数据精确计算旋转轴与成像传感器设备之间的姿态标定参数，无需二次标定，参数适应范围大，对样品加工精度要求低，一般只要有满足需求的多个平面即可，操作方便，适应性更强。

技术领域

本发明涉及到测量技术领域，特指一种旋转轴标定方法。

背景技术

图像测量技术是近年来在测量领域形成的一种新的测量技术，它是以现代光学为基础，融合光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等技术为一体的现代测量技术，能广泛应用于几何量的尺寸测量、遥感、精密零件的微尺寸测量和外观检测以及光波干涉图、应力应变场状态分布图以及与图像有关的技术领域。

当被测物体为异形、被测面分布复杂或过大的物品时，由于单一的传感器只能采集局部方向的信息，无法实现物品外表面的全覆盖，一般需要通过使用多个相机或采用旋转被测物体/相机的方法来获得多个被测面的信息，进而通过传感器坐标系之间或传感器坐标系和转轴坐标系之间的关系融合多个被测面，获取完整目标物体信息。对于旋转方式的测量，首先需在测量前对旋转轴进行标定。

当前对旋转轴的标定方法一般根据旋转轴和传感器的空间分布分为两种情况：1)传感器设置于旋转轴轴向前方；2)传感器与旋转轴接近平行。前者一般直接通过获取旋转轴带动标定板转动的方式，获取标定板图片后即可完成标定；后者则较为复杂，一般通过以下几种方式：1)间接标定法：借助于一个成像传感器和辅助标定传感器以及两个传感器之间的关系来实现从旋转轴到辅助标定坐标系到成像坐标系的转换，存在误差的多重传递；2)立体标志物法：一般为球形靶标/标志物，该方法存在标准球只能存在部分球冠，球心拟合误差大导致转轴标定不准确的问题；3)匹配法：通过获得旋转前和旋转后的点云图像上的特征匹配点求取坐标转换矩阵，结合已知旋转角度求取旋转轴，该方法的精度取决于设备已知旋转角度值的精度以及特征匹配点的识别精度；或粗匹配标定(小角度小范围转动数据)结合精匹配标定(大角度大范围转动数据)获取旋转轴的二次标定法，该方法需要两次标定，且更改标定距离时需要花费较多时间重新设置合适的参数。

发明内容

针对上述不足，本发明解决的技术问题在于提供一种旋转轴标定方法，直接使用成像传感器本身数据精确计算旋转轴与成像传感器设备之间的姿态标定参数，无需二次标定，参数适应范围大，对样品加工精度要求低，一般只要有满足需求的多个平面即可，操作方便，适应性更强。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种旋转轴标定方法，所述标定方法包括以下步骤：

步骤1，在进行测量之前，在旋转轴末端固定标定物体，所述标定物体包括绕中心轴分布的M个平面特征，M≥4且为整数，所述标定物体固定在所述旋转轴末端时，所述M个平面特征随所述旋转轴末端运动绕所述旋转轴转动；依次设置标定物体的N个旋转测量角度，N≥2且为整数；所述旋转轴末端带动所述标定物体根据所述旋转测量角度依次转动时，3D视觉传感器在相邻两个旋转测量角度能够获得至少一个共同平面特征；

步骤2，数据采集模块依次在所述N个旋转测量角度获取标定物体的N组原始点云数据；

步骤3，数据处理模块计算步骤2中每组原始点云数据相对于第一组原始点云数据的RT转换矩阵集合{RT¹_(j)}，j＝1，2，…，N，其中RT¹₍₁₎为单位矩阵；

步骤3.1获取第j和j-1两组相邻原始点云数据中相同平面特征旋转前后的平面特征参数对，所述平面特征参数包括平面方向向量和平面质心；

步骤3.2，根据所述平面特征参数对计算第j组原始点云相对于第j-1组原始点云的粗配准姿态转换矩阵RT_r^(j-1)_(j)；