申请/专利权人：冶金自动化研究设计院有限公司

申请日：2023-12-01

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN118052882A

主分类号：G06T7/80

分类号：G06T7/80;G01B11/00;G01B21/04

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.06.04#实质审查的生效;2024.05.17#公开

摘要：一种多台线激光传感器坐标系相对于转轴的标定方法，属于自动检测技术领域。使用的测量系统采用了三台线激光传感器固定在一个C型架上，同时每台线激光传感器与C型架之间通过三个高精度的调整机构连接，可调节的量为各自相机坐标系y方向的平移以及x、z方向的旋转。转台在安装的过程中尽可能保证了转台台面的水平，故认为它的转轴处于竖直方向，并且转台上安装了编码器，对三相机实现数据同步采集创造条件。优点在于，实现对大型回转体全方位、高精度的测量。

主权项：1.一种多台线激光传感器坐标系相对于转轴的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：1将3台线激光传感器的激光平面调整成共面并穿过转轴1调节侧位相机激光平面穿过转轴，将水平泡放置在侧位相机表面，调节侧位相机控制z方向旋转的调整机构，使得侧位相机坐标系的xoz平面垂直水平面，然后同时调节x方向的旋转以及y方向的平移，使得侧位相机的激光平面以保证上下位相机的激光平面也能在有限的调整范围内与侧位相机的激光平面重合的角度穿过转轴；2调节上、下位相机激光平面与侧位相机激光平面重合，使用纸板水平放置在上、侧两相机激光共同可照射到的区域，调节上位相机控制z方向旋转的调整机构，使得在纸板上看见的两条激光线保持平行；接着将纸板竖直放置在上、侧两相机激光共同可照射到的区域，调节上位相机控制x方向旋转的调整机构，使得在纸板上看见的两条激光线保持平行；最后纸板不动，调节上位相机控制y方向平移的调整机构，使得两条激光线完全重合；移动纸板，在不同的位置查看两相机激光线重合情况，当仍然存在一定的间隙，重复本步骤直至满意；下位相机调整与上相机同理；2使用多相机同步采集圆柱异形标靶数据将设计好的圆柱异形标靶水平放置在转台上，故圆柱异形标靶的转轴与转台转轴是平行的，其整体高度为H，半径为R，边缘整体宽度为W。将三台相机设置为编码器触发采集模式，将分频数设置为n，每圈采集行数设置为m，启动转台同步触发三相机采集，最后输出图像并保存在本地；3使用采集的圆柱异形标靶数据完成标定以上位相机的标定过程进行阐述，设计的圆柱异形标靶中，只关心边缘区域提供的信息，需要对上位相机采集的每条数据进行筛选，将感兴趣的边缘数据提取出来；对m行数据中三段直线数据点分别使用Ransac+最小二乘算法，去除异常点并拟合出三条直线段用于后续上位相机转换矩阵的求解；1求取上位相机y方向的旋转角度，求取m条拟合的中间直线段与水平方向的夹角αii＝1,2…,m，由于圆柱异形标靶的转轴与转台转轴平行，所以αii＝1,2…,m应该在一个标准值上下波动，为了去除噪声的影响，使用Ransac算法去除异常值，然后根据一致性准则构建最小二乘问题，最小二乘表达式为： 根据1公式求出上位相机坐标系相对于世界坐标系在y轴方向的旋转角度α*，即：令 求出 2求取上位相机z方向的偏移量，当在1中已经求解出m条拟合的中间直线段与水平方向的夹角αii＝1,2…,m，使用旋转矩阵4将左、中、右三条直线段整体旋转，使得中间直线段变成水平状态； 然后求取左、中直线段交点Pilxil,0,zil以及右、中直线交点Pirxir,0,zir，此时zil＝ziri＝1,2,…,m，当圆柱异形标靶水平放置，zili＝1,2,…,m应该在一个标准值上下波动，需要求出其标准值，采用求取上位相机y方向的旋转角度同样的方式，使用Ransac+最小二乘方法，求取：上端面在世界坐标系下的z值是已知的，求出上位相机坐标系相对于世界坐标系在z方向的偏移量为： 3求取上位相机x方向的偏移量，当圆柱异形标靶存在偏心放置，即其转轴与转台转轴并没有重合，对这种情况进行以下分析，当只考虑Pili＝1,2,…,m时，它所对应的真实轨迹在世界坐标系下是一个圆形，假设其圆心位于-d,0,d＜＜r，对应的就是圆柱异形标靶的转轴与转台转轴距离为d，并假设其半径为r，圆的二维平面表达式为：x+d2+y2＝r2，7同时激光平面在圆面上投影的直线表达式为： 根据7、8公式可求得激光线被圆所截的长度为： 考虑一般情况，当圆心并不在x轴上时，但圆心距离原点仍为d，则所截长度为： 根据10知道，lmax＝2r，现实中存在噪声以及数据采集过程中没办法采集到使得l取最大值的那个截面，对采集的数据点利用公式10进行拟合，已达到精确求解x方向偏移量的目的，具体做法如下：创建一个新的变量Xjl＝xjl+xj+m2l,j＝1,2,…,m2，保证能找到xjlj＝1,2,…,m2对面的值xj+m2lj＝1,2,…,m2，这里将m设置为偶数，然后构建目标优化函数： 式中，Z为观测值上添加一个偏置。在真实情况下观测值Xjl并非直接与模型测量值l对应，需要加上一个偏置才可以对应上。针对11采用Levenberg-Marquardt求解，从而将d,Z的数值进行求出。该算法对初始值的给出较为依赖，令： 使用表达式12提供的初值将能保证更精确、更快速的求解出d,Z，从而求出l'max，最终得出上位相机坐标系相对于世界坐标系在x方向的偏移量为xoffset＝Z2，13至此，上位相机坐标系相对于世界坐标系的转换矩阵为 使用同样的方法可以求出侧位相机坐标系以及下位相机坐标系相对于世界坐标系的转换矩阵。

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