技术特征：
1.一种实现线激光3d相机高精度测量外圆柱面的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、通过线激光3d相机获取圆柱工件外表面的深度图像，并将深度图像传递给计算机，计算机记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息，并对每行深度信息利用ransac方法去除数据中存在的异常点，再对剩余点进行最小二乘法，然后计算每行的平均深度并记录；s2、遍历深度图像的每一行数据，并将每行数据记录的平均深度根据其所对应的角度生成圆柱工件的深度变化集合；s3、建立圆柱工件的偏心深度变化函数关系式并对深度变化集合进行拟合，通过变化曲线计算圆柱工件的偏心量及偏心方向角，并记录各点的拟合偏差；s4、建立相机偏移深度变化函数关系式并对拟合偏差进行拟合，通过变化曲线计算相机的偏移量，并记录各点的拟合偏差；s5、重复步骤s3、s4操作，直至圆柱工件的偏心量、偏心方向角和相机偏移量与上一轮数据之差均小于预设值，结束迭代。2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，步骤s1的具体操作如下：a)通过plc控制器驱动回转电机，回转电机驱动回转平台回转进而带动回转平台上的线激光3d相机回转，同时回转电机上的编码器向线激光3d相机发送触发信号，线激光3d相机接收到编码器的触发信号后对圆柱工件进行激光扫描，以获取圆柱工件外表面的深度图像并将深度图像传递给计算机；b)计算机记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息：设定第i行第j列数据的深度信息为坐标信息为则第i行的数据集合c)计算机对每行深度信息利用ransac方法去除数据中存在的异常点，再对剩余点进行最小二乘法，然后计算每行的平均深度并记录：设定原始深度图像尺寸为h
×
w，横向单位像素对应实际间距x
r
为(360/h)
°
/piexl，纵向单位像素对应实际间距y
r
为相机预设参数；从集合h
i
中随机抽取n个点作为初始样本拟合直线l
i
，设定直线l
i
方程为h＝a0y+b0；将初始样本中所有的点代入直线方程l
i
并计算平均损失函数loss0：式中为初始样本中第j个点对应的深度信息，a0和b0分别为直线方程l
i
中的初始拟合参数，是的理论值；为第i行第j列数据的纵坐标；为求平均损失函数loss0的极小值，分别令loss0对a0和b0的导数取0：
对上式化简得：计算出参数a0和b0后，则直线l
i
方程为h＝a0y+b0；将直线l
i
方程化作一般直线方程ax+by+c＝0的形式，遍历点集h
i
中剩余的点(y
p
,h
p
)，并计算该点到拟合直线的距离d
p
：设定距离阈值thresh，通过下式判断该点是否为内点，若为内点则加入样本集中：若d
p
＜thresh，则为内点；若d
p
≥thresh，则为外点；待一轮遍历完成后，用样本集重新拟合新的直线方程并进行新一轮迭代；经10～30次迭代后，将内点数最多的样本集作为最佳样本集，并将其对应的直线方程作为最佳直线方程；最后根据最佳直线方程结合该样本集中y坐标的范围，得到该扫描轮廓的平均深度3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，步骤s2的具体操作如下：记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息的同时，还记录编码器向线激光3d相机发送触发信号时所对应的回转平台的转角θ；计算机遍历深度图像的每一行数据，并将每行数据记录的平均深度根据其所对应的回转平台的转角生成圆柱工件的深度变化集合y：式中，分别是回
转平台的转角为θ0、θ1、θ
w-1
时所对应的平均深度，其中，θ满足w为深度图像的宽度。4.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，步骤s3的具体操作如下：以回转平台的中心o1为原点建立x-y坐标系，设定圆柱工件的半径为r1，圆心坐标为(δx,δy)，偏心量为则偏心方向角α满足：在δo1o2b
