CN107462881A - 一种激光测距传感器标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光测距传感器标定方法，属于机器人标定领域。该方法使用的装置包括激光跟踪仪、工业机械臂、法兰盘、制孔末端执行器、标定杆、平面标定板和安装架，其中制孔末端执行器主要包括进给模块、电主轴、电主轴安装座、大靶球座、小靶球座、压紧头和四个激光测距传感器等。该方法首先标定出激光束与电主轴进给方向的夹角；然后借助激光跟踪仪建立工具坐标系和工件坐标系，将制孔末端执行器移至平面标定板前方并进行多次转动，根据几何关系计算各激光点在不同状态坐标系下的坐标，然后将所有点的坐标转换到同一坐标系下，拟合出激光束的空间方程。本发明能够标定出激光测距传感器的发射点位置和激光束矢向，可使法线检测结果更加准确。

Description

一种激光测距传感器标定方法

技术领域

本发明涉及机器人标定领域，尤其涉及一种激光测距传感器标定方法，该方法可以标定出四个安装好的激光测距传感器的发射点位置以及激光束矢向。

背景技术

随着人们物质文化生活水平的不断提高，出行方式逐渐改变，越来越多的人选择乘坐飞机出行，因此飞机的需求量日益剧增。自动化制孔是大飞机制造装配中的最关键一个环节，在飞机制造中占有十分重要的地位。飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，最广泛的连接方式是铆接，铆接的第一步工艺就是钻孔，孔的尺寸和孔壁质量严重影响着铆缝的强度。研究表明当螺栓沿外载荷作用方向倾斜超过2°时，疲劳寿命则减少约47％；当倾斜大于5°时，疲劳寿命即降低约95％。因此，自动化制孔急需解决的一个问题是如何保证孔的垂直度。

保证孔的垂直度首先要检测工件表面的法线，然后再进行姿态调整。对于法线检测方法，目前主要是通过在制孔末端执行器上安装传感器进行实时检测，使用最广泛的传感器为激光测距传感器。但是由于存在加工与安装误差，所以需要对传感器的安装位置进行标定工作，以保证传感器法线测量的准确度。本发明基于已经加工完成的制孔末端执行器，提出了一种激光测距传感器标定方法，可以标定出四个安装好的激光测距传感器的发射点位置以及激光束矢向。

发明内容

本发明提出了一种激光测距传感器标定方法，目的是标定出四个激光测距传感器的发射点位置和激光束矢向，进而根据在制孔过程中激光测距传感器返回的数据值更加准确地找到工件表面制孔点的法向量。

本发明通过以下技术方案实现。

本发明方法所使用的装置包括激光跟踪仪、工业机械臂、法兰盘、制孔末端执行器、标定杆、平面标定板和安装架，其中制孔末端执行器主要包括进给模块、电主轴、电主轴安装座、大靶球座、小靶球座、压紧头和四个激光测距传感器等。法兰盘用于连接工业机械臂和制孔末端执行器。标定杆采用阶梯轴方式，一端可以连接到电主轴上，另一端可以垂直连接平面标定板。平面标定板中心有一个用于安装标定杆的孔，四个角分别有一个用于放置激光跟踪仪靶球的靶球座孔和用于固定在安装架上的安装固定孔。电主轴安装座连接进给模块和电主轴，进给模块能够带动电主轴进行直线运动，电主轴安装座上有一个固定的大靶球座。四个激光测距传感器均布斜置安装在压紧头上，移动工业机械臂将制孔末端执行器移动至平面标定板前方，四个激光束以一定的角度射向平面标定板，激光点打在平面标定板表面，四个激光测距传感器均有一个距离返回值。由于激光测距传感器通过激光测距，需要接收返回的激光束信息，所以平面标定板表面需具备较强的反射能力，不能是黑色材料，因此平面标定板材料选用铝合金。激光跟踪仪内部的坐标系为世界坐标系。

