[發(fā)明專利]二自由度關節(jié)測量的角度標定裝置和方法

有效

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• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111579232B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 尹向輝;梁斌;王學謙;朱曉俊;劉厚德
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01B11/26
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

1.一種二自由度關節(jié)測量的角度標定方法，使用角度標定裝置，對具有二維角度輸出能力的工件的二維角度測量進行標定，其特征在于，所述角度標定裝置包括二自由度轉動夾具、驅動器、水平向角度測量單元、豎直向角度測量單元、角度數據采集裝置和處理單元，所述二自由度轉動夾具包括水平轉軸、豎直轉軸、前夾持件和后夾持件，所述前夾持件用于夾持工件前端，所述后夾持件用于夾持工件后端，所述前夾持件經設置使工件前端被夾緊后仍允許在豎直方向和水平方向擺動，所述后夾持件經設置使工件后端被夾緊后不允許在豎直方向和水平方向擺動，且使工件被夾緊后也不允許扭動和滑動；所述前夾持件被支撐安裝在所述豎直轉軸上，所述豎直轉軸被支撐安裝在所述水平轉軸上，所述水平轉軸與所述豎直轉軸分別裝載所述水平向角度測量單元和所述豎直向角度測量單元，所述角度數據采集裝置用于采集測量的角度數據并傳送給所述處理單元；所述驅動器用于驅動工件前端在水平方向和豎直方向偏轉；還包括設置在所述工件的前端的攝像頭，以及在所述攝像頭的視場內的預設距離處放置的標定板；

所述角度標定方法包括：

使用標準件初始化所述水平向角度測量單元和所述豎直向角度測量單元使其歸零；

將所述工件裝在所述二自由度轉動夾具上，所述驅動器驅動所述工件的前端轉動，其中，首先驅動至驅動器零點，然后驅動第一個自由度的最小步進長度，所述水平向角度測量單元和所述豎直向角度測量單元讀取角度數據，所述攝像頭拍攝所述標定板的圖像數據，所述驅動器再次驅動一個最小步進長度并重復上述過程，每當所述驅動器驅動到所述第一個自由度極限時，所述驅動器驅動第二個自由度的最小步進長度，重復以上過程直至遍歷整個二維空間的所有步進位置；

所述處理單元根據所述水平向角度測量單元和所述豎直向角度測量單元讀取的二維角度數據與所述攝像頭拍攝的所述標定板的圖像數據，將所述圖像數據校正為角度測量單元測量的角度數據；其中利用所述圖像數據，通過標定板像素對齊的方式，計算所述標定板在視場內偏離的像素數來確定攝像頭角度偏離；

所述驅動器驅動所述工件的前端轉動，其中，首先驅動至驅動器零點，然后驅動第一個自由度的最小步進長度，所述攝像頭拍攝所述標定板的圖像數據，所述工件本身的角度測量系統(tǒng)讀取角度數據，所述驅動器再次驅動一個最小步進長度并重復上述過程，每當所述驅動器驅動到所述第一個自由度極限時，所述驅動器驅動第二個自由度的最小步進長度，重復以上過程直至遍歷整個二維空間的所有步進位置；

所述處理單元根據所述攝像頭拍攝的所述標定板的圖像數據與所述工件自身測量的二維角度數據，將所述工件的測量數據校正為所述標定板的圖像數據所對應的角度數據。

2.如權利要求1所述的二自由度關節(jié)測量的角度標定方法，其特征在于，所述前夾持件包括用于放置工件前端的前V型槽和位于所述前V型槽上方的前壓板，所述后夾持件包括用于放置工件后端的后V型槽和位于所述后V型槽上方的后壓板，所述前V型槽及所述前壓板在沿工件長軸方向上具有相對較窄的第一寬度，后V型槽及所述后壓板在沿工件長軸方向上具有相對較寬的第二寬度。

3.如權利要求1或2所述的二自由度關節(jié)測量的角度標定方法，其特征在于，還包括用于調節(jié)所述后夾持件的高度的高度調節(jié)裝置。

4.如權利要求1至2任一項所述的二自由度關節(jié)測量的角度標定方法，其特征在于，還包括耦合到所述驅動器上的微調機構，用于對所述驅動器的水平和豎直輸出進行微調。

5.如權利要求1至2任一項所述的二自由度關節(jié)測量的角度標定方法，其特征在于，所述水平角度測量單元和所述豎直向角度測量單元為編碼器、霍爾元件、弧形光柵尺或光學元件。