一种工作空间测量定位系统内参标定方法和标定系统

本发明涉及多基站工作空间测量定位系统，具体的说，是涉及工作空间测量定位系统内参标定方法和标定系统。

背景技术：

1、工作空间测量定位系统是一种基于多站光面空间交会原理的三维坐标测量定位系统。以igps、wmps为代表，该系统目前已被广泛应用于航空航天、大型船舶与飞机制造等领域。该系统主要由一字线结构光、匀速旋转精密平台与同步光发射装置构成的发射站、光电接收装置、信号处理装置等组成。在定位空间中布设多个发射站，将光电接收装置通过底座安装于待测点位处，两者配合对待测点进行定位测量。每个激光发射装置都通过两个被视为理想平面的激光面在空间中进行旋转扫描，通过光电接收装置获取光面扫描到接收装置时相对于起始位置经过的时间进行测角定位，并结合多站之间的空间位姿关系来求取光电接收装置中心的空间坐标。

2、传统的平面内参模型将使用的一字线结构光射出的光面视为理想平面，利用平面模型参与坐标解算过程。然而实际上激光器加工制造及装配过程中产生的误差，如柱面镜的偏心、倾斜等都会导致激光面发生变形，这个变形在大尺度空间下体现的更加明显。激光面是此类系统中角度交会测量发射端和接收端的传感载体，因此实际激光面与平面的贴合程度就会直接影响单个激光发射装置的测角精度，从而影响构建出的测量系统的点位测量精度。综上所述，采用合适的模型如多折面模型、曲面模型等代替平面模型就成为了工作空间测量定位系统提高定位精度的重要方向，而这必须依赖与对光面形状的准确标定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种工作空间测量定位系统内参标定方法和标定系统，通过高精度三轴转台先对安装在发射站上的扫描光面型进行标定，然后选择合适的光面模型拟合实际激光面，从而提高工作空间测量定位系统的测角及坐标测量精度；解决工作空间测量定位系统中发射站所使用的线结构光面型情况不能准确获取，无法选择合适的内参模型的问题。

2、一种工作空间测量定位系统内参标定方法，包括：

3、预处理：在工作空间中规划多个控制点点位，获取控制点在世界坐标系下的坐标；安装发射站，并在多个控制点安装光电接收装置；

4、获取发射站两个光平面扫过光电接收装置时从起始位置经过的时间，结合获得的当前控制点的坐标，解算出每个光平面在发射站坐标系下的空间几何参数，作为发射站的光平面的初始内参；

5、标定阶段：在精密三轴转台上固定发射站，在工作空间中放置一个光电接收装置；

6、调整三轴转台的俯仰角，光电接收器记录每次旋转后的时间间隔；

7、多次调整发射站与三轴转台之间的距离，并重复调整三轴转台的俯仰角，光电接收器记录每次旋转后的时间间隔；

8、根据获得的距离和对应的时间间隔，仿真光平面初始内参，获得光平面的变形情况；

9、根据获得的光面变形情况，重新标定发射站，解算每个光平面在发射站坐标系下的空间几何参数，得到新模型下的内参参数。

10、进一步的，在标定阶段，所述光电接收装置的中心高度与发射站的激光中心等高。

11、进一步的，在预处理阶段，所述光电接收装置的个数不小于20个；在正式标定阶段，所述工作空间内设置一个光电接收装置，通过移动光电接收装置的位置调整其与精密三轴转台1之间的距离l。

12、进一步的，在标定阶段，所述发射站固定在精密三轴转台上时要确保发射站的旋转轴与水平面垂直。

13、进一步的，所述标定阶段具体包括：

14、s1：将一个光电接收装置固定在位于工作空间的支架上，且所述光电接收装置能够接收到发射站发射的激光；

15、s2：使用精密三轴转台调整发射站至预先设定的初始位置，标定此时发射站发射的光平面由起点扫描到光电接收装置的时间间隔t；

16、s3：以一定角度间隔在一定范围内调整所述三轴转台的俯仰角，每次调整后所述光电接收装置均记录此时的时间间隔t'；

17、s4：调整光电接收装置与三轴转台之间的距离，再返回s3调整三轴转台的俯仰角，光电接收器记录每次旋转后的时间间隔；

18、重复执行s3至s4一至三次，获取不同发射站与三轴转台之间的距离下的时间间隔t'；

19、s5：根据s4获得的距离和时间间隔t'、光平面中心距离转台旋转中心高度h、预处理阶段获得的光平面初始内参进行仿真，获得光平面为理想平面时各俯仰角下的理论扫描时间间隔tideal，与s4获得的时间间隔t'做差，结合发射站转速，即可获得光平面在各角度处的变形情况△d：

