专利名称：一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，涉及一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，包括规划测量系统的姿态和路径，用于大尺寸三维形貌测量。
背景技术：
路径规划指规划测量传感器的运动路径和测量姿态，保证测量的高效性、准确性和完整性，实现快速自动化测量。它在提高生产效率，改善系统运行的安全性能和节约生产成本等方面都具有非常积极的影响。其典型应用是数控机床加工。在测量路径规划方面，主要有两种情况，一是未知物体CAD (计算机辅助设计， Computer Aided Design)模型，二是已知物体CAD模型。1)未知物体CAD模型。主要应用于逆向工程，规划方法是基于当前测量视场信息规划下一测量位置，不能全局规划和离线规划，不能满足整体测量要求；2)已知物体CAD模型。规划方法首先进行体素划分，再规划路径，不能完全反映全部三角面片的最佳测量，信息易丢失，另外利用体素划分再规划路径增加一次误差累计，规划较复杂。目前，测量系统主要应用于机械臂或三坐标机，价格昂贵， 不宜推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，解决非接触式路径规划使用场合受限等问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的本发明提供了一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，其特征在于，该方法包括步骤1、计算传感器最佳测量角度；传感器最佳测量角度是传感器能够正确测量被测表面的角度姿态范围，用传感器中心轴线与被测表面法线之间的夹角来表示，等效于传感器所能够正确测量被测表面的范围，用被测表面法线范围来描述。首先建立光学条纹正弦性与被测表面的法线关系，再根据测量需求，设定条纹正弦性阈值范围，从而计算得到左右相机最佳测量角度，并以左右相机最佳测量角度的交集作为传感器最佳测量角度。步骤2、根据传感器最佳测量角度，进行基于高斯球原理的姿态规划，确定传感器旋转测量姿态；(1)根据传感器可能的测量姿态和传感器最佳测量姿态，在高斯球上均勻规划出 m个测量姿态的锥群，每个圆锥的中心轴线方向对应一个传感器测量姿态；(2)将所有面元的法向量映射到高斯球上，面元总数为η。设三角面元的法向量 V(Vx,Vy,Vz)，其映射到高斯球的球面上点坐标P (Px，Py, Pz)，则
权利要求
1.一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤(1)计算传感器最佳测量角度；(2)根据传感器最佳测量角度，进行基于高斯球原理的姿态规划，确定传感器旋转测量姿态；(3)利用聚类方法进行位置规划，计算视场中心；(4)将视场中心投影，得到传感器测量位置；(5)深孔深槽特殊规划，得到深孔深槽的测量路径结果。
2.根据权利要求1所述一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，其特征在于所述步骤(1)计算传感器最佳测量角度，传感器最佳测量角度是传感器能够正确测量被测表面的角度姿态范围，用传感器中心轴线与被测表面法线之间的夹角来表示。
3.根据权利要求1所述一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，其特征在于所述步骤( 根据传感器最佳测量角度，进行基于高斯球原理的姿态规划，确定传感器旋转测量姿态，步骤为①根据传感器可能的测量姿态和传感器最佳测量姿态，在高斯球上均勻规划测量姿态的锥群；②将所有面元的法向量映射到高斯球上，用点表示；③建立高斯球面上点坐标与测量姿态锥群的数学关系；④去除冗余，保证一个点只与一个圆锥姿态相对应；⑤重新计算点与锥群的数学关系，得到测量圆锥集合，即传感器旋转测量姿态。
4.根据权利要求1所述一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，其特征在于，所述步骤C3)利用聚类方法进行位置规划，计算视场中心，步骤为①初始规划根据三角面元分布范围和传感器测量范围，等间隔均勻规划测量位置，计算每个视场能够测量的三角面元，统计视场个数；②将三角面元坐标、初始测量位置和视场个数，输入K-Means聚类算法，进行迭代优化；③计算每个视场的利用率；④根据所有视场利用率，判断是否终止迭代循环。
5.根据权利要求1所述一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，其特征在于，所述步骤( 深孔深槽特殊规划，是根据传感器最佳测量角度计算得到系统测量孔径比，并对深孔深槽进行特殊规划，得到测量路径。
全文摘要
本发明公开了一种基于投影栅相位法测量系统的路径规划方法，该方法能够规划大尺寸三维形貌测量中的传感器测量路径。本发明基于投影栅相位法，首先计算传感器最佳测量角度；再利用高斯球原理，进行姿态规划，从而确定传感器旋转测量姿态；然后利用聚类方法进行位置规划，划分视场，计算视场中心；最后，将视场中心投影，得到传感器测量路径规划结果。本发明可以规划出基于投影栅相位法测量系统的测量路径，保证测量的高效性、准确性和完整性。
文档编号G06F17/50GK102176211SQ20101060701
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月26日 优先权日2010年12月26日
发明者吴尽龙, 姜宏志, 李旭东, 赵慧洁 申请人:北京航空航天大学