專利名稱：一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法與裝置，屬于三維激光測量技術領域。
背景技術：
三維激光掃描測量儀的一個關鍵技術是井下絕對坐標的標定，標定方法主要是通過布置靶標來實現(xiàn)的，具有快速、精準的特點。常用的三維激光掃描儀姿態(tài)標定方法有兩種，分別是球心標定法和平面標定法。( I)從標定硬件成本角度看，球心標定法需要使用專用的標準直徑球，成本較高，另外還需要運動平臺驅動激光掃描儀做精確的平移運動。而平面約束標定法標定條件更為簡化，標定板的制作也很方便，同時只需使用三腳架固定，無需運動平臺。因此從標定的硬件成本看，平板標定法占有優(yōu)勢。(2)從適用范圍角度看，球心標定法適用于初始標定；平板標定法適用于現(xiàn)場標定。(3)從具體操作角度看，傳統(tǒng)的平面結構靶標，存在以下問題A、當激光從掃描儀發(fā)出點到打到靶標連線中央時，經(jīng)常出現(xiàn)誤識和無法找到靶標的情況。B、一些平面結構靶標采用粘貼的方式固定在場景中，若掃描對象不允許粘貼操作，或者掃描對象的光反射強度較高，將使靶標難以從掃描對象上輕易區(qū)分開來，靶標也不宜粘貼在掃描對象上。C、一些平面結構靶標采用兩端卡緊的固定方式，通過卡緊裝置的水平移動來調整距離，由于三維激光掃描儀延長桿靠兩個三腳架支撐，三維激光掃描儀的重量引起延長桿變形，在姿態(tài)標定過程中產(chǎn)生角度傾斜誤差。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法與裝置，通過一種動態(tài)靶標裝置和激光器發(fā)射裝置，能夠解決平面結構靶標在測量識別過程出現(xiàn)誤識和無法找到靶標的問題，同時解決姿態(tài)標定過程中延長桿因變形產(chǎn)生角度傾斜誤差問題，提高三維激光掃描儀的標定速度和精度。為此，本發(fā)明提出了如下的技術方案一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法，包括以下步驟將第一靶標、激光發(fā)射器裝置安裝在三維激光掃描儀同一平面上，使第一靶標中心和激光發(fā)射器中心連線與三維激光掃描儀光軸平行；打開激光發(fā)射器裝置開關將激光投射在第二靶標上，通過多級彎曲裝置調整第二靶標的高度和方位，并將激光投射在所述第二靶標中心；采集第一靶標和第二靶標的坐標和姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)每個位置的標定數(shù)據(jù)通過預定方法計算獲得該三維激光掃描儀的絕對坐標系。
一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定裝置，其特征在于，包括第一靶標、激光發(fā)射器裝置、三維激光掃描儀、第二靶標和多級彎曲裝置，所述第一靶標和所述激光發(fā)射器裝置均設置安裝在所述三維激光掃描儀同一平面上，所述多級彎曲裝置用于調整所述第二靶標的高度和方位，所述激光發(fā)射器裝置用于通過發(fā)射激光將所述第一靶標和所述第二靶標的中心連線與所述三維激光掃描儀的光軸平行。由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明所述的三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法與裝置，結構簡單，成本低，能夠適用于不同視場大小的姿態(tài)標定，為三維激光掃描儀姿態(tài)提供了高精度的標定方法。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為本發(fā)明的具體實施方式
提供的三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法的流程不意圖；圖2為本發(fā)明的具體實施方式
提供的三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定裝置的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的具體實施方式
提供的第一標靶的結構示意圖；圖4為本發(fā)明的具體實施方式
提供的激光發(fā)射器裝置的結構示意圖；圖5為本發(fā)明的具體實施方式
