專利名稱：基于線結構光的大視場兩軸測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量物體三維形貌的光機電一體化技術領域，具體說是一種基于線結構 光的大視場兩軸測量裝置。
技術背景逆向工程在現(xiàn)代制造業(yè)中正發(fā)揮著越來越重要的作用，三維數(shù)字化測量是逆向工程的首 要環(huán)節(jié)。完整精確的測量數(shù)據(jù)直接影響后續(xù)曲面重構的效率和所加工工件的精度。而線結構 光視覺檢測因其具有大量程、非接觸、速度快、系統(tǒng)柔性好、精度適中的優(yōu)點而被廣泛應用 于三維數(shù)字化測量領域。目前常用的線結構光掃描測量設備有三軸測量機構和四軸測量機構。 三軸測量機構是目前國內(nèi)外最常見的掃描測量機構，它能在三個垂直的方向做直線掃描運動， 但只能測量激光能照射到的部位，無法測量到物體的側面和背面；四軸測量機構在三軸測量 機構的基礎上增加了一個數(shù)控回轉臺，通過被測物體在轉臺帶動下的轉動，該機構能測量被 測物體的一周(360度)全貌，但視場小、結構復雜、成本高。總之現(xiàn)有的三軸和四軸測量機 構不能完成對物體大視場、高精度、低成本的全貌測量。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于線結構光的大視場兩軸測量裝置，以克服現(xiàn)有技術的不足。 本發(fā)明的基本結構是利用兩個數(shù)控回轉臺的轉動，使線結構光測頭的結構光平面掃過被測物體一周來測量復雜物體的全貌，而得到整個被測物體在世界坐標系中的三維數(shù)據(jù)。本發(fā)明的解決方案是包括被測物體數(shù)控回轉臺、設置有線結構光測頭的測頭數(shù)控回轉臺，且兩個數(shù)控回轉臺被固定在作為參考平面的基座平板上，兩個數(shù)控回轉臺的轉軸都近似垂直于基座平板，即兩個數(shù)控回轉臺的轉軸相對于基座平板的傾斜角在88° 92°范圍內(nèi)，兩轉軸之間的距離在390mm 410mm范圍內(nèi)。本發(fā)明的測量方法是——首先將已有的線結構光測頭模型公式(I)代入到變換公式(II)中建立了所述測量裝置從二維攝像機像面坐標系0'"v向三維世界坐標系0。x。j;。z。變換的數(shù)學模型，以得到被測物體的三維世界坐標的計算公式；再利用標準球作為標定器具，通過測量 標準球確定了球心所對應的"共軛對"，再將此"共軛對"代入到變換公式(II)中并利用小二乘法求出其中的未知參數(shù)/<formula>formula see original document page 5</formula>，即實現(xiàn)了標定；最后控制兩個數(shù)控回轉臺的轉動而使線結構光測頭發(fā)出的結構光平面掃過其攝 像機視場內(nèi)的被測物體的一周，期間結構光平面與被測物體相交得到一條條的光條，將每條光條已知的攝像機像面坐標("，v)和對應的兩轉臺轉角^^)代入公式(1)、 (II)就求得了被測物體的在三維世界坐標系中的坐標，即實現(xiàn)了測量。本發(fā)明的"共軛對"是指在測量空間中一固定點——標準球的球心時，所得的結構光光面坐標OV,^')和對應的兩個數(shù)控轉臺的讀數(shù)W'刀》；"共軛對"是對變換公式(II)采用最小二乘法求解模型的未知參數(shù)步驟中所必備的已知信息。