[發明專利]超大型工件圓形截面形狀與方位測量裝置及方法無效

申請號：	200810152023.9	申請日：	2008-10-06
公開（公告）號：	CN101387501A	公開（公告）日：	2009-03-18
發明（設計）人：	曲興華;張福民	申請（專利權）人：	天津大學
主分類號：	G01B11/24	分類號：	G01B11/24;G01B11/00
代理公司：	天津市杰盈專利代理有限公司	代理人：	趙敬
地址：	300072***	國省代碼：	天津;12
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摘要：
搜索關鍵詞：	超大型工件圓形截面形狀方位測量裝置方法
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【權利要求書】：

1.一種超大型工件圓形截面形狀與方位測量的裝置，其特征在于它包括：激光跟蹤儀、端面幾何形狀測量網和工件軸線修正測量網，所述的端面幾何形狀測量網和工件軸線修正測量網分別是由若干視覺傳感器構成；視覺傳感器是通用的非接觸式的坐標測量傳感器，它是由半導體激光發射器、CCD傳感器和柱面鏡組成；

所述的端面幾何形狀測量網至少具有八個視覺傳感器，一組四個用于組成水平測量網，包括兩個配對視覺傳感器，每個配對視覺傳感器由兩個視覺傳感器以中心對稱放置組成，另一組組成與水平測量網相互垂直的垂直測量網，用于同時測量一個圓截面；

所述的軸線修正測量網具有六個視覺傳感器，每組三個視覺傳感器同時測量一個圓截面所有視覺傳感器均基于雙目視覺原理采集被測點三坐標，內部包括半導體激光發射器、CCD傳感器和柱面鏡；

激光跟蹤儀作為全局測量設備，每個視覺傳感器與激光跟蹤儀用于同時測量公共視場內的點。

2.一種利用權利要求1所述的超大型工件圓形截面形狀與方位測量裝置進行測量的方法，其特征在于它包括的步驟：

1)將視覺傳感器放置在距被測工件有效工作距離范圍內，經視覺傳感器內部的半導體激光器投射點光源到柱面鏡，形成線結構光刀到被測物，內部的雙目CCD傳感器對光刀成像，利用亞像素細分算法細化高斯分布的光刀，提取光刀上特征點像坐標，利用三角測量原理，從兩個相機的二維坐標計算被測點三維坐標，可得到整個結構光條上所有點坐標；

2)端面幾何形狀測量網中的水平測量網和垂直測量網分別測量工件端面圓截面的多條水平弦線和垂直弦線，采用兩個視覺傳感器以中心對稱放置，配對測量每一條弦線，兩個視覺傳感器發射共面結構光刀，并光切到被測圓形截面上，在圓周處發生光線彎折，彎折點即為兩個被測特征點d₁和d₂，從而得到圓截面上兩點d₁和d₂的坐標，得到圓的一條弦d₁d₂，并可計算出弦的中點M₁＝(d₁+d₂)/2；

水平測量網由n個平行的配對視覺傳感器構成，即每條弦線互相平行，求出n條平行弦的中點M₁，M₂，...M_n，最后將這些中點擬合一條直線l_H；同理，由垂直測量網也測量和計算出一條直線l_V，根據圓中一組平行弦的中點連線必經過圓心定理，兩條中點連線的交點就是所求圓心O＝l_H∩l_V；

3)得到圓心后，利用圓心約束，再用最小二乘法擬合圓半徑：

minf(a,b,r)=Σi=1N((xi-a)2+(yi-b)2-r)2]]>

其中a，b作為已知量，將上述平行弦法得到的結果代入，從而求解半徑r；

4)同時啟動工件軸線修正測量網測定，視覺傳感器沿被測工件軸線布置，每個視覺傳感器發射線結構光刀垂直于工件軸線，照射在圓柱柱面輪廓上，光切得到圓截面的圓弧特征，采集整條結構光線上多點坐標，即可擬合圓截面形狀；多個視覺傳感器投射的線結構光構成一個統一的光平面，并可在輪廓上光切出多條弧線，通過采集整條弧線上多點的三坐標，可計算出弧線所在截面的中心位置坐標O_i，依次采集多個截面中心的連線，就可以擬合工件軸線l，通過工件軸線方位和被測端面形狀的同時測量，可以得出圓柱形工件在測量網中的六維安裝位置，以此來修正截面幾何形狀的測量結果；

5)每個視覺傳感器均基于各自的坐標系O_i-X_iY_iZ_i測量三坐標，需要將所有測量數據統一到全局坐標系O_W-X_WY_WZ_W，以激光跟蹤儀作為全局測量設備，采用跟蹤儀合作目標作為公共點，即角錐棱鏡球面反射靶標，跟蹤儀測得棱鏡頂點坐標F，每個視覺傳感器與跟蹤儀同時測量公共視場內的3個點，求解旋轉矩陣R和平移向量T，再利用公式F＝RM+T即可將局部坐標系數據轉換到全局坐標系中；角錐棱鏡由三塊平面鏡互相垂直拼接而成，CCD對三條相交邊直接成像，并測量3條直線的交點M，由此得到公共點，利用四元數方法求解轉換參數：

重心坐標分別為F‾=ΣF3,]]>M‾=ΣM3]]>