基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统及方法，能够对大范围三维测量设备的测量结果数据进行现场精确校准；该系统包括：至少四个标准球及对应的标准球固定装置、至少四台激光跟踪仪、时间同步触发器、控制器、以及至少一个靶球；其中，至少四个标准球通过标准球固定装置设置为标准球球心之间连线形成虚拟空间多面体的棱边；靶球可移动地设置在与标准球表面相切位置处；至少四台激光跟踪仪设置在所形成的虚拟空间多面体的外围，并且每台激光跟踪仪的测量范围均覆盖全部标准球；对于每一个标准球，并计算出标准球球心对应的全局坐标，作为校准三维测量设备的三维测量结果的依据。的三维测量结果的依据。的三维测量结果的依据。

【技术实现步骤摘要】
基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统及方法


[0001]本专利技术涉及三维测量校准
，尤其涉及一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统及方法。

技术介绍

[0002]激光跟踪仪、工业摄影测量设备、三维激光扫描仪等三维测量设备，在大型复杂零部件等的全要素三维测量应用中，往往需要使用多台甚至多台不同种类的三维测量设备进行协同测量以达到较高的测量精度需求，从而获取被测对象的全外形测量结果数据。然而，各种不同的三维测量设备，其原理、测量范围、测量精度各不相同，多系统协同测量必然会带来不同测量设备的坐标系统一及现场校准问题。
[0003]申请公布号为CN109341746A的中国专利技术专利申请公开了一种多系统协同测量校准用立体标准器，通过固定架上四个角点安装的靶座及一个基准立方镜，配合球目标，采用高精度三坐标测量机稳定给出四个空间点的三维坐标；不同测量设备的测量值与立体标准器的标准值进行坐标系对齐可实现不同测量设备的坐标系统一。然而，该方案中立体标准器的固定架结构仅适用于不超过一两米范围内的“大”尺寸测量设备，无法应用于飞机、船闸甚至建筑物等数十米大型对象的测量。
[0004]申请公布号为CN103591891A的中国专利技术专利申请公开了一种室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法，其室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和被测点，并利用高精度平差解算，将全局控制点的精度复现到被测点上以提高测量精度。该方案的测量范围虽然能够在一定程度上达到50米的大尺寸测量范围，但是，其全局控制点和被测点的测量均依赖于相同的激光跟踪仪的直接测量结果，本质上是通过增加测量点位并进行相互修正，精度仅能达到
±2×
10
‑5L(L为被测对象长度)，无法对全局控制点和被测点的测量结果进行更高级别精确度的校准。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统及方法，能够对大范围三维测量设备的测量结果数据进行现场精确校准。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面。
[0007]一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统，其包括：至少四个标准球及对应的标准球固定装置、至少四台激光跟踪仪、时间同步触发器、控制器、以及至少一个靶球；
[0008]其中，所述至少四个标准球通过标准球固定装置设置为标准球球心之间连线形成虚拟空间多面体的棱边；所述靶球可移动地设置在与标准球表面相切位置处；
[0009]所述至少四台激光跟踪仪设置在所形成的虚拟空间多面体的外围，并且每台激光跟踪仪的测量范围均覆盖全部标准球；
[0010]所述控制器和时间同步触发器与每台激光跟踪仪通信连接；所述控制器配置为通过时间同步触发器控制全部激光跟踪仪，在同一时间对标准球表面的靶球进行同步测量，获取至少四组靶球球心的三维坐标，并解算出靶球在统一全部激光跟踪仪坐标系后的全局三维坐标；对于每一个标准球，至少获取其表面四个不同相切位置处靶球球心的全局三维坐标，并计算出标准球球心对应的全局坐标，作为校准三维测量设备的三维测量结果的依据。
[0011]优选的，所述标准球通过支撑杆从下方固定，并使每台激光跟踪仪的位置均高于四面体的最高顶点，使标准球在每一台跟踪仪的俯视测量范围内；或者，采用吊装方式，从上方固定标准球，并使每台激光跟踪仪的位置均低于四面体的任一顶点，使标准球在每一台跟踪仪的仰视测量范围内；或者，所述标准球中的一部分通过支撑杆从下方固定，另一部分采用吊装方式从上方固定。
[0012]优选的，进一步包括多个靶球以及对应的靶球座，所述多个靶球通过靶球座设置在与标准球表面相切的多个位置处。
[0013]优选的，所述至少四个标准球中的至少三个标准球球心设置在同一个平面上，且所述至少三个标准球中任意两者之间的距离大于10米且小于56米；所述至少三个标准球之外的其他任何一个标准球与所述至少三个标准球所在的平面的距离设置为大于3米小于20米。
[0014]一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的方法，其采用所述的系统，并包括以下步骤：
