激光标靶六自由度测量技术.pdf

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1、第42卷第5期光电工程Vb1．42．NO．52015年5月Opto—ElectronicEngineeringMay,2015文章编号：1003—5olx(2oJs)o5—0027—07激光标靶六自由度测量技术孟祥瑞，杨学友，高扬，张宾2(1．天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072；2．天津市航空易思维科技有限公司，天津300072)摘要：针对目前工程测量领域六自由度测量存在精度低、实时性和便携性差等问题，设计了一种激光标靶，结合全站仪能够实现空间六自由度测量。在嵌入式平台上，研究了一种以重心法为核心的光斑中心提取算法，该算法重复性精度高、鲁棒性好。通过对相

2、机的非模型化参数标定，提出了一种姿态解算算法。实验数据表明，激光标靶在全站仪坐标测量精度基础上，滚转角和俯仰角测量精度可达0．005o，方位角测量精度可达0．0062o，满足多种工程测量需求。关键词：六自由度测量；激光标靶；光斑中心提取；姿态解算；全站仪中图分类号：TH741；TN249文献标志码：Adoi：10．3969~．issn．1003—501X．2015．05．005LaserTargetSix--degree·-of-freedomMeasurementTechniqueMENGXiangrui，YANGXueyou，GAOYang，ZHANGBin(1．State

3、KeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments，TianjinUniversity，Tianjin300072，China；2．TianjinAviationISVScienceandTeehnolgyLimitedCompany，Tianjin300072，China)Abstract：ToovercomeproblemsincurrentsixDegree—of-freedom(DOF)measurement，suchaspoorportability,lowprecisionandspeed，thepap

4、erdemonstratesalasertargetmeasurementsetupbasedonembeddedsystem．Cooperatingwithatotalstation，lasertargetcanachievesix-DOFmeasurement．Aspotcenterpositioningalgorithmisproposedwhichsuitsforembeddedsystem，andanattituderesolvingalgorithmbasedonnon—modeledcameracalibration．Testedbyexperimentalres

5、ults，thelasertargetangelmeasurementprecisionofpitchandrollisO．005degree，andazimuthanglemeasurementprecisionis0．0062degre~withapositionmeasurementprecisionequalingtototalstation．Thepresentsystemisabletobeappliedtowidemeasuringsituations．Keywords：measurementofsixDOF；lasertarget；spotcenterextra

6、ction；aRitudesolution；totalstation0引言六自由度测量应用领域广泛，例如在隧道掘进工程中，为了保证掘进线路与设计线路之问的误差在一定范围内，必须对盾构机的位姿进行持续地监控测量_Jj；船舶工程中在港池内测试船只模型在不同环境下的运动轨迹，需要实时监测模型位姿。随着我国重大型工程建设的不断发展和创新，对于航空航天、盾构导向、港口船舶、大型构件装配等众多工程领域内的空间物体六自由度测量精度、测量系统实时性、便携性、测量范围等提出了更高的要求。目前工程应用中主要测量方法有图像视觉法、惯性测量法、棱镜法、激光标靶法。图像视觉测量法通过对目标物体上的特征点

7、或特定靶标成像，经过相应的数据处理，得到目标物体的位姿，该方法安装和调整困难，且受到相机成像限制，测量距离有限qJ；惯性测量法通过陀螺仪测角结合加速度计测位移，解算收稿日期：201409—04；收到修改稿日期：201411—17基金项目：天津市科技型中小企业技术创新专项资金(O5zHcxGx2l2o0)作者简介：孟祥瑞(1990一)，男(汉族)，吉林吉林人。硕士研究生，主要从事激光及光电测量技术的研究。E-mail：mxrlO02@tju．edu．ca。http：／／wwwgdgcaccn第