通过上述连接，构成了激光测距传感器标定的硬件平台。

激光测距传感器标定的方法包括如下顺序步骤：

步骤1：将标定杆的一端安装在电主轴上，将平面标定板安装在标定杆的伸出端，将小靶球座安装在伸出端的端面位置，将跟激光跟踪仪连接好的靶球固定在靶球座上；

步骤2：进给模块带动电主轴移动到一个合适的位置，用激光跟踪仪测量靶球在世界坐标系下的坐标，多次转动平面标定板，分别记录下平面标定板在不同角度下四个激光测距传感器的读数，多次移动电主轴，重复该步骤；

步骤3：根据步骤2得到的靶球位置坐标以及激光测距传感器的读数，计算出各激光束矢向与电主轴移动方向的夹角角度；

步骤4：将平面标定板取下，移动电主轴位置，在标定杆伸出端安装一个大靶球座，保证靶球座底面与压紧头压紧平面紧密贴合；

步骤5：借助激光跟踪仪进行TCP标定，建立工具坐标系，然后取下安装在电主轴上的标定杆以及靶球、靶球座；

步骤6：将平面标定板固定在安装架上，借助激光跟踪仪测得平面标定板上四个靶球座安装孔的坐标，拟合出工件平面；

步骤7：将制孔末端执行器通过工业机械臂移至平面标定板前方一定距离处，将大靶球放置于固定在电主轴安装座的大靶球座，多次移动电主轴，在世界坐标系下测得各个位置靶球的坐标，根据测得的点的坐标拟合出一条直线，即为电主轴进给方向，计算出电主轴进给方向与工件平面的夹角，工业机械臂带动制孔末端执行器以TCP点为中心依次绕工具坐标系的X轴、Y轴转动相应的角度，重复该步骤直到电主轴进给方向与工件平面垂直；

步骤8：建立与工具坐标系平行的工件坐标系；

步骤9：当前位置记为状态1，借助激光跟踪仪测得电主轴进给为0时靶球在世界坐标系下的坐标，记录四个激光测距传感器数据；

步骤10：工业机械臂带动制孔末端执行器以TCP点为中心绕工具坐标系的X轴转动一定的角度，记录四个激光测距传感器数据，多次移动电主轴，根据步骤7的方法，拟合出电主轴进给方向，然后计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤11：根据步骤10，多次调整制孔末端执行器绕工具坐标系的X轴转动的角度，记录四个激光测距传感器数据，并且计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤12：工业机械臂带动制孔末端执行器恢复到状态1，然后带动其以TCP点为中心绕工具坐标系的Y轴转动一定的角度，记录四个激光测距传感器数据，并且按照步骤10的方法计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤13：根据步骤12，多次调整制孔末端执行器绕工具坐标系的Y轴转动的角度，记录四个激光测距传感器数据，并且计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤14：根据步骤9～13得到的数据以及几何关系计算出状态1下四个激光点之间的相对位置关系，以其中一个激光测距传感器的激光点为原点建立平行于工具坐标系的状态坐标系1，得到各个激光点的坐标；

步骤15：多次调整制孔末端执行器与平面标定板之间的距离，根据步骤9，分别记为状态j(j＝2,3,4,……,q)，重复步骤9～14，得到坐标系j下各个激光点的坐标；

步骤16：根据各状态之间的相对位置关系，计算出各状态下各坐标系之间的转换关系，将所有点的坐标均转换到同一坐标系下，根据每个激光测距传感器得到的q个激光点均可以拟合出一条射线，即标定出了四个激光测距传感器的发射点位置和激光束矢向。

本发明具有如下技术效果：

1)本发明借助于激光跟踪仪，可以精确地测量各点的位置，准确地获得工具坐标系和工件坐标系，方便准确地得到线与面之间的夹角；

2)本发明标定过程采用多次测量的方法，使标定结果更加准确；

3)本发明标定出的激光测距传感器的发射点位置和激光束矢向应用于制孔过程法线检测，可准确地找到工件表面制孔点的法向量；

本发明提出的标定方法不局限于制孔法向检测，可应用于其他需要标定光束发射点位置和矢向的情况，光束个数为2个及以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中标定激光束矢向与主轴移动方向的夹角角度示意图；