其中"共軛對"的確定方法是在某一個被測物體數(shù)控回轉臺的角度--f下，通過控制 測頭數(shù)控回轉臺轉動，使線結構光測頭掃描被放置在被測物體數(shù)控回轉臺上的標準球，以分別得到標準球球面上的兩條圓弧輪廓線(其中兩條圓弧輪廓線分別用下標l、 2表示)上全部 點的攝像機像面坐標(^,v,)、 ("2，v2)，將K,v,)、 ("2,、)分別代入到線結構光測頭模型公式(I)中，即得到上述兩圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標C^，Zu)、(力2，&2)，對該兩條圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標Cyu，Zu)、(力2，^2)分別進行擬合圓處理，又得到的該兩條圓弧輪廓線的半徑^ 、 r2，將得到的^ 、 ^與測量該兩條圓弧輪廓線對應的測頭數(shù)控回轉臺的轉角《、《代入到標準球球心所在的測頭數(shù)控回轉臺轉角的計算公式(III)中，即得到標準球球心所在的測頭數(shù)控回轉臺的轉角W，將測頭數(shù)控回轉臺轉到該轉角，記錄該 標準球球心的結構光光面坐標和對應的兩個數(shù)控轉臺的讀數(shù)，即&￡')和(-'，e')就得到了其中的一個"共軛對"。通過多次改變被測物體數(shù)控回轉臺的轉角,，可以得到多個球心所對 應的"共軛對"。所述測量裝置從二維攝像機像面坐標系向三維世界坐標系0。x。_y。z。變換的數(shù)學模型 是由公式(1)、 (II)所表述的。所述的公式(I)是已有的線結構光測頭模型公式，即是從攝像機像面坐標系O'm;向結構光光面坐標系q^^轉換的關系式<formula>formula see original document page 6</formula>式中，"、v表示被測點在攝像機像面坐標系O'"v中的坐標，可由線結構光測頭中攝像 機拍得的圖像獲得；^、 ^表示被測點在結構光光面坐標系(^h^中的坐標；/、 乂、 、 "。、v。、 6、 ^、 ^、 r6、 &、 r9、 ^、 ^、 ^為已知的線結構光測頭的內(nèi)參數(shù)，其中/為攝 像機的焦距， 、v。為攝像機像面的固有參數(shù)，r2、 r3、 r5、 r6、 r8、 為從攝像 機像面坐標系0'm;向結構光光面坐標系《h&轉換的旋轉量，^、 、^為其平移量；p是 求解A、 ^過程中可以消去的中間參數(shù)。所述的變換公式(II)是從結構光光面坐標系(^h^向三維世界坐標系"x。:v。z。轉換的 關系式<formula>formula see original document page 7</formula>(n)控回轉臺的轉角，為已知量；w, 、/z、 m:公式①是從結構光光面坐標系《力^向測頭轉臺坐標系a9^轉換的關系式。^為測頭數(shù)"2為旋轉量，fl、 6、 c為平移量，它們都是可求己知量，標定后可以確定。公式②是從測頭轉臺坐標系Oxyz向三維世界坐標系0。x。;;。z。轉換的關系式。-為被測物體數(shù)控回轉臺的轉角，為已知量；^、 。、/z。、 。為旋轉量，丄為平移量，它們都是可求己知量，標定后可以確定。將公式①代入②就能得到從結構光光面坐標系Q力&向三維世界坐標系(9。x。y。z。轉換的關系式。將公式(I)代入變換公式(II)即得從攝像機像面坐標系《9'WV向三維世界坐標系0。jc。;;。z。轉換的關系式，即被測點三維世界坐標;c。、 ；;。、 z。的計算公式。標準球球心所在的測頭數(shù)控回轉臺轉角的計算公式(III)如下。 ^sin2《一丑sin2《+ 2 sin(《-《)其中(III)Jcos26>2-Bcos2《-C 式中i 為標定用的標準球的半徑，為已知量；《、《為被測物體數(shù)控回轉臺在某一角度^ = -'時，測頭數(shù)控回轉臺轉動使結構光平面掃 過標準球球面分別得到的兩條圓弧輪廓線所對應的測頭數(shù)控回轉臺的轉角；^、 ^為在上述的《、《的情況下計算出的的兩條圓弧輪廓線的半徑，具體是分別將標準球球面上兩條圓弧輪廓線上全部點的攝像機像面坐標("pV》、("2,、)代入到線結構光測頭模型公式(I)中，即分別得到該兩圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標0^,^,)、 Cyi2，zi2)，分別對該兩條圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標G^，Zu)、(力2,^2)進行擬合圓處理，即得到的該兩條圓弧輪廓線的半徑^、 ^。6'為被測物體數(shù)控回轉臺在某一角度- = -'下結構光平面穿過標準球球心時測頭數(shù)控回 轉臺應轉到的角度。本發(fā)明的孩心在于建立了從攝像機像面坐標系0'"v向三維世界坐標系0。;c。y。z。轉換的數(shù)學模型以及確定"共軛對"并實現(xiàn)該模型未知參數(shù)標定的方法。首先建立了公式(1)、 (II) 所示的數(shù)學模型；再在被測物體數(shù)控回轉臺的某一角度下，通過控制測頭數(shù)控回轉臺轉動， 使安裝在其上的線結構光測頭掃描作為標定器具用的標準球，并利用公式(III)確定標定用 的其中一個"共軛對"，這樣被測物體數(shù)控回轉臺在不同的角度下就可以得到至少25個"共 軛對"；最后將這些"共軛對"代入公式(II)并使用最小二乘法就實現(xiàn)了該模型未知參數(shù)的 標定。測量時控制兩個數(shù)控回轉臺的轉動而使線結構光測頭發(fā)出的結構光平面掃過其攝像機 視場內(nèi)的被測物體的一周，期間結構光平面與被測物體相交得到一條條的光條，將每條光條已知的攝像機像面坐標(",v)和對應的兩轉臺轉角^,e)代入公式(1)、 (II)就求得了被測物體的在三維世界坐標系中的坐標，即實現(xiàn)了測量。本發(fā)明的視場大、精度高、結構簡單、成本低，且能測量物體的一周全貌?？朔巳S 測量機構無法測量物體的側面和背面，以及四軸測量機構視場小、結構復雜、成本高的缺點。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明 圖1本發(fā)明的基本結構示意圖。其中，1、測頭數(shù)控回轉臺2、線結構光測頭 3、被測物體數(shù)控回轉臺4、被測物體 5、基座平板 6、結構光平面 7、標準球。圖2、本發(fā)明的坐標系示意圖。 其中(1) 結構光光面坐標系Qh&,該坐標系在結構光平面6內(nèi)，是二維坐標系，在本發(fā) 明中是已知的。(2) 世界坐標系(9。x。j;。z。(也稱為3D世界坐標系)，是一轉動坐標系。隨著被測物體數(shù)控回轉臺3的轉動，該坐標系繞被測物體數(shù)控回轉臺3轉軸轉過相應的角度，以保持放置在 被測物體數(shù)控回轉臺3上的被測物體4上的各點統(tǒng)一在該坐標系下。z。軸為被測物體數(shù)控回 轉臺3轉軸方向，原點0。為兩個轉臺軸線的公垂線在被測物體數(shù)控回轉臺3轉軸上的垂足， 轉動初始位置的^軸為兩個轉臺軸線的公垂線方向。(3) 測頭轉臺坐標系09^，也是一轉動坐標系。隨著測頭數(shù)控回轉臺1的轉動，該坐標 系繞測頭數(shù)控回轉臺1轉軸轉過相應的角度。z軸為測頭數(shù)控回轉臺1轉軸方向，原點O為 兩個轉臺軸線的公垂線在測頭數(shù)控回轉臺1轉軸上的垂足，轉動初始位置的y軸為兩個轉臺 軸線的公垂線方向。圖3、本發(fā)明的結構光平面與標準球相交得到的圓弧輪廓線擬合出的圓示意圖。 其中，箭頭所示的"0 "方向指的是本發(fā)明中線結構光測頭2在測頭數(shù)控回轉臺1帶動下 的轉動掃描方向；O"為線結構光測頭2中結構光的出光點；O為標準球7的球心；/ 為標準球7的半徑，是已知量。