[發明專利]一種光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統及方法

有效

• 申請號: 201910409117.8
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110017810B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 熊芝;閆坤;夏志鵬;勞達寶;周維虎;聶磊;陳濤
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01B11/00
• 代理公司: 11002 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 王慶龍;李相雨

本發明提供了一種光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統及方法，包括：合作目標、單目視覺測量單元、激光跟蹤測量單元以及計算單元；其中，所述合作目標固定設置在被測物上，所述單目視覺測量單元和所述激光跟蹤測量單元分別固定設置在預設位置；通過將合作目標中四個特征靶標點分別設置在特定位置，在測量時利用單目視覺測量單元獲取其中三個處于1/4圓弧上的特征靶標點的縱向投影比，進而根據該縱向投影比獲取合作目標的滾動角度，最終計算得到合作目標相對于三維測量系統對應的第三坐標系的姿態角，即得到被測物的姿態角，該滾動角測量方法克服了現有技術中存在橫滾角測量響應慢、更新率低等問題，提高了整個測量系統的動態測量性能。

技術領域

本發明涉及精密測量技術領域，更具體地，涉及一種光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統及方法。

背景技術

現代生產及建設中的位姿測量包含空間位置測量以及姿態測量，隨著測量技術的發展，高精度、實時性姿態測量越來越普遍的應用于大型建造工程以及高精密設備制造領域，在工程建設及制造中對于提高生產效率、制造精度、施工合理性以及建設安全性有著重要影響。

激光跟蹤靶標法在長期的研究進程中取得了迅猛的發展，于國內外都有經典的工程實施應用。Leica公司基于激光跟蹤儀開發的T系列六自由度測量裝置，由固定于激光跟蹤儀上部的高速相機配合目標單元上多個紅外發光二極管完成姿態角測量；英國ZED儀器公司基于全站儀開發的自動導向系統，其姿態角測量依靠標靶內置的雙軸傾角儀以及全站儀上額外安裝的準直激光器；國內華中科技大學、上海交通大學、天津大學等利用全站儀配合由針孔棱鏡、傾角傳感器和CCD相機組成的激光靶標實現盾構機姿態測量。

現階段基于激光跟蹤靶標法實現姿態角的測量，其中以針孔棱鏡、傾角傳感器和CCD相機配合全站儀的測量方法替代了基于視覺的激光跟蹤儀姿態測量法，提高了系統對俯仰角和方位角的測量靈敏度。采用單/雙軸傾角儀測量橫滾角(滾動角度)時，單/雙軸傾角儀將隨合作目標旋轉一定角度，其內含加速度計輸出的是重力加速度在其敏感軸方向上的分量，經信號調理送入控制單元單片機中輸出合作目標橫滾角，但是該橫滾角測量方法存在響應速度慢、測量更新率低等問題，嚴重制約了整個系統的動態測量性能。

發明內容

本發明實施例提供了一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統及方法。

一方面本發明實施例提供了一種光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統，包括：合作目標、單目視覺測量單元、激光跟蹤測量單元以及計算單元；其中，

所述合作目標固定設置在被測物上，所述單目視覺測量單元和所述激光跟蹤測量單元分別固定設置在預設位置；

所述合作目標包括二維PSD模塊、角錐棱鏡以及四個特征靶標點；所述二維PSD模塊包括二維PSD和數據處理子模塊，所述角錐棱鏡的透光面與所述二維PSD的感光面平行，且所述角錐棱鏡的頂點與所述二維PSD的感光面相距預設距離設置，所述角錐棱鏡的頂點處開有透光孔，所述激光跟蹤測量單元發射的激光束經所述角錐棱鏡的透光面后再通過所述透光孔打在所述二維PSD的感光面上形成光斑，所述四個特征靶標點構成的平面與所述二維PSD的感光面平行，所述四個特征靶標點分為第一特征靶標點、第二特征靶標點、第三特征靶標點以及第四特征靶標點，所述第一特征靶標點和所述第三特征靶標點分別設置在預設1/4圓弧的兩個端點，所述第二特征靶標點設置在所述預設1/4圓弧的中點，所述第一特征靶標點到所述第三特征靶標點之間連線的長度與所述第二特征靶標點到所述第四特征靶標點之間連線的長度的比值為預設值；

所述數據處理子模塊用于獲取所述光斑在第一坐標系中的坐標；其中，所述第一坐標系為處在所述感光面上的二維坐標系；