[實(shí)用新型]三維測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420056055.X
• 申請(qǐng)日: 2014-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203704883U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋爭(zhēng)亮;古耀達(dá);黃志斌;林冬青;吳菁;代鯤鵬;程志剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 謝偉;曾旻輝

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種三維測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三維測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、船舶、模具、家電等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造及質(zhì)量檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字博物館、影視游戲等領(lǐng)域。雙目立體視覺(jué)采用雙攝像機(jī)模仿人眼功能，從不同視角獲取物體表面信息，利用視差實(shí)現(xiàn)物體表面三維重構(gòu)，具備非接觸、高效率、成本低、易于操作，精度與分辨率較好優(yōu)點(diǎn)，是一種較成熟，商業(yè)市場(chǎng)較成功的三維測(cè)量技術(shù)。但缺乏紋理的被測(cè)目標(biāo)表面難以實(shí)現(xiàn)左右圖像的匹配，在雙目立體視覺(jué)的基礎(chǔ)上常常增設(shè)一個(gè)投影設(shè)備將特定編碼的結(jié)構(gòu)光投射到物體表面形成匹配特征，稱為面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)。各種形狀復(fù)雜的工件通過(guò)通過(guò)面結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法可快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)表面三維重構(gòu)，在獲得實(shí)體表面模型后，基于計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)，通過(guò)人機(jī)交互方式就可方便快捷地實(shí)現(xiàn)表面各種幾何參數(shù)的選擇與解算。但由于面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量基于不同視角下二維平面圖像的三維反求，只有在兩個(gè)視角下皆可見(jiàn)的部分才能實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量，其單次測(cè)量重構(gòu)的是局部實(shí)體表面，只能滿足小尺寸工件測(cè)量需求。

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和先進(jìn)制造水平的提高，航空、航天、造船、鋼鐵、能源生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)等大型機(jī)械制造企業(yè)以及相關(guān)的科研院所和計(jì)量部門(mén)對(duì)各類大尺寸的零部件和大型結(jié)構(gòu)幾何檢測(cè)的需求越來(lái)越多，局部三維測(cè)量技術(shù)難以滿足此類要求。為了獲得完整表面的三維重構(gòu)，不可避免地需要全局?jǐn)?shù)據(jù)拼接技術(shù)的支撐。目前較通用的數(shù)據(jù)拼接技術(shù)是在實(shí)體整個(gè)表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的方法，但標(biāo)志點(diǎn)法存在人工操作繁復(fù)，拼接效率低的缺陷。標(biāo)志點(diǎn)法會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)空洞，而在一些對(duì)被測(cè)表面有特殊保護(hù)需求的情況下，標(biāo)志點(diǎn)法會(huì)不可避免地導(dǎo)致干擾和阻礙。

測(cè)長(zhǎng)機(jī)是指帶有長(zhǎng)度基準(zhǔn)，且測(cè)量范圍大(通常為一米以上)的長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器，可覆蓋各領(lǐng)域大尺寸精密量具和精密零件的校準(zhǔn)和測(cè)量。10米光柵測(cè)長(zhǎng)機(jī)達(dá)到了該種設(shè)備的最大測(cè)量范圍，但其存在測(cè)量功能單一，只能實(shí)現(xiàn)被測(cè)目標(biāo)簡(jiǎn)單的一維或二維幾何參數(shù)測(cè)量的缺陷，無(wú)法像結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)那樣獲取豐富的形面信息，實(shí)現(xiàn)功能多樣化的數(shù)據(jù)后處理，限制了其在大尺寸測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本實(shí)用新型在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種大尺寸三維測(cè)量系統(tǒng)，該三維測(cè)量系統(tǒng)能夠高效、簡(jiǎn)便、精準(zhǔn)地測(cè)出復(fù)雜形貌大尺寸工件的三維數(shù)據(jù)，并提升了測(cè)量的靈活性。