图2表示本发明实施例中标定激光束发射点位置和矢向安装示意图；

图3表示本发明实施例中标定过程激光束发射示意图；

图4表示本发明实施例中标定过程激光束向工具坐标系X_TO_TZ_T平面投影示意图；

图5表示本发明实施例中标定过程激光束投影几何关系示意图。

图中，1为工业机械臂，2为法兰盘，3为进给模块，4为电主轴，5为电主轴安装座，6为大靶球座，7a～d为A～D激光测距传感器，8为压紧头，9为平面标定板，9a为标定板安装孔，9b～e为A～D靶球座孔，9f～i为安装固定孔，10为安装架，11为标定杆，12为小靶球座；{W}为世界坐标系，{T}为工具坐标系，{B}为工件坐标系，{S₁}为状态坐标系1。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2所示，本发明方法所使用的装置包括激光跟踪仪、工业机械臂1、法兰盘2、制孔末端执行器、标定杆11、平面标定板9和安装架10，其中制孔末端执行器主要包括进给模块3、电主轴4、电主轴安装座5、大靶球座6、小靶球座12、压紧头8和四个激光测距传感器7a～d等。法兰盘2用于连接工业机械臂1和制孔末端执行器。标定杆11采用阶梯轴方式，一端可以连接到电主轴4上，另一端可以垂直连接平面标定板9。平面标定板9中心有一个用于安装标定杆11的孔9a，四个角分别有一个用于放置激光跟踪仪靶球的靶球座孔9b～e和用于固定在安装架上的安装固定孔9f～i。电主轴安装座5连接进给模块3和电主轴4，进给模块3能够带动电主轴4进行直线运动，电主轴安装座5上有一个固定的大靶球座6。四个激光测距传感器7a～d均布斜置安装在压紧头8上，移动工业机械臂1将制孔末端执行器移动至平面标定板9前方，四个激光束以一定的角度射向平面标定板9，激光点打在平面标定板9表面，四个激光测距传感器7a～d均有一个距离返回值。由于激光测距传感器7a～d通过激光测距，需要接收返回的激光束信息，所以平面标定板9表面需具备较强的反射能力，不能是黑色材料，因此平面标定板9材料选用铝合金。

参见图2，{W}为测量过程中激光跟踪仪的坐标系，将其设为世界坐标系。将靶球放置在靶球座上后，激光跟踪仪的测量点为靶球中心。{T}为工具坐标系，其中，Z_T轴为电主轴4进给方向；O_T点位于压紧头8压紧平面沿Z_T轴方向前端25mm位置，将靶球座安装在标定杆11上且靶球座底面与压紧头8压紧平面紧密贴合时，放置在靶球座上的靶球的中心正好是TCP点，即O_T点；X_T轴为垂直于进给模块3的运动平面方向；Y_T轴垂直于X_T轴和Z_T轴。{B}为工件坐标系，其中，O_B点为D靶球座孔9e的测量点；Z_B轴为垂直于平面标定板9表面方向；当工具坐标系{T}的Z_T轴垂直于平面标定板9表面时，X_B轴平行于平面标定板9表面与工具坐标系{T}中X_TO_TZ_T面的交线，并且指向C靶球座孔9d的测量点；Y_B轴垂直于X_B轴和Z_B轴。

激光测距传感器7a～d标定方法的具体实施步骤为：

步骤1：参见图1，将标定杆11的一端安装在电主轴4上，将平面标定板9安装在标定杆11的伸出端，将小靶球座12安装在伸出端的端面位置，将跟激光跟踪仪连接好的靶球固定在小靶球座12上。

步骤2：进给模块3带动电主轴4移动到一个合适的位置，用激光跟踪仪测量靶球在世界坐标系{W}下的坐标，该点记为P₁，多次转动平面标定板9，分别记录下平面标定板9在不同角度下四个激光测距传感器7a～d的读数，得到一组数据：

