本发明涉及测量标定领域，具体公开了一种激光中心的标定方法及其与影像中心同步的标定方法。
背景技术：
对于规块等检验工具，在生产后往往需要进行测量以确保其精度准确，一般是通过光学测量仪来进行这种测量操作，光学测量仪一般配备有ccd相机以及激光传感器，ccd是电荷耦合器件的简称，激光传感器一般由激光器、激光检测器和测量电路组成。
光学测量仪一般都会涉及ccd相机中心和激光传感器的光轴中心的坐标转换与标定，现有技术中，ccd相机与激光传感器之间的坐标标定通常是先记ccd影像观察到的某一个参考点，再移动x-y平台将这个参考点移动激光光轴中心，此时再以肉眼观察光轴中心半点与参考点的重叠程度，并一边观察一边进行参考点的逼近调整，上方法人为因素影响大，重复性差，精度低。随着自动化程度的提高和产品加工精度的提升，在实际测量过程中，用ccd做影导定位后再用激光在此定处测量的要求就会更高，现有的激光中标定方法及其与影像中心同步的标定方法已经不能满足高精度的工业应用需求，因此我们研发了这种全新的标定方法来提高标定精度。
技术实现要素：
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种激光中心的标定方法及其与影像中心同步的标定方法，通过激光对标准圆锥台目标物的多截面扫描，依据几何原理构建模型，软件算法校正，快速找准激光的光轴中心；移动x-y精密坐标平台将同一标准圆锥台端面圆移动到ccd影像视野内扫描拟合圆心，得出影像的光轴中心，实现两光轴中在同一x-y坐标系统下的同步标定。
为解决现有技术问题，本发明公开一种激光中心的标定方法，包括以下步骤：
s1、将安装于x-y测量平台上的上底面半径为r的标准圆台状目标物移动至激光传感器的下方，调节激光传感器令激光位于目标物的中心区域；
s2、以步骤s1中激光传感器的激光光轴为中心，以r为半径作圆获得激光圆测量区域，r<r<2r；
s3、在圆测量区域中等间距作n条与x轴平行的第一线段，在圆测量区域中作m条与y轴平行的第二线段，第一线段和第二线段均与圆测量区域相交；
s4、将所有的第一线段等间距打断获得n组第一点集，将所有的第二线段等间距打断获得m组第二点集；
s5、在同一第一点集中，驱动激光传感器依次经过第一点集中的各点位置，获得各点的坐标(xi，yi，zi)，根据各点的坐标(xi，yi，zi)拟合获得第一标准平面圆拟合直线和两条第一圆锥面拟合直线，第一标准平面圆拟合直线分别与两条第一圆锥面拟合直线的交点分别为(xa，ya，za)和(xb，yb，zb)；
s6、对其余的第一点集重复步骤s5，获得其余的交点；
s7、在同一第二点集中，驱动激光传感器依次经过第一点集中的各点位置，获得各点的坐标(xj，yj，zj)，根据各点的坐标(xj，yj，zj)拟合获得第二标准平面圆拟合直线和两条第二圆锥面拟合直线，第一标准平面圆拟合直线分别与两条第一圆锥面拟合直线的交点分别为(xc，yc，zc)和(xd，yd，zd)；
s8、对其余的第二点集重复步骤s7，获得其余的交点；
s9、对所有第一点集和第二点集的交点拟合获得拟合圆方程：(x-p)2+(y-q)2＝r2，在xy平面上获得标准平面圆的圆心为(p，q)。
进一步的，步骤s2中，圆测量区域的半径r为目标物上底半径r的1.5倍。
进一步的，步骤s3中，m＝n＝20。
进一步的，步骤s4中，所有第一点集和第二点集所组成集合的中心与圆测量区域的圆心重合。
进一步的，步骤s5中，第一标准平面圆拟合直线和两条第一圆锥面拟合直线的拟合方法是采用最小二乘法拟合各个点(xi，yi，zi)。
进一步的，步骤s6中，第二标准平面圆拟合直线和两条第二圆锥面拟合直线的拟合方法是采用最小二乘法拟合各个点(xj，yj，zj)。
进一步的，还包括步骤s10，重复步骤s2-s9，获得多个标准平面圆的圆心(p，q)，取各个标准平面圆的圆心坐标平均值获得精确圆心。
本发明还公开一种激光中心与影像中心同步的标定方法，包括以下步骤：
a、将圆台状的目标物定位在测量平台上；
b、影像捕获工具位于测量平台的正上方，影像捕获工具获取测量平台上的目标物的影像信息，获得目标物的上底圆心坐标为(p0，q0)；
c、使用上述任一所述的一种激光中心的标定方法获得标准平面圆的圆心(p，q)；
d、获得影像中心和激光中心的坐标差(δp，δq)，δp＝p0-p，δq＝q0-q。