被測物體數(shù)控回轉臺3在某一角度下，測頭數(shù)控回轉臺l轉動使 結構光平面6掃過標準球7球面的兩個位置，得到了球面上的兩條圓弧輪廓線，在結構光光面坐標系C^h^中對該兩條圓弧輪廓線進行擬合圓處理得到的圓弧的半徑為。、r2。圖4、本發(fā)明的球面上兩條圓弧輪廓線與測頭數(shù)控回轉臺轉角的對應關系示意圖。 其中，0為標準球7的球心。本圖是在被測物體數(shù)控回轉臺3在某一角度下的測頭數(shù)控 回轉臺l轉角的示意圖。上述的公式(III)是參照圖4按以下步驟推出的線結構光測頭2在測頭數(shù)控回轉臺1的帶動下沿P箭頭方向轉動，當轉動到《時對應的結構光平面6為0'M，該光面與標準球7交出一條圓弧輪廓線，利用圓弧上的點擬合圓得到圓 心^和半徑q，球的半徑及是已知參數(shù)，則有04 =(及2-。5表明結構光平面6到球心的距離可直接由結構光平面6和球面相交所得的圓的半徑確定。 線結構光測頭2繼續(xù)在測頭數(shù)控回轉臺1的帶動下沿^轉向轉動，當測頭轉動到《時，對應的結構光平面6為O"S，擬合圓得到的圓心為5，對應的圓的半徑為r2,球心到圓的距離為05，同理可得05 =(及2—《)2由圖中所示的三角幾何關系可得0400 05將OO"消去，并將04、 OB代入可得:=|sin(《-。|i 、sin(《—W)整理上式便可得公式(III)t具體實施方式
兩個數(shù)控回轉臺1和3被固定在作為參考平面的基座平板5上，且兩個數(shù)控回轉臺1和 3的轉軸都近似垂直于基座平板5，即相對于基座平板5的傾斜角在88° 92°范圍內(nèi)，兩 個數(shù)控回轉臺1和3轉軸之間的距離在390 410mm范圍內(nèi)。兩個數(shù)控回轉臺1和3的轉軸相 對于基座平板5的最佳傾斜角為90° ;線結構光測頭2發(fā)出的結構光平面6與測頭數(shù)控回轉 臺1的最佳距離為Omm。兩個數(shù)控回轉臺1和3的轉動是采用通常的步進電機驅動蝸輪蝸桿機構實現(xiàn)的。 本發(fā)明的線結構光測頭2中的攝像機采用日本W(wǎng)atec公司生產(chǎn)的黑白攝像機WAT-902B， 分辨率為752(H)x582(V)，鏡頭采用日本Computar公司生產(chǎn)的M1208-MP鏡頭，其焦距是 8mm，圖像采集部分采用比利時Euresys公司的Picolo pro2采集卡；兩個數(shù)控回轉臺角度的 計量采用長春三峰傳感技術公司生產(chǎn)的光學編碼器。本發(fā)明的測量裝置是建立在利用標準球7作為標定器具對進行標定的基礎上。 標定方法是將標準球7固定在被測物體數(shù)控回轉臺3上，以確保在整個標定過程中固定 點(即上述的標準球的球心)在世界坐標系中的位置始終保持不變，即固定點的在世界坐標系中的坐標Oc。，y。，z。)始終不變，利用下面要闡述的方法確定36個"共軛對"，再將這些"共軛對"代入到變換公式(II)中并利用小二乘法求出其中的未知參數(shù)/,。、 /z。、 "z。、 ￡、 ^、附y(tǒng) 、 、/z 、 /Kz 、 wz 、 fl 、 6 、 c實3E見豐示定。下面具體闡述確定"共軛對"的詳細方法步驟確定"共軛對"就是得到關于固定點(即標準球7的球心)的結構光光面坐標OV，^〕和對應的兩個數(shù)控轉臺3和1的讀數(shù)W',W)。為了得到"共軛對"，首先要使結構光平面6通過固定點，但是通過控制測頭數(shù)控回轉臺1帶動線結構光測頭2轉動并觀察線結構光平面6 很難使其恰好通過固定點，因此本發(fā)明使用了以下方法使線結構光平面6通過固定點進而確 定"共軛對"(1) 使被測物體數(shù)控回轉臺3不動，僅控制測頭數(shù)控回轉臺1轉動，使安裝在其上的線 結構光測頭2掃描標準球7，結構光平面6與標準球7的球面相交出兩條圓弧輪廓線，得到兩條圓弧輪廓線上點的攝像機像面坐標(",A)、 ("2，ig，將(""v》、("2,V2)分別代入到線結構光測頭模型公式(I)中，即可求得兩圓弧輪廓線上點的結構光光面坐標C^,^J、(力2，^2)， 對該兩條圓弧輪廓線上點的結構光光面坐標0^，zu)、 0^2，&2)分別進行擬合圓處理，又得到該兩條圓弧輪廓線的半徑。