[0015]步骤一：从三维测量设备获取第一三维测量结果；
[0016]步骤二：从激光跟踪仪获取靶球球心的三维坐标；
[0017]步骤三：解算出靶球球心的全局三维坐标；
[0018]步骤四：根据多个靶球球心的全局三维坐标计算标准球球心的全局三维坐标，作为第二三维测量结果；
[0019]步骤五：根据第二三维测量结果与第一三维测量结果中的标准球球心全局坐标及两两球心之间的距离，获取三维测量设备测量结果的三维坐标偏移量。
[0020]优选的，所述从激光跟踪仪获取靶球球心的三维坐标包括：控制器通过时间同步触发器控制全部激光跟踪仪，针对每一个标准球，在同一时间对与标准球表面相切位置的靶球进行同步测量，获取至少四组靶球球心的三维坐标。
[0021]优选的，在解算出靶球球心的全局三维坐标之前还包括：控制每台激光跟踪仪同步测量各自到大于或等于四个靶球球心的距离，将靶球球心作为定向点，根据利用空间六自由度平差原理，采用加权秩亏自由网平差模型，建立全局三维坐标系，基于重心基准进行系统定向解算，得到每台激光跟踪仪中心的全局三维坐标；
[0022]根据每台激光跟踪仪中心的全局三维坐标，以及每台激光跟踪仪获取的靶球球心的三维坐标，进行全局坐标转换，解算出每个靶球球心的全局三维坐标。
[0023]优选的，进一步包括：依次将多个标准球限制在长宽高为10m
×
10m
×
3m、20m
×
20m
×
6m、30m
×
30m
×
9m、40m
×
40m
×
12m、50m
×
50m
×
15m的5个立体空间内，分部重复步骤二至步骤四，获取5组标准球球心的全局三维坐标。
[0024]优选的，在步骤四之前还包括：通过三坐标测量机对每个标准球和/或靶球的直径
和圆度进行标定。
[0025]优选的，所述方法的各步骤设置为温度在(20
±
5)℃范围内进行，且每小时温度变化≤1.0℃。
[0026]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0027]通过将至少四个标准球通过标准球固定装置设置为标准球球心之间连线形成虚拟空间多面体的棱边；并将靶球可移动地设置在与标准球表面相切位置处，使至少四台激光跟踪仪设置在所形成的虚拟空间多面体的外围，并且每台激光跟踪仪的测量范围均覆盖全部标准球，能够计算出标准球球心对应的全局坐标，能够对超过50米的大范围三维测量设备的测量结果数据进行现场精确校准，将三维测量设备的协同测量的全局三维坐标精度提高到≤
±
(10μm+1μm/m)的精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的系统，其特征在于，包括：至少四个标准球及对应的标准球固定装置、至少四台激光跟踪仪、时间同步触发器、控制器、以及至少一个靶球；其中，所述至少四个标准球通过标准球固定装置设置为标准球球心之间连线形成虚拟空间多面体的棱边；所述靶球可移动地设置在与标准球表面相切位置处；所述至少四台激光跟踪仪设置在所形成的虚拟空间多面体的外围，并且每台激光跟踪仪的测量范围均覆盖全部标准球；所述控制器和时间同步触发器与每台激光跟踪仪通信连接；所述控制器配置为通过时间同步触发器控制全部激光跟踪仪，在同一时间对标准球表面的靶球进行同步测量，获取至少四组靶球球心的三维坐标，并解算出靶球在统一全部激光跟踪仪坐标系后的全局三维坐标；对于每一个标准球，至少获取其表面四个不同相切位置处靶球球心的全局三维坐标，并计算出标准球球心对应的全局坐标，作为校准三维测量设备的三维测量结果的依据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标准球通过支撑杆从下方固定，并使每台激光跟踪仪的位置均高于四面体的最高顶点，使标准球在每一台跟踪仪的俯视测量范围内；或者，采用吊装方式，从上方固定标准球，并使每台激光跟踪仪的位置均低于四面体的任一顶点，使标准球在每一台跟踪仪的仰视测量范围内；或者，所述标准球中的一部分通过支撑杆从下方固定，另一部分采用吊装方式从上方固定。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括多个靶球以及对应的靶球座，所述多个靶球通过靶球座设置在与标准球表面相切的多个位置处。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少四个标准球中的至少三个标准球球心设置在同一个平面上，且所述至少三个标准球中任意两者之间的距离大于10米且小于56米；所述至少三个标准球之外的其他任何一个标准球与所述至少三个标准球所在的平面的距离设置为大于3米小于20米。5.一种基于可变大尺寸多面体校准三维测量结果的方法，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的系统，并包括以下步骤：步骤一：从三维测量设备获取第一三维测量结果；步骤二：从激光跟踪仪获取靶球球心的三维坐标；步骤三：解算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建钢，赵雨，曹江萍，李刚，张云嫦，胡常安，蔡东炎，李万泽，张瑞，
申请(专利权)人：中国测试技术研究院，
类型：发明
国别省市：