其技術(shù)方案如下：

一種三維測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)長(zhǎng)機(jī)以及立體視覺(jué)測(cè)量子系統(tǒng)，測(cè)長(zhǎng)機(jī)包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、一維平移測(cè)量子系統(tǒng)和圖像局部瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)，所述一維平移測(cè)量子系統(tǒng)包括基體平臺(tái)和氣浮滑塊，氣浮滑塊安裝在基體平臺(tái)上，并可沿基體平臺(tái)縱向滑動(dòng)，所述圖像局部瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)安裝在所述氣浮滑塊上，所述立體視覺(jué)測(cè)量子系統(tǒng)安裝在圖像局部瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)上，該立體視覺(jué)測(cè)量子系統(tǒng)包括雙目視覺(jué)測(cè)量裝置，在該雙目視覺(jué)測(cè)量裝置下方形成有測(cè)量區(qū)域，且測(cè)量區(qū)域位于所述基體平臺(tái)上，所述雙目視覺(jué)測(cè)量裝置與所述計(jì)算機(jī)主機(jī)實(shí)現(xiàn)電氣連接。

進(jìn)行三維數(shù)據(jù)拼接測(cè)量的過(guò)程為：在測(cè)量區(qū)域內(nèi)放置棋盤(pán)標(biāo)定板，并通過(guò)雙目視覺(jué)測(cè)量裝置采集不同角度擺放的棋盤(pán)標(biāo)定板的圖像進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，據(jù)此建立局部三維測(cè)量坐標(biāo)系；測(cè)長(zhǎng)機(jī)基體移動(dòng)軸線的標(biāo)定需要沿基體平臺(tái)的縱向確定至少5個(gè)測(cè)量位置，在每個(gè)測(cè)量位置上首先通過(guò)測(cè)長(zhǎng)機(jī)的圖像局部瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)將棋盤(pán)標(biāo)定板的角點(diǎn)縱向排列方向調(diào)整至與測(cè)長(zhǎng)機(jī)基體移動(dòng)軸線一致，再重構(gòu)每行棋盤(pán)格角點(diǎn)中首位角度和末位角點(diǎn)在局部三維測(cè)量坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，確定測(cè)長(zhǎng)機(jī)基體軸線在局部三維測(cè)量坐標(biāo)系中的單位方向向量，所有位置測(cè)量之后平均所獲取的全部單位方向向量；在基體平臺(tái)上置入被測(cè)物體，通過(guò)推動(dòng)氣浮滑塊使被測(cè)物體的各個(gè)局部均能進(jìn)入所述的測(cè)量區(qū)域中，在每個(gè)測(cè)量位置上，讀取相應(yīng)的光柵讀數(shù)，并通過(guò)雙目測(cè)量裝置的投影設(shè)備將黑白條紋周期編碼圖案以及相移編碼圖像投影至被測(cè)物體表面，雙目視覺(jué)測(cè)量裝置的左右兩個(gè)攝像機(jī)同時(shí)拍攝受到物體表面形狀調(diào)制的結(jié)構(gòu)光投影圖像，接著，經(jīng)過(guò)圖像處理解相后實(shí)現(xiàn)左右圖像同一物體表面點(diǎn)的匹配，并結(jié)合攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)重構(gòu)出被測(cè)物體表面點(diǎn)在相應(yīng)局部三維測(cè)量坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；之后，以光柵讀數(shù)為零時(shí)的局部三維測(cè)量坐標(biāo)系做為全局坐標(biāo)系，根據(jù)每個(gè)測(cè)量位置上所讀取的光柵讀數(shù)和上述平均單位方向向量，將所獲得的局部三維測(cè)量坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)拼接到全局三維測(cè)量坐標(biāo)系中，獲得被測(cè)物體表面點(diǎn)在全局三維測(cè)量坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；最后，根據(jù)被測(cè)物體表面點(diǎn)集在全局三維測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)構(gòu)造或擬合，獲得各種測(cè)量特征，最終實(shí)現(xiàn)特定的幾何尺寸及形位誤差參數(shù)測(cè)量任務(wù)。