、r2，將得到的。、^與測量該兩條圓弧輪廓線對應的測頭數(shù)控回轉臺1的轉角《、《代入到標準球球心所在的測頭數(shù)控回轉臺1轉角的計算公式(III)中，即得到標準球7球心所在的測頭數(shù)控回轉臺1的轉角W。(2) 控制測頭數(shù)控回轉臺1轉動到第(1)步中得到的W處，結構光平面6與標準球7 的球面相交出一條圓弧輪廓線，該圓弧輪廓線的圓心就是固定點(標準球7的球心)。將得到 的圓弧輪廓線上點的攝像機像面坐標代入到線結構光測頭模型公式(I)中，即可求得該圓弧 輪廓線上全部點的結構光光面坐標，對該圓弧輪廓線上點的結構光光面坐標進行擬合圓處理，得到圓心的結構光光面坐標Cy/,&')和對應的兩個數(shù)控轉臺3和1的讀數(shù)W'，e')就是固定點 的一個"共軛對"。(3) 控制被測物體數(shù)控回轉臺3以10°為單位進行轉動，即改變被測物體數(shù)控回轉臺3 的轉角-，每轉動一次后重復步驟(1)、 (2)，即可得到36個"共軛對"。利用本發(fā)明裝置對被測物體4進行測量的具體實例將被測物體4固定在被測物體數(shù)控回轉臺3上，根據(jù)測量要求，控制被測物體數(shù)控回轉 臺3以一定角度(角度越小、測量越精細)為單位進行轉動；在被測物體數(shù)控回轉臺3停在 一個角度時，根據(jù)測量要求和被測物體4的大小，控制測頭數(shù)控回轉臺l以一定角度(角度 越小，測量越精細)為單位轉動，使線結構光測頭2發(fā)出的結構光平面6掃過被測物體4的 一部分區(qū)域，與被測物體4相交得到一條條的光條，將每條光條的攝像機像面坐標("，v)和對 應的兩轉臺3和1的轉角^,0代入公式(1)、 (II)就求得了被測物體4上的該部分區(qū)域在三 維世界坐標系中的坐標。最終被測物體數(shù)控回轉臺3轉過360°后即可測得由被測物體4的 多個不同區(qū)域的數(shù)據(jù)組成的物體4的全貌數(shù)據(jù)。
權利要求
1、一種基于線結構光的大視場兩軸測量裝置，其特征是被測物體數(shù)控回轉臺(3)和設置有線結構光測頭(2)的測頭數(shù)控回轉臺(1)固定在作為參考平面的基座平板(5)上，兩個數(shù)控回轉臺(1、3)的轉軸相對于基座平板(5)的傾斜角在88°～92°范圍內(nèi)，兩轉軸之間的距離在390mm～410mm范圍內(nèi)。
2、 利用權利要求1所述的基于線結構光的大視場兩軸測量裝置進行測量的方法 其特征是首先將已有的線結構光測頭模型公式(I)代入到變換公式(II)中建立所述 測量裝置從二維攝像機像面坐標系0'm;向三維世界坐標系C^。:v。z。變換的數(shù)學模型，以得到被測物體的三維世界坐標的計算公式；再利用標準球(7)作為標定器具，通過測 量標準球(7)確定球心所對應的"共軛對"，再將此"共軛對"代入到變換公式(II)中 并利用最小二乘法求出其中的未知參數(shù)^、 /z。、 "z。