其中，d₁、d₂、d₃、d₄为1*n的矩阵(n为转动次数)，分别对应四个激光测距传感器7a～d的度数。

多次移动电主轴4，重复该步骤，得到多个靶球点P₂、P₃……P_m，和多组激光测距传感器7a～d数据D₂、D₃……D_m。

步骤3：根据步骤2得到的靶球位置坐标以及激光测距传感器7a～d的读数，计算出各激光束矢向与主轴移动方向的夹角角度，计算步骤如下：

1)对D₁～D_m的每行数据取平均得到

2)在激光跟踪仪自带的软件中对点P₁、P₂、P₃……P_m拟合一条直线，以P₁点为零点，分别测量点P₁～P_m与点P₁之间的距离z₁～z_m；

3)以距离值z₁～z_m为横坐标，对应的每个激光测距传感器7a～d数据为纵坐标，画出散点图，并且添加四条趋势线，根据趋势线的斜率k_i可以计算出各激光束矢向与主轴移动方向的夹角角度α_i(i＝1,2,3,4)，其关系如下：

步骤4：将平面标定板9取下，移动电主轴4位置，在标定杆11伸出端安装一个大靶球座，保证靶球座底面与压紧头8压紧平面紧密贴合。

步骤5：借助激光跟踪仪进行TCP标定，建立工具坐标系{T}，其中，Z_T轴为电主轴4进给方向；O_T点位于压紧头8压紧平面沿Z_T轴方向前端25mm位置，正好为安装的靶球测量点；X_T轴为垂直于进给模块3的运动平面方向；Y_T轴垂直于X_T轴和Z_T轴。坐标系建立完成后，取下安装在电主轴4上的标定杆11以及靶球、靶球座。

步骤6：参见图2，将平面标定板9固定在安装架10上，靶球座分别放置于A、B、C、D靶球座孔9b～e上，用激光跟踪仪测得这四个点的位置，拟合出工件平面。

步骤7：将制孔末端执行器通过工业机械臂1移至平面标定板9前方一定的距离，将大靶球放置于固定在电主轴安装座5的大靶球座6，多次移动电主轴4，在世界坐标系{W}下测得各个位置靶球的坐标，根据测得的点的坐标拟合出一条直线，即为电主轴4进给方向，计算出电主轴4进给方向与工件平面的夹角，工业机械臂1带动制孔末端执行器以TCP点为中心依次绕工具坐标系{T}的X_T轴、Y_T轴转动相应的角度，重复该步骤直到电主轴4进给方向与工件平面垂直。

步骤8：建立与工具坐标系{T}平行的工件坐标系{B}：O_B点为D靶球座孔9e的测量点；Z_B轴、X_B轴、Y_B轴分别与工具坐标系{T}的Z_T轴、X_T轴、Y_T轴保持一致。

步骤9：当前位置记为状态1，借助激光跟踪仪测得电主轴4进给为0时靶球在世界坐标系{W}下的坐标S₁，记录四个激光测距传感器7a～d数据d₁₀、d₂₀、d₃₀、d₄₀。

步骤10：工业机械臂1带动制孔末端执行器以TCP点为中心绕工具坐标系{T}的X_T轴转动一定的角度，记录四个激光测距传感器7a～d数据d_X11、d_X21、d_X31、d_X41，多次移动电主轴4，根据步骤7的方法，拟合出电主轴4进给方向，然后计算出电主轴4进给方向与工件坐标系{B}的Z_B轴的夹角θ_X1。

步骤11：根据步骤10，多次调整制孔末端执行器绕工具坐标系{T}的X_T轴转动的角度，记录四个激光测距传感器7a～d数据d_X1i、d_X2i、d_X3i、d_X4i(i＝2，3，4……)，并且求出电主轴4进给方向与工件坐标系{B}的Z_B轴的夹角θ_Xi。

