CN109540030B - 一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法 - Google Patents

Abstract

一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，先进行测量前需要制作一个测量附件测量环台，通过平面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面；通过内圆柱面重复精度值测量得出单位长度每m的手持式扫描设备内圆柱面重复精度值δ_内圆柱面；通过外圆柱面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备外圆柱面精度值δ_外柱孔面；最后评定零件可否用该设备进行测量，计算方法采用如下公式：

如果δ_最大＜δ_允许，待测零件可以使用该种设备进行测量，如果δ_最大≥δ_允许，待测零件不得使用该种设备进行测量；本发明能够明确快速得出单位长度范围内标记点空间位置拼接累计误差值，用于判断设备是否满足零件测量精度要求。

Description

一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法

技术领域

本发明属于精度检测技术领域，特别涉及一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法。

背景技术

目前已有的双摄像头手持扫描技术，均利用经过标定的双摄像头分别对被测物体进行图形采集，并分别提取图像中的特征标记点进行立体视觉匹配，重构左右摄像头共同视野内的标记点在仪器坐标系下的三维坐标及拓扑结构，利用这些标记点的拓扑结构与在世界坐标系中已知标记点库(已知标记点库可以是先前扫描获得)进行匹配，如果匹配成功就可以反推出当前仪器的位置及姿态参数。在得出当前仪器的位置姿态信息后，可以使用以下两种方法来获得投影到被测物体上激光线的三维坐标：1)可以利用某个摄像头拍摄的图像中提取激光轮廓线，并根据已标定好的该摄像头与线状激光发生器所发射激光面的位置关系获得激光轮廓线在仪器坐标系下的三维坐标。2)可以利用两个摄像头获得的两幅图像中提取激光轮廓线，采用与处理标记点类似的方法进行立体视觉匹配得到激光轮廓线的三维的坐标值。上述原理描述了两个摄像头一次同步曝光采集图像的处理过程，由于手持激光三维扫描仪进行的是六自由度移动的非接触式扫描，被测物体表面在摄像头的视野范围内连续移动时需要实现仪器不同位置和角度所获得的物体表面标记点三维拓扑结构与已知标记点库内的标记点拓扑结构进行连续循环匹配，如果有增加则更新标记点库。上述激光扫描的方法可以实现以手持方式对被测物体非接触任意角度的扫描，如图1所示。

但是由于被扫描的中大型物体(如汽车外轮廓、汽轮机叶片等)可能贴有几百甚至上千个标记点，由于手持式扫描设备视场范围有限，采用预先扫描确定标记点库的方法，标记点空间位置坐标的形成是通过前次视场中标记点位置拼接确定的，因此必然存在累计误差。这些累计误差，随着扫描面积的扩展不断累计。因为标记点的空间位置是确定手持式扫描设备空间位置及姿态的基础，因此设备自身标记点空间位置拼接累计误差，也就成为影响大型零件扫描精度最根本原因。

然而由于反光标记点的特殊性，测量空间位置实际真值较为困难，现有的精度检测方法均无法采用标准值与测量对比的方法，测量手持式扫描设备自身定位累计误差值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，能够明确快速得出单位长度范围内标记点空间位置拼接累计误差值，该误差值的得出可以用于判断该种手持式扫描设备是否满足零件测量精度要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，包括以下步骤：

(一)、加工一个环形的测量环台；

(二)、在测量环台上平面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面，计算方法采用如下公式：

(三)、在测量环台内圆柱面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备内圆柱面重复精度值δ_内圆柱面，计算方法采用如下公式：

(四)、在测量环台外圆柱面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备外圆柱面重复精度值δ_外柱孔面，计算方法采用如下公式：

(五)、评定零件可否用该设备进行测量，计算方法采用如下公式：

如果δ_最大＜δ_允许，待测零件可以使用该种设备进行测量，如果δ_最大≥δ_允许，待测零件不得使用该种设备进行测量。

所述的步骤(二)具体为：

步骤2.1，在测量环台上平面绘制直径为1m的圆；

步骤2.2，沿着绘制的圆一周，在圆内和圆外分别粘贴反光标记点；

步骤2.3，标识任意相邻4点作为起始测量点，为A_平面、B_平面、C_平面、D_平面，

步骤2.4，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤2.3中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对四个标记点进行了两次测量。

