关节式坐标测量机激光测量头参数及位置标定研究

摘要

逆向工程是当代先进制造技术的重要组成部分,在吸收国内外的先进制造技术、缩短产品的开发周期以及降低生产成本等方面发挥着重大的作用。关节式坐标测量机由于其体积小、重量轻、携带方便、测量范围不受工作台面限制等优点,已日益受到逆向工程领域的重视。目前在国外,关节式坐标测量机的技术已经非常成熟,但是价格也很昂贵,因此,开发出国产的设备成为当务之急。 关节式坐标测量机仿照人体关节结构,以关节臂为测量头的支撑。非接触式激光扫描与接触式为其两种重要测量方式,本文设计了两种应用于关节式坐标测量机的测量头。 本文分析了非接触式激光扫描测量方式中激光测量头位置标定技术,得出通过7个标定点即可标定出激光测量头位置参数的结论。在此基础上导出了其位置标定算法。最后提出了一种简化的位置标定方案。该方案只需要一个标准球,通过改变标准球的位置即可得到多个标定点,再通过最小二乘法求取最优解即可获得较高精度位置标定结果。 本文在分析了目前关节式坐标测量机的激光测量头常用的参数标定方法的基础上,针对这些方法存在的缺陷,提出了一种新的参数标定方法。该方法实现了从笛卡尔坐标测量机的双镜头双CDD到关节式坐标测量机的单镜头CDD的过渡, 只用一个标定块即可实现摄像机参数标定与激光平面的标定,并解决了常用的标定算法中人为操作环节多、操作过程复杂、标定工具太多、有效标定点的个数与精度不够的缺点。