[發明專利]一種基于平面鏡成像的二自由度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610168148.5
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105698712B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 張武
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司61201
• 代理人: 曹宇飛

技術領域

本發明屬于二自由度測量技術領域，具體涉及一種基于平面鏡成像原理實現二自由度測量的裝置及方法。

技術背景

對于煤礦自動化綜采而言，其主要設備包括：液壓支架組、采煤機和刮板輸送機，一個綜采工作面通常有數以百計的液壓支架成組使用，為采煤機、刮板輸送機、人員和其他設備提供工作空間，同時根據煤層地質的走勢，各個液壓支架間并不是平行、垂直放置，而是在空間上存在一定的錯位。由于煤礦井下坐標少，傾斜的液壓支架不容易發現，當傾斜較大時容易發生倒架，進而造成人員和財產的損失，發生煤礦事故。除此之外，在建筑工程施工過程中也會涉及在空間上錯位或者需要檢測二自由度的需求。

但是目前液壓支架姿態定性判斷主要依靠工作人員觀察，其判斷準確性差，不利于高效率綜采工作面的實現，目前主要用于一些小煤礦的開采。只有經濟實力雄厚的大煤炭企業才采用機器視覺平面夾角測量方法(基于機器視覺的液壓支架平面夾角測量方法：此方法是在兩待測固定板上各標記出一個圓及其圓心，使用一臺已知其內部參數的數字相機，在空間任意位置進行一次拍照，獲得圓心和部分標記圓圖像，然后通過最小二乘法擬合出各平面上圓圖像的方程及其圓心的圖像坐標，即可確定出各平面上的消隱線方程，進而可以得到各平面法線方向上的滅點坐標，再根據相機成像方程，利用這兩個滅點坐標和已知的相機內部參數計算出兩平面法線夾角值，對其求補角即可得到兩平面間的夾角。)。但是此方法原理復雜，計算過程繁冗，不便于簡單、快速測量，且采購和維護成本高，不利于在煤礦企業或者建筑施工等領域廣泛推廣和應用。

本發明所介紹的基于平面鏡成像的二自由度測量裝置，主要利用平面鏡成像原理，通過兩個面對面放置的平面鏡來進行二自由度的判斷和測量。其系統原理可靠、成本低、使用方便、測量準確、有利于大面積推廣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種受外界干擾小、可以定量測量并且測量結果準確、對角度調整具有指導作用的基于平面鏡成像的二自由度測量裝置。

同時，還提供了一種能夠利用上述基于平面鏡成像的二自由度測量裝置實現二自由度測量的方法。

本發明所采用的技術方案是：該基于平面鏡成像的二自由度測量裝置包括安裝在測量基點上的基準固定板和安裝在待測目標上且與基準固定板相對的待測固定板，在基準固定板和待測固定板上分別用緊固連接件固定有基準平面鏡和待測平面鏡，基準平面鏡與待測平面鏡的反射面相對設置，在基準平面鏡的反射面前方設置有可安裝攝像頭的鏡架，在鏡架上正對攝像頭鏡頭的位置設置有標記桿，標記桿與基準平面鏡平行，攝像頭通過數據線與計算機連接。

上述緊固連接件可以是U形固定架或雙頭吸盤架或緊固連接螺栓。

上述緊固連接件是U形固定架，所述基準固定板與基準平面鏡、待測固定板與待測平面鏡均通過U形固定架緊固，所述U形固定架是由U形架、頂緊螺桿和接觸圓臺組成，U形架的兩端分布在基準固定板與基準平面鏡的兩側或者是待測固定板與待測平面鏡的兩側，接觸圓臺設置在U形架的一端部并且與基準平面鏡或者待測平面鏡接觸，頂緊螺桿穿過U形架另一端頭的螺孔延伸至基準固定板或待測固定板上，使頂緊螺桿與接觸圓臺將基準固定板與基準平面鏡緊固或者待測固定板與待測平面鏡緊固。

上述緊固連接件是雙頭吸盤架，所述基準固定板與基準平面鏡通過雙頭吸盤架連接，所述雙頭吸盤架是由中間體、吸盤、彈簧、接頭、密封圈、連接軸以及固定螺母組成，中間體呈中空結構，在其中部側壁沿著徑向開設有通氣孔，在通氣孔上連接有接頭，中間體的兩端通過空心連接軸分別與吸盤連接，形成抽真空通道，吸盤通過固定螺母和密封圈與連接軸密封連接，在連接軸外壁上套裝有彈簧。

上述中間體的中部沿徑向開設有一個通氣孔與中間體的空腔形成T形抽真空通道或者開設有兩個相對并貫通的通氣孔與中間體的空腔形成十字交叉的抽真空通道。

上述鏡架是由平行設置的安裝柱、連接在兩個安裝柱之間的橫梁、設置在安裝柱端部的伸縮桿以及連接在伸縮桿末端的連接桿組成，安裝柱的固定端垂直固定在基準平面鏡上，攝像頭安裝在橫梁上，連接桿與橫梁平行，標記桿固定在連接桿的中部。

在伸縮桿的末端與校準架連接，校準架上設置有與基準平面鏡平行的校準平面鏡，所述標記桿包括橫向標記桿和縱向標記桿，橫向標記桿設置在縱向標記桿的頂部并與縱向標記桿垂直。

利用上述的基于平面鏡成像的二自由度測量裝置實現二自由度測量方法由以下步驟組成：