步骤12：工业机械臂1带动制孔末端执行器恢复到状态1，然后带动其以TCP点为中心绕工具坐标系{T}的Y_T轴转动一定的角度，记录四个激光测距传感器7a～d数据d_Y11、d_Y21、d_Y31、d_Y41，并且按照步骤10的方法计算出电主轴4进给方向与工件坐标系{B}的Z_B轴的夹角θ_Y1。

步骤13：根据步骤12，多次调整制孔末端执行器绕工具坐标系{T}的Y_T轴转动的角度，记录四个激光测距传感器7a～d数据d_Y1i、d_Y2i、d_Y3i、d_Y4i(i＝2，3，4……)，并且计算出电主轴4进给方向与工件坐标系{B}的Z_B轴的夹角θ_Yi。

步骤14：根据步骤9～13得到的数据以及几何关系计算出状态1下四个激光点之间的相对位置关系，以A激光测距传感器7a的激光点为原点建立平行于工件坐标系{B}的状态坐标系1{S₁}，得到各个激光点的坐标：

参见图3和图4，以绕工具坐标系{T}的Y_T轴转动为例。O_r为理论中心点，在电主轴4进给时刀尖扫过的直线上。r₀为点O_r到点A的距离。点A、B、C、D为激光束的发射点，若无安装误差，四个点应该在以点O_r为中心、r₀为半径的圆上，且该圆所在的平面平行于工具坐标系{T}的X_TO_TY_T平面。α₁、α₂、α₃、α₄为对应激光束与工具坐标系{T}的Z_T轴之间的夹角。点A'、B'、C'、D'为对应激光束打在未转动工件平面上的激光点，点A”、B”、C”、D”为对应激光束打在转动后的工件平面上的激光点。工件平面不动，制孔末端执行器绕Y_T轴转动θ_Y1，相当于制孔末端执行器不动，工件平面绕Y_T轴转动θ_Y1。将图3中所有激光束向工具坐标系{T}的X_TO_TZ_T平面投影，得到图4的几何关系。其中，实际距离AA'＝d₁₀，BB'＝d₂₀，CC'＝d₃₀，DD'＝d₄₀，AA”＝d_Y11，BB”＝d_Y21，CC”＝d_Y31，DD”＝d_Y41。注：点A与点A'的实际距离用AA'表示，在面内的投影距离用表示，其余类似。

设A～D激光测距传感器7a～d的激光束所在直线的空间方程为：

则四条直线对应的向量为：

参见图5，以A激光束和B激光束的几何关系为例，求解的长度。其中，状态坐标系1{S₁}的原点O₁与点A'重合，X₁轴、Y₁轴、Z₁轴平行于工具坐标系{T}的X_T轴、Y_T轴、Z_T轴。角度β₁、β₂是投影与X₁轴的夹角。存在以下几何关系，

A'A”＝AA'-AA”＝d₁₀-d_Y11

B'B”＝BB'-BB”＝d₂₀-d_Y21

是激光束方向A'A”、B'B”在Z_T轴方向的投影，所以，

设A'A”、B'B”与工具坐标系{T}的X_TO_TZ_T平面的夹角分别为可根据空间直线的向量求出：

角度β₁、β₂的求解过程如下：

则投影距离的求解过程如下：

将B”B”'平行移至A”B”₁，在构成的ΔA”'B”'B”₁中，

距离即为在状态1下，A、B激光束打在垂直于主轴的平面上，激光点在状态坐标系1{S₁}下X₁轴上的位置关系。为了排除其他因素的影响，更准确地获得位置信息，采用多次测量取平均的方法。根据制孔末端执行器绕工具坐标系{T}的Y_T轴转动的不同角度值θ_Yi，以及得到的激光测距传感器7a～d的返回值，求得多个值，最后取平均值作为A、B激光束打在平面上的激光点在X₁轴上的位置关系。