本发明的有益效果为：本发明公开一种激光中心的标定方法及其与影像中心同步的标定方法，在限制激光测量的区域后，通过等间距的方式设置相互垂直的线组，激光传感器对各个线段中各个等间距的离散点进行测量能够获得对应的坐标，相交的拟合直线之间形成交点，这些交点分布在目标物的上底面边缘处，通过这些交点能够准确标定目标物上底面的中心坐标，通过交点确定目标物上底面的位置，能够显著提高激光标定精度；应用于光学测量仪进行激光坐标系和影像坐标系转换时，坐标转换精度高，能够有效确保光学测量仪的测量精度。
附图说明
图1为目标物的立体结构示意图。
图2为本发明激光标定时的俯视结构示意图。
图3为本发明激光标定时的主视结构示意图。
图4为本发明激光标定时的左视结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参考图1至图4。
本发明基础实施例公开一种激光中心的标定方法，包括以下步骤：
s1、将安装于光学测量仪的x-y测量平台上的上底面半径为r的标准圆台状目标物移动至激光传感器的下方，手动调节激光传感器令激光位于目标物的中心区域，即激光位于目标物的中心附近，令激光读数处于有效的状态，即调节激光传感器的位置令目标物位于激光测量的范围内，当目标物为圆台状的规块时，目标物的结构如图1所示，上底面为标准平面圆，侧面为圆锥面；
s2、以步骤s1中激光传感器的激光光轴为中心，以r为半径作圆获得激光的圆测量区域，即激光的圆扫描区域，r<r<2r；
s3、在步骤s2的圆测量区域中等间距作n条与x轴平行的第一线段，在圆测量区域中作m条与y轴平行的第二线段，如图2所示，第一线段和第二线段均与圆测量区域的边缘相交，即第一线段和第二线段均与目标物的测量圆锥台相交，获得n条平行于x轴和m条平行y轴的直线；
s4、将所有的第一线段等间距打断获得n组具有多个离散点的第一点集，将所有的第二线段等间距打断获得m组具有多个离散点的第二点集，根据实际应用需求以最优间距对第一线段和第二线段打断；
s5、在同一第一点集中，即在y坐标相同的第一点集中，如图3所示，驱动激光传感器依次经过第一点集中的各点位置，获得各点的坐标(xi，yi，zi)，根据各点的坐标(xi，yi，zi)拟合获得与目标物上底面重合的第一标准平面圆拟合直线和两条与目标物侧面重合第一圆锥面拟合直线，求解第一标准平面圆拟合直线分别与两条第一圆锥面拟合直线的交点分别为(xa，ya，za)和(xb，yb，zb)；
s6、对其余的第一点集重复步骤s5，获得其余的交点；
s7、在同一第二点集中，即在x坐标相同的第二点集中，如图4所示，驱动激光传感器依次经过第一点集中的各点位置，获得各点的坐标(xj，yj，zj)，根据各点的坐标(xj，yj，zj)拟合获得与目标物上底面重合的第二标准平面圆拟合直线和两条与目标物侧面重合第二圆锥面拟合直线，求解第一标准平面圆拟合直线分别与两条第一圆锥面拟合直线的交点分别为(xc，yc，zc)和(xd，yd，zd)；
s8、对其余的第二点集重复步骤s7，获得其余的交点；
s9、使用离散点的拟合方法对所有第一点集和所有第二点集的交点拟合获得拟合圆方程：(x-p)2+(y-q)2＝r2，由于目标物为圆台结构，所形成的拟合圆在同一z坐标位置的xy平面上，在xy平面上获得标准平面圆的圆心为(p，q)。
在本实施例中，步骤s2中，圆测量区域的半径r为目标物上底半径r的1.5倍，即r＝1.5r，能够确保拟合获得的各个标准平面圆拟合直线和各个圆锥面拟合直线均位于目标物的表面，从而确保拟合标定的方法准确可靠，同时能够有效避免标定时间过长，可确保标定效率。
在本实施例中，步骤s3中，m＝n＝20，即第一线段和第二线段均设有20条。
在本实施例中，步骤s4中，所有第一点集和所有第二点集所组成集合的中心与圆测量区域的圆心重合，能有效提高测量精度。
在本实施例中，步骤s5中，第一标准平面圆拟合直线和两条第一圆锥面拟合直线的拟合方法是采用最小二乘法拟合目标物表面的各个点(xi，yi，zi)。
在本实施例中，步骤s6中，第二标准平面圆拟合直线和两条第二圆锥面拟合直线的拟合方法是采用最小二乘法拟合目标物表面的各个点(xj，yj，zj)。
在本实施例中，还包括步骤s10，重复步骤s2-s9，获得多个标准平面圆的圆心(p，q)，取各个标准平面圆的圆心坐标平均值获得精确圆心，能够有效提高最终所标定圆心的精确度。
