[發明專利]一種四軸視覺測量裝置中的轉臺中心位置的標定方法

有效

• 申請號: 201811579368.2
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109458958B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 畢超;郝雪;房建國;劉孟晨;劉勇
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27;G01B11/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

1.一種四軸視覺測量裝置中的轉臺中心位置的標定方法，其目的是標定出轉臺(2)的中心O_R在四軸視覺測量裝置的機器坐標系O-XYZ中的位置，即確定O_R在O-XYZ中的三維空間坐標(X₀,Y₀,Z₀)，該方法所基于的四軸視覺測量裝置包括工作臺(1)、轉臺(2)、圖像采集裝置(3)、相機姿態調整座(4)和三坐標移動機構(5)，該四軸視覺測量裝置具有X、Y、Z三個直線軸和一個回轉軸A，X、Y、Z三個直線軸集成在一起，而回轉軸A單獨布置，所述四軸視覺測量裝置的X、Y、Z三個直線軸的運動由三坐標移動機構(5)來實現，而回轉軸A的運動由轉臺(2)來實現；

三坐標移動機構(5)安裝在工作臺(1)上，X軸和Y軸的運動方向位于水平面內，而Z軸的運動方向位于豎直方向，并且符合右手定則；各個直線軸均配備有氣浮導軌和光柵尺，以確保各個直線軸的運動平穩性和位移精度；

相機姿態調整座(4)安裝于三坐標移動機構(5)的Z軸的移動末端，并將圖像采集裝置(3)安裝在相機姿態調整座(4)上，并且通過調節相機姿態調整座(4)使圖像采集裝置(3)的成像光軸方向與三坐標移動機構(5)的X軸方向平行；

轉臺(2)的底座固定在工作臺(1)上，并使轉臺(2)位于三坐標移動機構(5)的Y軸行程的中間位置；轉臺(2)內置圓光柵尺，以實現各個轉角位置的精確測量和反饋；

所述四軸視覺測量裝置的機器坐標系O-XYZ為空間直角坐標系，其X、Y和Z坐標軸的方向分別與該裝置的三個直線軸的方向相同，而原點O則位于四軸視覺測量裝置的各個直線軸的回零位置；通過機械調整，使轉臺(2)的軸線(7)與四軸視覺測量裝置的Z軸方向平行，即軸線(7)在O-XYZ中的單位方向向量為(0,0,1)；

該種四軸視覺測量裝置中的轉臺中心位置的標定方法，其特征在于，該方法是通過如下步驟實現的：

步驟一：轉臺(2)轉動到0°位置，將由硬質合金鋼制成的長方體標定塊(6)放置在轉臺(2)的臺面上，并對標定塊(6)的位置進行機械調整，使標定塊(6)的厚度L所在的方向與機器坐標系O-XYZ的X坐標軸方向平行，調整好標定塊(6)的位置后將標定塊(6)固定；

步驟二：由三坐標移動機構(5)帶動圖像采集裝置(3)對焦于標定塊(6)的表面，然后沿著Y軸移動，使標定塊(6)的一側邊緣出現在圖像采集裝置(3)的視場中，并進一步調整Y軸的運動，使標定塊(6)的該邊緣處于圖像采集裝置(3)的視場中心，采集此時該邊緣在視場中的圖像，并記錄此時X、Y兩個直線軸的光柵尺讀數為X₁、Y₁；

步驟三：轉臺(2)轉動到180°位置，由三坐標移動機構(5)帶動圖像采集裝置(3)對焦于標定塊(6)的表面，然后沿著Y軸移動，使與步驟二中標定塊(6)的那一側邊緣相對應的邊緣出現在圖像采集裝置(3)的視場中，并進一步調整Y軸的運動，使標定塊(6)的該邊緣處于圖像采集裝置(3)的視場中心，采集此時該邊緣在視場中的圖像，并記錄此時X、Y兩個直線軸的光柵尺讀數為X₂、Y₂；

步驟四：由三坐標移動機構(5)帶動圖像采集裝置(3)對焦于轉臺(2)臺面的上邊緣，然后沿著Z軸移動，使轉臺(2)臺面的上邊緣處于圖像采集裝置(3)的視場中心，采集此時該邊緣在視場中的圖像，并記錄此時Z直線軸的光柵尺讀數為Z₃；

步驟五：通過標定塊(6)的厚度L和以上記錄的X₁、Y₁、X₂、Y₂與Z₃，計算出轉臺(2)的中心O_R在四軸視覺測量裝置的機器坐標系O-XYZ中的三維空間坐標(X₀,Y₀,Z₀)，完成轉臺(2)中心位置的標定，計算公式如下：

Z₀＝Z₃。

2.根據權利要求1所述的一種四軸視覺測量裝置中的轉臺中心位置的標定方法，其特征在于，所述標定塊(6)的各條棱邊均為鋒利直邊，沒有倒角，也未被倒鈍；標定塊(6)的厚度L已知，精度達到微米級以上。

3.根據權利要求1所述的一種四軸視覺測量裝置中的轉臺中心位置的標定方法，其特征在于，相機姿態調整座(4)由兩個一維俯仰臺(10)和一個一維旋轉臺(11)裝配而成，可以對繞X、Y和Z坐標軸的三個轉動自由度進行調整；一維俯仰臺(10)能夠進行-15°～+15°范圍內的角度位置調節，并且能夠實現鎖緊，兩個一維俯仰臺(10)分別用于調整繞X坐標軸和繞Y坐標軸的轉動自由度；一維旋轉臺(11)能夠進行0°～360°范圍內的角度位置調節，并且能夠實現鎖緊，用于調整繞Z坐標軸的轉動自由度。