[發明專利]一種基于三點編碼標記點的車架的關鍵點測量方法

在審

• 申請號: 201010532480.8
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN101995219A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 宋麗梅;張春波
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種逆向工程的測量系統，更具體的說，本發明涉及一種用于逆向工程的一種基于三點編碼標記點車架的關鍵點測量系統及其測量方法。?

背景技術

逆向工程的執行，需對產品的特性與制作流程有充分的了解，而現實中許多產品是由自由曲面組成的(如摩托車外形設計，模具制造等)，要完成這樣的模型的建構，必須對模型上的凹槽、開孔或其他特征做精確的辨識，以完成模型的建構。單純靠有經驗的工程師將各點的數據正確無誤的處理以測出關鍵點的坐標信息是不夠的，那樣可能耗時太長或誤差較大，如果配上相宜的儀器，則可達到事半功倍的效果。?

目前，用于逆向工程的傳統測量儀器在使用中有諸多局限。例如接觸式測量，存在速度慢、易造成工件磨損及探頭操作局限等問題，而傳統的非接觸式測量，又存在精度差(10-100um)、測量速度慢(1000-12000點/秒)、誤差大等重大缺陷?，F有的較成熟的三維測量儀器主要有三坐標測量機，激光掃描儀和光柵測量儀，它們在一定程度上可以進行曲面測量，但還分別存在以下不足：?

所述的三坐標測量機是高精度的接觸式測量儀器，每次只能測量一個點，測量速度慢，難于進行曲面的造型設計，而且無法測量軟質物體，操作起來非常繁瑣；?

所述的激光掃描儀屬于非接觸式光學測量儀器，該儀器體積龐大，需要導軌(通常是平移平臺和旋轉平臺)，從而使其精度、速度均受導軌限制，難以實現高精度、高速度的測量，同時由于其有效平臺尺寸的限制，又使其測量范圍很窄，由于所述平臺加工精度及加工尺寸的限制，激光掃描儀很難實現大型物體的三維數字化測量。在同一個企業，如果被測產品尺寸變化很多，則需要多臺設備才能測量，因此會增加財政負擔。另外，激光對工作人員的眼睛也有一定危害；?

所述的光柵式三維測量儀采用光柵作為光源，該儀器可以實現對物體外形的非接觸三維面測量，大大提高了測量速度(例如德國的ATOS)。但是光柵式測量方法單次測量范圍較小，對于大型物體，需采用多次拼接實現，因此會累計較大的誤差，且不容易實現誤差的全局控制。?

由此可見，開發一種測量精度高、速度快、誤差小、測量范圍大的基于編碼點與計算機視覺的三維測量方法和測量系統以適應外形設計中的關鍵點測量，已成為各個行業對幾何量檢測與設計的最迫切需求。?

發明內容

本發明的目的就是克服以上現有技術的不足，提供一種可靠、實用、操作便捷的一種基于三點編碼標記點車架的關鍵點三維數字化測量方法，以彌補現有技術存在的缺陷。?

本發明的關于一種基于三點編碼標記點的車架的關鍵點測量方法的組成包括：?

用于測量孔位的車架；?

用于提供空間位置信息的編碼標記點；?

用于建立高精度坐標基準的十字靶標、標尺；?

用于精度控制、圖像采集和數據處理的計算機；?

用于采集圖像的一個高精度彩色或者黑白照相機；?

用于標記點與車架空位連接的零件。?

所述的用于提供空間位置信息的編碼標記點的設計，其特征是：編碼標記點圖案是矩形，若背景是黑色或灰色的情況下，其編碼圖案是白色的，或編碼標記圖案是黑色背景為白色，所述的編碼圖案是分段圓弧，各圓弧截自同一個圓環，各編碼標記點的編碼方案和編號事先已經確定，通過標記點圖案設計差別使得每個編碼標記點都有唯一的編碼號，矩形圖案的中心處、矩形的兩條對角線中的一條的兩端和此對角線的左側或右側分別存在這一個與圓弧同色的圓，四個圓的大小相同，中心處的圓心與圓環的圓心相同，矩形對角線的三個圓心的連線構成一個三角形其中一個邊，線段的兩個端點分別與另一個圓的圓心分別相連構成三角形的另外兩條邊，關鍵點與中心圓心的距離固定，除標記圖案中心的圓外，其他三個圓即為所述的三點。?

一種基于三點編碼標記點的車架的關鍵點測量方法的工作步驟包括以下五個步驟：?

第一步：在被測物體關鍵尺寸部位利用安裝零件安裝所述的編碼標記點，將十字靶標和標尺擺放在被測物體附近，利用高精度數碼照相機對含有十字靶標和標尺的被測物體進行拍照，更換拍攝位置和角度繼續拍攝被測物體，直到被測物體所有的編碼標記點都被拍攝完畢，拍照的原則是：相鄰兩個圖像含有至少3個公共編碼標記點；?

第二步：利用第一步所拍攝到含有已知十字靶標和標尺的編碼標記點信息，利用其中含有靶標和標尺系統的三幅解算出所述照相機在空間中的3個拍攝位置；?

第三步：利用第二步所得到的所述照相機的三個拍攝位置信息，通過計算機算法計算十字靶標和標尺之外所拍攝到車架關每個關鍵點上面的編碼標記點上四個圓心的三維坐標；?