同理，可以计算出激光点在状态坐标系1{S₁}下Y₁轴上的位置关系，进而求出各个激光点在状态坐标系1{S₁}下的坐标：

因为所有的激光点的位置都是在状态坐标系1{S₁}下X₁O₁Y₁平面内，所以所有点的Z₁坐标值为0。a、b所有变量均是空间直线方程向量参数的函数。

步骤15：多次调整制孔末端执行器与平面标定板9之间的距离，根据步骤9，分别记为状态j(j＝2,3,4,……,q)，重复步骤9～14，记录电主轴4进给为0时靶球在世界坐标系{W}下的坐标S_j，根据步骤14的方法可以计算出状态坐标系j{S_j}下各个激光点的坐标：

步骤16：根据各状态之间的相对位置关系，计算出状态坐标系之间的转换关系，将所有点的坐标均转换到状态坐标系1{S₁}下，根据每个激光测距传感器7a～d得到的q个激光点均可以拟合出一条射线，即标定出了四个激光测距传感器7a～d的发射点位置和激光束矢向：

由于所有的状态坐标系都平行于工具坐标系{T}，所以各个状态坐标系之间都是平移关系，不存在角度变换关系。设状态坐标系j{S_j}相对于状态坐标系1{S₁}平移变换矩阵为p_j，即

p_j＝(x_j,y_j,z_j)

其中，z_j为激光跟踪仪测得的世界坐标系{W}下的点S_j与点S₁在工件坐标系{B}的Z_B轴方向上的距离。

将各个状态坐标系下的点均转换到状态坐标系1{S₁}下，得到以下q组坐标：

将所有点的坐标带入对应的直线方程中，加入对应角度的约束条件，然后应用最小二乘法即可求得四个激光测距传感器7a～d激光束所在直线的空间方程。最后根据不同状态下电主轴4进给方向与工件平面垂直时激光测距传感器7a～d的返回值推算出激光发射点位置。

本发明具有如下技术效果：

1)本发明借助于激光跟踪仪，可以精确地测量各点的位置，准确地获得工具坐标系{T}和工件坐标系{B}，方便准确地得到线与面之间的夹角；

2)本发明标定过程采用多次测量的方法，使标定结果更加准确；

3)本发明标定出的激光测距传感器7a～d的发射点位置和激光束矢向应用于制孔过程法线检测，可准确地找到工件表面制孔点的法向量；

本发明提出的标定方法不局限于制孔法向检测，可应用于其他需要标定光束发射点位置和矢向的情况，光束个数为2个及以上。

Claims (1)

1.一种激光测距传感器标定方法，其特征在于：

本发明方法所使用的装置包括激光跟踪仪、工业机械臂、法兰盘、制孔末端执行器、标定杆、平面标定板和安装架，其中制孔末端执行器主要包括进给模块、电主轴、电主轴安装座、大靶球座、小靶球座、压紧头和四个激光测距传感器等。法兰盘用于连接工业机械臂和制孔末端执行器。标定杆采用阶梯轴方式，一端可以连接到电主轴上，另一端可以垂直连接平面标定板。平面标定板中心有一个用于安装标定杆的孔，四个角分别有一个用于放置激光跟踪仪靶球的靶球座孔和用于固定在安装架上的安装固定孔。电主轴安装座连接进给模块和电主轴，进给模块能够带动电主轴进行直线运动，电主轴安装座上有一个固定的大靶球座。四个激光测距传感器均布斜置安装在压紧头上，移动工业机械臂将制孔末端执行器移动至平面标定板前方，四个激光束以一定的角度射向平面标定板，激光点打在平面标定板表面，四个激光测距传感器均有一个距离返回值。由于激光测距传感器通过激光测距，需要接收返回的激光束信息，所以平面标定板表面需具备较强的反射能力，不能是黑色材料，因此平面标定板材料选用铝合金。激光跟踪仪内部的坐标系为世界坐标系。