本发明实施例还公开一种激光中心与影像中心同步的标定方法，包括以下步骤：
a、将圆台状的目标物定位在光学测量仪的测量平台上，为保证重复性和线性的需要，目标物需要与基准面和平台关联好；
b、影像捕获工具位于测量平台的正上方，影像捕获工具通常为ccd相机，影像捕获工具获取测量平台上的目标物的影像信息，通过常规的图像算法可以获得目标物的上底圆心坐标为(p0，q0)，同时获得上底圆心半径为r；
c、使用上述任一所述的一种激光中心的标定方法获得标准平面圆的圆心(p，q)；
d、获得影像中心和激光中心的坐标差(δp，δq)，δp＝p0-p，δq＝q0-q，在对ccd相机和激光传感器进行坐标转换时，能够有效确保坐标转换的精度，从而能够有效提高测量精度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种激光中心的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、将安装于x-y测量平台上的上底面半径为r的标准圆台状目标物移动至激光传感器的下方，调节激光传感器令激光位于目标物的中心区域；
s2、以步骤s1中激光传感器的激光光轴为中心，以r为半径作圆获得激光圆测量区域，r<r<2r；
s3、在圆测量区域中等间距作n条与x轴平行的第一线段，在圆测量区域中作m条与y轴平行的第二线段，第一线段和第二线段均与圆测量区域相交；
s4、将所有的第一线段等间距打断获得n组第一点集，将所有的第二线段等间距打断获得m组第二点集；
s5、在同一第一点集中，驱动激光传感器依次经过第一点集中的各点位置，获得各点的坐标(xi，yi，zi)，根据各点的坐标(xi，yi，zi)拟合获得第一标准平面圆拟合直线和两条第一圆锥面拟合直线，第一标准平面圆拟合直线分别与两条第一圆锥面拟合直线的交点分别为(xa，ya，za)和(xb，yb，zb)；
s6、对其余的第一点集重复步骤s5，获得其余的交点；
s7、在同一第二点集中，驱动激光传感器依次经过第一点集中的各点位置，获得各点的坐标(xj，yj，zj)，根据各点的坐标(xj，yj，zj)拟合获得第二标准平面圆拟合直线和两条第二圆锥面拟合直线，第一标准平面圆拟合直线分别与两条第一圆锥面拟合直线的交点分别为(xc，yc，zc)和(xd，yd，zd)；
s8、对其余的第二点集重复步骤s7，获得其余的交点；
s9、对所有第一点集和第二点集的交点拟合获得拟合圆方程：(x-p)2+(y-q)2＝r2，在xy平面上获得标准平面圆的圆心为(p，q)。
2.根据权利要求1所述的一种激光中心的标定方法，其特征在于，步骤s2中，圆测量区域的半径r为目标物上底半径r的1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种激光中心的标定方法，其特征在于，步骤s3中，m＝n＝20。
4.根据权利要求1所述的一种激光中心的标定方法，其特征在于，步骤s4中，所有第一点集和第二点集所组成集合的中心与圆测量区域的圆心重合。
5.根据权利要求1所述的一种激光中心的标定方法，其特征在于，步骤s5中，第一标准平面圆拟合直线和两条第一圆锥面拟合直线的拟合方法是采用最小二乘法拟合各个点(xi，yi，zi)。
6.根据权利要求1所述的一种激光中心的标定方法，其特征在于，步骤s6中，第二标准平面圆拟合直线和两条第二圆锥面拟合直线的拟合方法是采用最小二乘法拟合各个点(xj，yj，zj)。
7.根据权利要求1所述的一种激光中心的标定方法，其特征在于，还包括步骤s10，重复步骤s2-s9，获得多个标准平面圆的圆心(p，q)，取各个标准平面圆的圆心坐标平均值获得精确圆心。
8.一种激光中心与影像中心同步的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将圆台状的目标物定位在测量平台上；
b、影像捕获工具位于测量平台的正上方，影像捕获工具获取测量平台上的目标物的影像信息，获得目标物的上底圆心坐标为(p0，q0)；
c、使用上述权利要求1-7任一所述的一种激光中心的标定方法获得标准平面圆的圆心(p，q)；
d、获得影像中心和激光中心的坐标差(δp，δq)，δp＝p0-p，δq＝q0-q。
技术总结