20、

21、其中，n是发射站的转速，l是距离，tideal是理论扫描时间间隔，t'是旋转后的时间间隔

22、s6：根据s5仿真获得的光面变形情况，确定内参模型，重新标定发射站，解算获得获取发射站各光平面扫过光电接收装置时从起始位置经过的时间；

23、根据选择的内参模型，重新计算每个光平面在发射站坐标系下的空间几何参数，得到新模型下的内参参数，用于后续工作空间测量定位系统的测量。

24、进一步的，所述内参模型选自折面模型或曲面模型。

25、本发明还公开一种标定系统，包括设置在工作空间的三轴转台1、光电接收装置4和信号处理单元；所述三轴转台通过连接件固定安装有待标定的发射站，且所述光电接收装置与信号处理单元电连接；

26、所述信号处理单元用于接收来自光电接收装置的数据，根据获得的距离和对应的时间间隔，仿真光平面初始内参，获得光平面的变形情况；根据获得的光面变形情况，重新标定发射站，解算每个光平面在发射站坐标系下的空间几何参数，得到新模型下的内参参数。

27、本发明有益效果在于：

28、本发明所提出的工作空间测量定位系统内参标定方法和标定系统克服了传统扫描光面型标定方法繁琐、误差来源多且只能在激光器安装于发射站之前测量的问题；且可综合反应扫描光光强、光面厚度、光条能量中心线变形对扫描光面型的影响。可行性好、方法简单、成本低、评价结果更准确，可有效解决激光面型难以准确获取的问题，能为内参模型的选择提供准确参考，从而改善内参模型对扫描光面的拟合效果，对提高工作空间测量定位系统的测角精度和坐标测量精度有着重要意义。

技术特征：

1.一种工作空间测量定位系统内参标定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的工作空间测量定位系统内参标定方法，其特征在于，在预处理阶段，所述光电接收装置(4)的个数不小于20个；在正式标定阶段，所述工作空间内设置一个光电接收装置(4)，通过移动光电接收装置(4)的位置调整其与精密三轴转台(1)之间的距离，且所述光电接收装置(4)的中心高度与发射站(3)的激光中心等高。

3.根据权利要求1所述的工作空间测量定位系统内参标定方法，其特征在于在标定阶段，所述发射站(3)固定在精密三轴转台上时要确保发射站(3)的旋转轴与水平面垂直。

4.根据权利要求3所述的工作空间测量定位系统内参标定方法，其特征在于，所述标定阶段具体包括：

5.根据权利要求4所述的工作空间测量定位系统内参标定方法，其特征在于，所述内参模型选自折面模型或曲面模型。

6.一种工作空间测量定位系统内参标定系统，其特征在于，包括设置在工作空间的三轴转台(1)、光电接收装置(4)和信号处理单元(6)；所述三轴转台(1)通过连接件固定安装有待标定的发射站(3)，且所述光电接收装置(4)与信号处理单元(6)电连接；

技术总结本发明公开一种工作空间测量定位系统内参标定方法和标定系统，包括：通过多个光电接收装置预标定发射站的初始内参；在三轴转台上固定发射站，选择一个控制点位放置光电接收装置；多次调整光电接收装置与三轴转台之间的距离，调整三轴转台的俯仰角，光电接收器记录每次旋转后的时间间隔；根据距离和时间变化，仿真初始内参，获得光平面的变形情况；根据获得的光面变形情况，重新标定发射站，解算每个光平面在发射站坐标系下的空间几何参数，得到新模型下的内参参数。本发明通过高精度三轴转台先对安装在发射站上的光面型进行标定，然后选择合适的光面模型拟合实际激光面，从而提高工作空间测量定位系统的测角及坐标测量精度。技术研发人员：林嘉睿,张饶,郑书彦,滕明鑫,邾继贵受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1