提供的多級彎曲裝置與第二標靶的連接結構示意具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法，包括以下步驟步驟11，將第一靶標、激光發(fā)射器裝置安裝在三維激光掃描儀同一平面上，使第一靶標中心和激光發(fā)射器中心連線與三維激光掃描儀光軸平行。其中，第一靶標為一二維平面，并且第一靶標的平面由成對角線分布的兩個黑白相間的方塊構成，方塊數(shù)量為4 10個，方塊的邊長為(10 40)mm，靶標中央為一圓柱形的中空結構，使第一靶標可繞中心軸旋轉360°，中心桿穿過第一靶標，上端設定一段螺紋連接結構，通過螺母和彈簧墊片固定好準確方位的第一靶標。步驟12，打開激光發(fā)射器裝置開關將激光投射在第二靶標上，通過多級彎曲裝置調整第二靶標的高度和方位，并將激光投射在所述第二靶標中心。其中，打開所述激光發(fā)射器裝置將激光投射在第二平面靶標中心上包括通過調整所述第二靶標的高度和方位使激光投射在第二靶標中心上的斑點清晰端正。步驟13，采集第一靶標和第二靶標的坐標和姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)每個位置的標定數(shù)據(jù)通過預定方法計算獲得該三維激光掃描儀的絕對坐標系。步驟14，根據(jù)每個位置的標定數(shù)據(jù)通過預定方法計算獲得所述三維激光掃描儀的標定矩陣。待每個位置的標定數(shù)據(jù)采集完畢，將每個位置的姿態(tài)數(shù)據(jù)導入編制的MatLab程
序，求解標定矩陣，相應的標定矩陣為
權利要求
1.一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法，其特征在于，包括以下步驟 將第一靶標、激光發(fā)射器裝置安裝在三維激光掃描儀同一平面上，使第一靶標中心和激光發(fā)射器中心連線與三維激光掃描儀光軸平行； 打開激光發(fā)射器裝置開關將激光投射在第二靶標上，通過多級彎曲裝置調整第二靶標的高度和方位，并將激光投射在所述第二靶標中心； 采集第一靶標和第二靶標的坐標和姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)每個位置的標定數(shù)據(jù)通過預定方法計算獲得該三維激光掃描儀的絕對坐標系。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過多級彎曲裝置調整所述第二靶標的高度和方位，并使所述第二靶標和所述第一靶標的中心連線與所述三維激光掃描儀的光軸平行。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光發(fā)射器裝置將激光投射在第二革巴標上包括 通過調整所述第二靶標的高度和方位使激光投射在第二靶標中心上的斑點清晰端正。
4.一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定裝置，其特征在于，包括第一靶標、激光發(fā)射器裝置、三維激光掃描儀、第二靶標和多級彎曲裝置，所述第一靶標和所述激光發(fā)射器裝置均安裝在所述三維激光掃描儀同一平面上，所述多級彎曲裝置用于調整所述第二靶標的高度和方位，所述激光發(fā)射器裝置用于通過發(fā)射激光將所述第一靶標和所述第二靶標的中心連線與所述三維激光掃描儀的光軸平行。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一靶標的中心為圓柱形中空結構，在所述三維激光掃描儀上設置有帶螺紋的中心桿，所述第一靶標和所述中心桿通過螺母和彈簧墊片固定連接。
6.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射器裝置由激光器、電池、防水開關、固定螺栓和固定底座組成，激光器通過防水開關與電池連接，固定螺栓將激光器、電池和防水開關固定在固定底座上。
7.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述多級彎曲裝置由三至五級雙向連接的折疊葉結構通過線性連接組成，用于通過扭轉所述折疊葉結構調整所述第二靶標的高度和方位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維激光掃描儀姿態(tài)高精度標定方法，相應的方法包括將第一靶標、激光發(fā)射器裝置安裝在三維激光掃描儀同一平面上，使第一靶標中心和激光發(fā)射器中心連線與三維激光掃描儀光軸平行；打開激光發(fā)射器裝置開關將激光投射在第二靶標上，通過多級彎曲裝置調整第二靶標的高度和方位，并將激光投射在所述第二靶標中心；采集第一靶標和第二靶標的坐標和姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)每個位置的標定數(shù)據(jù)通過預定方法計算獲得該三維激光掃描儀的絕對坐標系。本發(fā)明結構簡單，成本低，能夠適用于不同視場大小的姿態(tài)標定，為三維激光掃描儀姿態(tài)提供了高精度的標定方法。
文檔編號G01B11/00GK103063135SQ20121057612
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者張達, 余樂文, 喬莎, 楊斐文, 王利崗, 陸得盛, 冀虎 申請人:北京礦冶研究總院