步骤2.5，将步骤2.4中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，由于对四个点进行了两次测量，理论上两侧测量的位置会重合，可是由于累计拼接误差的存在，两次测量的结果不会重合，测量出四个起始测量点的每个点两次测量数据的空间距离，单位为mm，标识为δ_A平面＝k1、δ_B平面＝k2、δ_C平面＝k3和δ_D平面＝k4。

步骤2.6，对步骤2.5得出的四个测量值进行数据处理，得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面，计算方法采用如下公式。

所述的步骤(三)具体为：

步骤3.1，沿着测量环台内孔面一周粘贴反光标记点。

步骤3.2，标识任意相邻4点A_内圆柱面、B_内圆柱面、C_内圆柱面、D_内圆柱面，四个标记点作为起始测量点。

步骤3.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤3.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对四个标记点进行了两次测量。

步骤3.4，将步骤3.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点的每个点两次测量数据的空间距离，如图6所示，标识为δ_{A内圆柱面}＝k1、δ_{B内圆柱面}＝k2、δ_{C内圆柱面}＝k3和δ_{D内圆柱面}＝k4。

步骤3.5，对步骤3.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_内圆柱面，计算方法采用如下公式：

所述的步骤(四)具体为：

步骤4.1，沿着测量环台外圆柱面一周粘贴反光标记点。

步骤4.2，标识任意相邻4点A_外圆柱面、B_外圆柱面、C_外圆柱面、D_外圆柱面，四个标记点作为起始测量点。

步骤4.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤4.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对同个标记点进行了两次测量。

步骤4.4，将步骤4.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点的每个点两次测量数据的空间距离，如图6所示，标识为δ_{A外圆柱面}＝k1、δ_{B外圆柱面}＝k2、δ_{C外圆柱面}＝k3和δ_{D外圆柱面}＝k4。

步骤4.5，对步骤4.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_外柱孔面，计算方法采用如下公式：

所述的步骤(五)具体为：

步骤5.1，根据图纸要求确定待测零件的允许测量误差δ_允许。

步骤5.2，侧量待测零件的最大外形尺寸L。

步骤5.3，计算使用该种手持式扫描设备测量待测零件的最大测量误差δ_最大，计算方法采用如下公式：

步骤5.4，如果δ_最大＜δ_允许，待测零件可以使用该种设备进行测量，如果δ_最大≥δ_允许，待测零件不得使用该种设备进行测量。

本发明的有益效果是：

本发明可以明确快速得出单位长度范围内标记点空间位置拼接累计误差值。该误差值的得出可以用于判断该种手持式扫描设备是否满足零件测量精度要求。

附图说明

图1是手持扫描设备测量原理图。

图2是测量环台示意图。

图3是平面重复精度值测量原理图。

图4是内圆柱面重复精度值测量原理图。

图5是外圆柱面重复精度值测量原理图。

图6是起始标记点重复精度测量原理图。

图7是需要测量的零件示意图。

图中，1.手持式测量设备，2.测量环台，3.反光标记点，4.绘制圆环5.标记点A_平面，6.标记点B_平面，7.标记点C_平面，8.标记点D_平面，9.标记点A_内圆柱面，10.标记点B_内圆柱面，11.标记点C_内圆柱面，12.标记点D_内圆柱面，13.标记点A_外圆柱面，14.标记点B_外圆柱面，15.标记点C_外圆柱面，16.标记点D_外圆柱面,

17.需要测量的零件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法主要分为平面重复精度精度值测量、内圆柱面重复精度值测量和外圆柱面重复精度值测量，评定零件可否用该设备进行测量等四部分组成。

实施例一

本实施例包括以下步骤：

(一)、在进行测量前需要制作一个测量环台，测量环台如图2所示。

(二)、平面重复精度值测量

步骤2.1，在测量环台2上平面绘制直径为1m的圆。

步骤2.2，沿着绘制的圆一周，在圆内和圆外分别粘贴反光标记点3。

步骤2.3，标识A_平面5、B_平面6、C_平面7、D_平面8，四个标记点作为起始测量点。

步骤2.4，打开手持式扫描设备1的标记点测量功能，以步骤2.3中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对同个标记点进行了两次测量。

步骤2.5，将步骤2.4中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点每个点两次测量数据的空间距离，标识为δ_A平面、、δ_B平面、、δ_C平面、和δ_D平面、。

步骤6，对以上得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面。

(三)、内圆柱面重复精度值测量

步骤3.1，沿着测量环台内孔面一周粘贴反光标记点。

步骤3.2，标识A_内圆柱面9、B_内圆柱面10、C_内圆柱面11、D_内圆柱面12，四个标记点作为起始测量点。

步骤3.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤3.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对同个标记点进行了两次测量。

