光学学报, 2019, 39 (8): 0812002, 网络出版: 2019-08-07   

激光束空间位姿高精度标定方法 下载: 858次

Calibration Method for Spatial Pose of Laser Beam with High-Accuracy
作者单位
天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室, 天津 300072
图 & 表

图 1. 关节型激光传感器系统结构。(a)结构示意图;(b)实物图

Fig. 1. Structure of an articulated laser sensor. (a) Structural representation; (b) real product

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图 2. 激光点三维坐标标定原理

Fig. 2. Calibration principle of laser spot 3D coordinate

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图 3. 原始图像

Fig. 3. Original image

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图 4. 标定实验装置

Fig. 4. Calibration experiment equipment

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图 5. 圆拟合结果。(a)左单元竖直轴;(b)左单元水平轴;(c)右单元竖直轴;(d)右单元水平轴

Fig. 5. Results of circle fitting. (a) Vertical axis of left module; (b) horizontal axis of left module; (c) vertical axis of right module; (d) horizontal axis of right module

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图 6. 直线拟合结果。(a)左单元视准轴;(b)右单元视准轴

Fig. 6. Results of linear fitting. (a) Sight axis of left module; (b) sight axis of right module

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图 7. 测量实验装置

Fig. 7. Measurement experiment equipment

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表 1系统参数及物理意义

Table1. System parameters and physical meaning

Left/right moduleCategoryParameterPhysical meaning
Left moduleVertical axis(xLV, yLV, zLV)Direction vector of vertical axis
(xLVO, yLVO, zLVO)Fixed point of vertical axis
Horizontal axis(xLH, yLH, zLH)Direction vector of horizontal axis
(xLHO, yLHO, zLHO)Fixed point of horizontal axis
Sight axis(xLS, yLS, zLS)Direction vector of sight axis
(xLSO, yLSO, zLSO)Fixed point ofsight axis
Right moduleVertical axis(xRV, yRV, zRV)Direction vector of vertical axis
(xRVO, yRVO, zRVO)Fixed point of vertical axis
Horizontal axis(xRH, yRH, zRH)Direction vector of horizontal axis
(xRHO, yRHO, zRHO)Fixed point of horizontal axis
Sight axis(xRS, yRS, zRS)Direction vector of sight axis
(xRSO, yRSO, zRSO)Fixed point ofsight axis

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表 2各点在相应坐标系下的坐标表示

Table2. Coordinate representation of each point in corresponding coordinate system

PointOw-xwywzwO-uv
p'1(u1, v1)
p'2(u2, v2)
p'3(u3, v3)
p'4(u4, v4)
p'L(uL, vL)
p1(xw1, yw1, zw1)
p2(xw2, yw2, zw2)
p3(xw3, yw3, zw3)
p4(xw4, yw4, zw4)
pL(xwL, ywL, zwL)

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表 3水平轴和竖直轴系统参数

Table3. System parameters of horizontal and vertical axesmm

Left/right moduleCategorySystem parameter
Left moduleHorizontal axisDirection vector(0.957983,-0.286808, 0.003181)
Fixed point(169.680000, 51.262000, -622.078000)
Vertical axisDirection vector(0.002228, 0.003319,-0.999992)
Fixed point(217.771000, 36.764000, -602.765000)
Right moduleHorizontal axisDirection vector(0.994939,-0.100413, -0.003714)
Fixed point(426.697000, 23.508000, -622.327000)
Vertical axisDirection vector(-0.005708, 0.003100, -0.999979)
Fixed point(378.383000, 36.193000, -602.448000)

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表 4视准轴系统参数

Table4. System parameters of sightaxismm

Left/right moduleCategorySystem parameter
Left moduleDirection vector(0.277045, 0.960857, -0.000547)
Fixed point(361.211000, 714.754000, -619.939000)
Right moduleDirection vector(-0.217045, 0.976162, 0.000698)
Fixed point(298.145000, 608.918000, -619.126000)

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表 5真值和测量值对比

Table5. Comparison between the measured values and standard values

Point numberLeft/right moduleHorizontal angle /(°)Verticalangle /(°)Measured value /mmStandard value /mmError /mm
1Left00.91575.62775.6130.013
Right00.851
2Left00.920
Right3.5700.888
3Left9.5501.567283.295283.2450.050
Right-4.4001.507
4Left6.8801.798
Right11.9701.914
5Left-25.5201.905111.441111.484-0.043
Right-18.7501.557
6Left-27.4508.080
Right-23.7507.011
7Left-9.4207.621200.538200.580-0.042
Right-6.8727.306
8Left10.5708.452
Right12.9759.101
9Left14.2501.227169.024169.069-0.045
Right19.0001.400
10Left-1.2501.254
Right3.1001.223

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段晓登, 吴斌, 康杰虎. 激光束空间位姿高精度标定方法[J]. 光学学报, 2019, 39(8): 0812002. Xiaodeng Duan, Bin Wu, Jiehu Kang. Calibration Method for Spatial Pose of Laser Beam with High-Accuracy[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(8): 0812002.

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