θ
中，利用余弦定理即得：o2b
θ2
＝o1o
22
+o1b
θ2-2
·
o1o2·
cos∠b
θ
o1o2，式中，o2为圆柱工件实际中心，b
θ
为回转平台的转角为θ时3d相机激光线与圆柱工件轮廓的交汇点，o1o2为回转平台中心到圆柱工件实际中心的距离，即偏心量δr，o2b
θ
为圆柱工件实际中心到3d相机激光线与圆柱工件轮廓的交汇点的距离，即圆柱工件的半径r1；o1b
θ
为回转平台的中心到3d相机激光线与圆柱工件轮廓的交汇点的距离；化简得：o1b
θ2-2
·
δr
·
cos(α-θ)
·
o1b
θ
+δr
2-r
12
＝0；利用求根公式即得：由于r1＞＞δr，所以近似认为：结合o1b
θ
＞0，即得：o1b
θ
＝δr
·
cos(α-θ)+r1；则圆柱工件的偏心深度变化函数关系式为：h
θ
＝a
θ
b
θ
＝a
θ
o
1-b
θ
o1＝r-r
1-δr
·
cos(α-θ)，式中：h
θ
为回转平台的转角为θ时所对应的圆柱工件的偏心深度，a
θ
为回转平台的转角为θ时3d相机的位置，r为3d相机的回转半径；令a1＝-δr，b1＝r-r1，则h
θ
＝a1·
cos(α-θ)+b1；将深度变化集合y中所有点代入上式并计算平均损失函数loss1：式中，h
θ
为深度变化集合y中对应回转角为θ时的平均深度，为h
θ
的理论值；由于loss1表达式为非线性且含多个变量即a1、b1和α，为求平均损失函数loss1的极小值，建立对应hession矩阵如下：
其中，x为输入参数，满足x＝(a
1 b
1 α)
t
；平均损失函数loss1的梯度定义为：其中：则最终的迭代公式为：其中x0为参数初始值，这里取(1 1 0)，为的逆矩阵。5.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于，步骤s4的具体操作如下：以回转平台的中心o1为原点建立x-y坐标系，线激光3d相机的理想位置为点a，线激光3d相机的实际位置为点c，偏移量为δc，由于偏移量的存在会使线激光3d相机的激光线与圆柱工件的交汇点发生偏移即从原来的b点偏移至d点，导致3d相机测量出来的距离由原先的ab变成了cd，故需建立δc与ab和cd之差即eb之间的关系式；根据相对运动关系，固定线激光3d相机的坐标，得出圆柱工件的圆心相对坐标为：(r2·
cosθ,r2·
sinθ)，r2为圆柱工件的运动半径，则点b、点d将满足下式：式中：(x
b
,y
b
)、(x
d
,y
d
)分别为点b和点d的坐标，r1为圆柱工件的半径；将上式化简得：
故令步骤s3中的将深度变化集合y中所有点代入eb表达式并计算对应的平均损失函数loss2：式中，为δh
θ
的理论值；对应牛顿迭代公式为：式中，δc0为偏差初始值，这里设为0，δc
n
为δc0经n次迭代后的结果，loss2'(δc)为loss2(δc)的导数。
技术总结
本发明公开了一种实现线激光3D相机高精度测量外圆柱面的校准方法，包括：S1、通过线激光3D相机获取圆柱工件外表面的深度图像，计算机记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息，并计算每行的平均深度；S2、生成圆柱工件的深度变化集合；S3、建立圆柱工件的偏心深度变化函数关系式并对深度变化集合进行拟合，计算圆柱工件的偏心量及偏心方向角；S4、建立相机偏移深度变化函数关系式并对拟合偏差进行拟合，计算相机的偏移量；S5、重复步骤S3、S4操作，直至圆柱工件的偏心量、偏心方向角和相机偏移量与上一轮数据之差均小于预设值，结束迭代。本发明能实现自适应误差消除，保证了线激光3D相机对外圆柱面的高精度测量。激光3D相机对外圆柱面的高精度测量。激光3D相机对外圆柱面的高精度测量。
技术研发人员：范狄庆 姚成贤 戴雨轩 张海峰 沙玲
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/1/13