、 Z、 、 、/z、 ^、wz、 "、 6、 c，即實現(xiàn)了標定；最后控制兩個數(shù)控回轉臺(l、 3)的轉動而使線結構光 測頭(2)發(fā)出的結構光平面(6)掃過其攝像機視場內(nèi)的被測物體(4)的一周，期間結構光 平面(6)與被測物體(4)相交得到一條條的光條，將每條光條已知的攝像機像面坐標 (w,v)和對應的兩轉臺(3、 l)的轉角W，0代入公式(1)、 (II)就求得了被測物體(4)在三維世界坐標系中的坐標，即實現(xiàn)了測量；其中所述的公式(I)是已有的線結構光測頭 模型公式，即是從攝像機像面坐標系0'"v向結構光先面坐標系C^A^轉換的關系式<formula>formula see original document page 2</formula>式中，"、v表示被測點在攝像機像面坐標系O'm;中的坐標，由線結構光測頭(2) 中攝像機拍得的圖像獲得；A、 ^表示被測點在結構光光面坐標系《力^中的坐標； /、 乂、 w。、 v。、 r2、 r3、 r5、 r6、 ^、 r9、《、 、^為已知的線結構光測頭的內(nèi)參數(shù)，且/為攝像機的焦距，乂、 W" "。、 v。為攝像機像面的固有參數(shù)，r2、 r3、 r5、 r6、 r8、 ^為從攝像機像面坐標系0'"v向結構光光面坐標系《&^轉換的旋轉量， ~、 ~、 ^為其平移量；p是求解A、 ^過程中能夠消去的中間參數(shù)；所述的變換公式(II)是從結構光光面坐標系C^h^向三維世界坐標系0。;c^o轉 換的關系式<formula>formula see original document page 3</formula>②上述公式①是從結構光光面坐標系C^h^向測頭轉臺坐標系O^Z轉換的關系式； ^為測頭數(shù)控回轉臺(1)的轉角，為己知量；《、附"""/z、氣、"2為旋轉量，fl、 6、 C為平移量，在標定后確定；上述公式②是從測頭轉臺坐標系Ox^向三維世界坐標系0。x。;;。z。轉換的關系式；^為被測物體數(shù)控回轉臺(3)的轉角，為已知量；々。、&。、 /z。、 "2。為旋轉量，Z為平 移量，在標定后確定；將公式①代入②就能得到從結構光光面坐標系《力&向三維世 界坐標系0。:c。少。z。轉換的關系式；將公式(I)代入變換公式(II)即得從攝像機像面坐標系O'"v向三維世界坐標系 0 。2。轉換的關系式，即被測點三維世界坐標;c。、 jv z。的計算公式；所述的結構光光面坐標系是處在結構光平面(6)內(nèi)的已知二維坐標系；所述的世界坐標系0。x。;;。z。是一轉動坐標系；隨著被測物體數(shù)控回轉臺(3)的轉動，該坐標系繞被測物體數(shù)控回轉臺(3)轉軸轉過相應的角度，以保持放置在被測物體數(shù)控 回轉臺(3)上的被測物體(4)上的各點統(tǒng)一在該坐標系下；其中z。軸為被測物體數(shù)控回轉臺(3)轉軸方向，原點0。為兩個轉臺(1、 3)軸線的公垂線在被測物體數(shù)控回轉臺(3) 轉軸上的垂足，轉動初始位置的y。軸為兩個轉臺(1、 3)軸線的公垂線方向；所述的測頭轉臺坐標系a(w是一轉動坐標系；隨著測頭數(shù)控回轉臺(l)的轉動，該 坐標系繞測頭數(shù)控回轉臺(l)轉軸轉過相應的角度；其中z軸為測頭數(shù)控回轉臺(l)轉軸 方向，原點O為兩個轉臺(1、 3)軸線的公垂線在測頭數(shù)控回轉臺(l)轉軸上的垂足， 轉動初始位置的y軸為兩個轉臺(l、 3)軸線的公垂線方向。
3、如權利要求2所述的測量方法，其特征是上述"共軛對"是指在測量空間中一固定點一一標準球(7)的球心時，所得的結構光光面坐標(力',&')和對應的兩個轉臺(3、1)的讀數(shù)W'，P〕；其確定方法是在某一個被測物體數(shù)控回轉臺(3)的角度- = ^下，通過控制測頭數(shù) 控回轉臺(l)轉動，使線結構光測頭(2)掃描被放置在被測物體數(shù)控回轉臺(3)上的標準球(7)，以分別得到標準球(7)球面上的兩條圓弧輪廓線上全部點的攝像機像面坐標 (A,v,)、 (w2,v2)，其中兩條圓弧輪廓線分別用下標1、 2表示，再將(WpV,)、 ("2，v》分別代入到線結構光測頭模型公式(I)中，即得到上述兩條圓弧輪廓線上全部點的結構 光光面坐標0^,zu)、 (yi2,zi2)，對該兩條圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標C^，；)、 (>￡2,^2)分別進行擬合圓處理，又得到該兩條圓弧輪廓線的半徑^ 、 r2，將 得到的^、 ^與測量該兩條圓弧輪廓線對應的測頭數(shù)控回轉臺(1)的轉角《、《代入 到標準球(7)球心所在的測頭數(shù)控回轉臺(1)轉角的計算公式(III)中，即得到標準 球(7)球心所在的測頭數(shù)控回轉臺(1)的轉角W，將測頭數(shù)控回轉臺(1)轉到該轉角W， 記錄該標準球(7)球心的結構光光面坐標和對應的兩個數(shù)控轉臺(3、 l)的讀數(shù)，即 (h'，^，和(,^')，就得到了其中的一個"共軛對"；通過多次改變被測物體數(shù)控回 轉臺(1)的轉角^'，得到多個標準球(7)球心所對應的"共軛對"；其中所述的標準球 (7)球心所在的測頭數(shù)控回轉臺(1)轉角的計算公式(III)如下其中<formula>formula see original document page 4</formula>式中i 為標定用的標準球(7)的半徑，為己知量；《、《為被測物體數(shù)控回轉臺(3) 在某一角度^ = ^時，測頭數(shù)控回轉臺(1)轉動使結構光平面掃過標準球(7)球面分別得 到的兩條圓弧輪廓線所對應的測頭數(shù)控回轉臺(l)的轉角；^ 、 ^為在上述的《、《的 情況下計算出的的兩條圓弧輪廓線的半徑，具體是分別將標準球(7)球面上兩條圓弧輪 廓線上全部點的攝像機像面坐標(",，v》、("2,V2)代入到線結構光測頭模型公式(I)中，即分別得到兩圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標C^,&》、0^2，&2)，分別對該兩 條圓弧輪廓線上全部點的結構光光面坐標0^，&)、 0^2,&2)進行擬合圓處理，即得到的該兩條圓弧輪廓線的半徑。、W為被測物體數(shù)控回轉臺(3)在某一角度^-^下 結構光平面穿過標準球(7)球心時測頭數(shù)控回轉臺(1)應轉到的角度。
4、如權利要求3所述的測量方法，其特征是改變被測物體數(shù)控回轉臺(3)的轉角(是通過控制被測物體數(shù)控回轉臺(3)以6° 14.4°范圍內(nèi)的一個確定的角度進行轉動 實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于線結構光的大視場兩軸測量裝置。其特征是被測物體數(shù)控回轉臺和設置有線結構光測頭的測頭數(shù)控回轉臺被固定在作為參考平面的基座平板上，且兩個數(shù)控回轉臺的轉軸都近似垂直于基座平板，即兩轉軸相對于基座平板的傾斜角在88°～92°范圍內(nèi)，兩轉軸之間的距離在390mm～410mm范圍內(nèi)。其利用兩個數(shù)控回轉臺的轉動，使線結構光測頭的結構光平面掃過被測物體一周來測量復雜物體的全貌，而得到整個被測物體在世界坐標系中的三維數(shù)據(jù)。本發(fā)明視場大、精度高、結構簡單、成本低，克服了現(xiàn)有的三軸測量機構無法測量到物體的側面和背面，以及四軸測量機構視場小、結構復雜、成本高的缺點。
文檔編號G01B11/00GK101403606SQ20081015822
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權日2008年10月20日
發(fā)明者劉世晶, 尚 徐, 李緒勇, 琨 王, 解則曉 申請人:中國海洋大學