步骤3.4，将步骤3.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点每个点两次测量数据的空间距离标识为δ_{A内圆柱面}、δ_{B内圆柱面}、δ_{C内圆柱面、}和δ_{D内圆柱面}。

步骤3.5，对步骤3.4上得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度的手持式扫描设备平面重复精度值δ_圆柱孔面。

(四)、外圆柱面重复精度值测量

步骤4.1，沿着测量环台外圆柱面一周粘贴反光标记点。

步骤4.2，标识A_外圆柱面13、B_外圆柱面14、C_外圆柱面15、D_外圆柱面16，四个标记点作为起始测量点。

步骤4.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤4.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量。

步骤4.4，将步骤4.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点，每个点两次测量数据的空间距离标识为δ_{A外圆柱面、}δ_{B外圆柱面、}δ_{C外圆柱面、}和δ_{D外圆柱面}。

步骤4.5，对步骤4.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度的手持式扫描设备平面重复精度值δ_外圆柱面。

(五)、评定零件可否用该设备进行测量。

步骤5.1，根据图纸要求确定待测零件17的允许测量误差δ_允许。

步骤5.2，测量待测零件17的最大外形尺寸L。

步骤5.3，计算使用该种手持式扫描设备测量待测零件17的最大测量误差δ_最大。

步骤5.4，如果δ_最大＜δ_允许，待测零件17可以使用该种设备进行测量，如果δ_最大≥δ_允许，待测零件17不得使用该种设备进行测量。

实施例二

本实施例包括以下步骤：

(一)、按图2加工制作测量环台

(二)、平面重复精度值测量，如图3所示

步骤2.1，在测量环台2上平面绘制直径为1m的圆。

步骤2.2，沿着绘制的圆一周，在圆内和圆外分别粘贴反光标记点3。

步骤2.3，标识A_平面5、B_平面6、C_平面7、D_平面8，四个标记点作为起始测量点。

步骤2.4，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤2.3中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量。

步骤2.5，将步骤2.4中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，由于对四个点进行了两次测量，理论上两侧测量的位置会重合，可是由于累计拼接误差的存在两次测量的结果不会重合，如图6所示，无剖面线的点为第一次测量时形成的空间坐标，打剖面线的点为第二次测量时形成的空间坐标，测量出四个起始测量点中每个点两次测量数据的空间距离单位为mm标识为δ_A平面＝k1、δ_B平面＝k2、δ_C平面＝k3和δ_D平面＝k4。步骤2.6，对步骤2.5得出的四个测量值进行数据处理，得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面，计算方法采用如下公式：

(三)、内圆柱面重复精度值测量，如图4所示

步骤3.1，沿着测量环台内孔面一周粘贴反光标记点。

步骤3.2，标识A_内圆柱面9、B_内圆柱面10、C_内圆柱面11、D_内圆柱面12，四个标记点作为起始测量点。

步骤3.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤3.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量。

步骤3.4，将步骤3.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点的每个点两次测量数据的空间距离，如图6所示，标识为δ_{A内圆柱面}＝k1、δ_{B内圆柱面}＝k2、δ_{C内圆柱面}＝k3和δ_{D内圆柱面}＝k4。

步骤3.5，对步骤3.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_内圆柱面，计算方法采用如下公式：

(四)、外圆柱面重复精度值测量，如图5所示

步骤4.1，沿着测量环台外圆柱面一周粘贴反光标记点。

步骤4.2，标识A_外圆柱面13、B_外圆柱面14、C_外圆柱面15、D_外圆柱面16，四个标记点作为起始测量点。

步骤4.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤4.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量。

步骤4.4，将上步中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点的每个点两次测量数据的空间距离，如图6所示，标识为δ_{A外圆柱面}＝k1、δ_{B外圆柱面}＝k2、δ_{C外圆柱面}＝k3和δ_{D外圆柱面}＝k4。

步骤4.5，对步骤4.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_外柱孔面。，计算方法采用如下公式：

(五)、评定零件可否用该设备进行测量，如图7所示。

步骤5.1，根据图纸要求确定待测零件17的允许测量误差δ_允许。

步骤5.2，侧量待测零件17的最大外形尺寸L。

步骤5.3，计算使用该种手持式扫描设备测量待测零件17的最大测量误差δ_最大，计算方法采用如下公式：

步骤5.4，如果δ_最大＜δ_允许，待测零件17可以使用该种设备进行测量，如果δ_最大≥δ_允许，待测零件17不得使用该种设备进行测量。

Claims (5)