通过上述连接，构成了激光测距传感器标定的硬件平台。

激光测距传感器标定的方法包括如下顺序步骤：

步骤1：将标定杆的一端安装在电主轴上，将平面标定板安装在标定杆的伸出端，将小靶球座安装在伸出端的端面位置，将跟激光跟踪仪连接好的靶球固定在靶球座上；

步骤2：进给模块带动电主轴移动到一个合适的位置，用激光跟踪仪测量靶球在世界坐标系下的坐标，多次转动平面标定板，分别记录下平面标定板在不同角度下四个激光测距传感器的读数，多次移动电主轴，重复该步骤；

步骤3：根据步骤2得到的靶球位置坐标以及激光测距传感器的读数，计算出各激光束矢向与电主轴移动方向的夹角角度；

步骤4：将平面标定板取下，移动电主轴位置，在标定杆伸出端安装一个大靶球座，保证靶球座底面与压紧头压紧平面紧密贴合；

步骤5：借助激光跟踪仪进行TCP标定，建立工具坐标系，然后取下安装在电主轴上的标定杆以及靶球、靶球座；

步骤6：将平面标定板固定在安装架上，借助激光跟踪仪测得平面标定板上四个靶球座安装孔的坐标，拟合出工件平面；

步骤7：将制孔末端执行器通过工业机械臂移至平面标定板前方一定距离处，将大靶球放置于固定在电主轴安装座的大靶球座，多次移动电主轴，在世界坐标系下测得各个位置靶球的坐标，根据测得的点的坐标拟合出一条直线，即为电主轴进给方向，计算出电主轴进给方向与工件平面的夹角，工业机械臂带动制孔末端执行器以TCP点为中心依次绕工具坐标系的X轴、Y轴转动相应的角度，重复该步骤直到电主轴进给方向与工件平面垂直；

步骤8：建立与工具坐标系平行的工件坐标系；

步骤9：当前位置记为状态1，借助激光跟踪仪测得电主轴进给为0时靶球在世界坐标系下的坐标，记录四个激光测距传感器数据；

步骤10：工业机械臂带动制孔末端执行器以TCP点为中心绕工具坐标系的X轴转动一定的角度，记录四个激光测距传感器数据，多次移动电主轴，根据步骤7的方法，拟合出电主轴进给方向，然后计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤11：根据步骤10，多次调整制孔末端执行器绕工具坐标系的X轴转动的角度，记录四个激光测距传感器数据，并且计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤12：工业机械臂带动制孔末端执行器恢复到状态1，然后带动其以TCP点为中心绕工具坐标系的Y轴转动一定的角度，记录四个激光测距传感器数据，并且按照步骤10的方法计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤13：根据步骤12，多次调整制孔末端执行器绕工具坐标系的Y轴转动的角度，记录四个激光测距传感器数据，并且计算出电主轴进给方向与工件坐标系的Z轴的夹角；

步骤14：根据步骤9～13得到的数据以及几何关系计算出状态1下四个激光点之间的相对位置关系，以其中一个激光测距传感器的激光点为原点建立平行于工具坐标系的状态坐标系1，得到各个激光点的坐标；

步骤15：多次调整制孔末端执行器与平面标定板之间的距离，根据步骤9，分别记为状态j(j＝2,3,4,……,q)，重复步骤9～14，得到坐标系j下各个激光点的坐标；

步骤16：根据各状态之间的相对位置关系，计算出各状态下各坐标系之间的转换关系，将所有点的坐标均转换到同一坐标系下，根据每个激光测距传感器得到的q个激光点均可以拟合出一条射线，即标定出了四个激光测距传感器的发射点位置和激光束矢向。

该激光测距传感器标定方法具有如下技术效果：

1)本发明借助于激光跟踪仪，可以精确地测量各点的位置，准确地获得工具坐标系和工件坐标系，方便准确地得到线与面之间的夹角；

2)本发明标定过程采用多次测量的方法，使标定结果更加准确；

3)本发明标定出的激光测距传感器的发射点位置和激光束矢向应用于制孔过程法线检测，可准确地找到工件表面制孔点的法向量；

本发明提出的标定方法不局限于制孔法向检测，可应用于其他需要标定光束发射点位置和矢向的情况，光束个数为2个及以上。