1.一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、加工一个环形的测量环台；

(二)、在测量环台上平面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面，计算方法采用如下公式：

(三)、在测量环台内圆柱面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设备内圆柱重复精度值δ_内圆柱面，计算方法采用如下公式：

(四)、在测量环台外圆柱面重复精度值测量，得出单位长度每m的手持式扫描设外圆柱面重复精度值δ_外圆柱面，计算方法采用如下公式：

(五)、评定零件可否用该设备进行测量，计算方法采用如下公式：

如果δ_最大＜δ_允许，待测零件可以使用该种设备进行测量，如果

δ_最大≥δ_允许，待测零件不得使用该种设备进行测量，δ_允许表示待测零件的允许测量误差；δ_最大表示待测零件的最大测量误差，L，待测零件的最大外形尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，

其特征在于，所述的步骤(二)具体为：

步骤2.1，在测量环台上平面绘制直径为1m的圆；

步骤2.2，沿着绘制的圆一周，在圆内和圆外分别粘贴反光标记点；

步骤2.3，标识任意相邻4点作为起始测量点，为A_平面、B_平面、C_平面、D_平面，

步骤2.4，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤2.3中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量；

步骤2.5，将步骤2.4中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，由于对四个点进行了两次测量，理论上两次测量的位置会重合，可是由于累计拼接误差的存在两次测量的结果不会重合，测量出四个起始测量点每个点两次测量数据的空间距离，单位为mm，标识为δ_A平面＝k1、δ_B平面＝k2、δ_C平面＝k3和δ_D平面＝k4；

步骤2.6，对步骤2.5得出的四个测量值进行数据处理，得出单位长度每m的手持式扫描设备平面重复精度值δ_平面，计算方法采用如下公式：

3.根据权利要求1所述的一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，其特征在于，所述的步骤(三)具体为：

步骤3.1，沿着测量环台内孔面一周粘贴反光标记点；

步骤3.2，标识任意相邻4点A_内圆柱面、B_内圆柱面、C_内圆柱面、D_内圆柱面，四个标记点作为起始测量点；

步骤3.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤3.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量；

步骤3.4，将步骤3.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点的每个点两次测量数据的空间距离，标识为δ_{A内圆柱面}＝k1、δ_{B内圆柱面}＝k2、δ_{C内圆柱面}＝k3和δ_{D内圆柱面}＝k4；

步骤3.5，对步骤3.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度每m的手持式扫描设备内圆柱面重复精度值δ_内圆柱面，计算方法采用如下公式：

4.根据权利要求1所述的一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，其特征在于，所述的步骤(四)具体为：

步骤4.1，沿着测量环台外圆柱面一周粘贴反光标记点；

步骤4.2，标识任意相邻4点A_外圆柱面、B_外圆柱面、C_外圆柱面、D_外圆柱面，四个标记点作为起始测量点；

步骤4.3，打开手持式扫描设备的标记点测量功能，以步骤4.2中所述的四个起始测量点为开始，沿着圆周顺时针采集所有标记点空间位置，并回到起始的四个测量点，对标记点进行了两次测量；

步骤4.4，将步骤4.3中标记点测量数据导入至通用三维CAD软件中，测量出四个起始测量点每个点两次测量数据的空间距离，标识为δ_{A外圆柱面}＝k1、δ_{B外圆柱面}＝k2、δ_{C外圆柱面}＝k3和δ_{D外圆柱面}＝k4；

步骤4.5，对步骤4.4得出的四个测量值进行数据处理得出单位长度每m的手持式扫描设备外圆柱面重复精度值δ_外圆柱面，计算方法采用如下公式：

5.根据权利要求1所述的一种手持式扫描设备自身定位精度检测方法，其特征在于，所述的步骤(五)具体为：

步骤5.1，根据图纸要求确定待测零件的允许测量误差δ_允许；

步骤5.2，测量待测零件的最大外形尺寸L；

步骤5.3，计算使用该种手持式扫描设备测量待测零件的最大测量误差δ_最大，计算方法采用如下公式：

步骤5.4，如果δ_最大＜δ_允许，待测零件可以使用该种设备进行测量，如果δ_最大≥δ_允许，待测零件不得使用该种设备进行测量。

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