CN100451537C - 基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精密测量装置，具体讲，本发明涉及基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量技术及装置。本发明的目的是提供一种基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量方法及检测装置，该装置具有测量速度快、非接触、能在恶劣的环境中使用、较高的测量重复性特点，本发明采用的技术方案是，经纬仪通过可变焦摄像机的引导完成对被测点的自动识别及测量，由各经纬仪间的交汇约束实现大尺寸内空间坐标的自动识别及精密测量。本发明主要应用于基于自动视觉引导的大尺寸空间(三维)坐标自动跟踪测量技术和装置。

Description

基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量方法及检测装置

技术领域

本发明涉及精密测量装置，特别涉及基于自动视觉引导的大尺寸空间(三维)坐标自动跟踪测量技术和装置。具体讲，本发明涉及基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量技术及装置。

背景技术

大尺寸空间坐标测量原理和方法是大型设备制造中的核心技术，在大型超大型工件设备如飞机(航天器)机身、船舶壳体、机电能源设备、铁路车辆等关系国民经济和国防安全的领域内具有广泛的应用前景。在国家新近发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，已将以大型(超大型)为主要内容的极端制造技术，列入为先进制造领域内的前沿技术，予以重点研究。

传统实现大尺寸空间坐标测量主要有以下几大类测量方案：机器视觉多传感器测量系统、经纬仪测量系统和单站及多站激光跟踪测量系统等。机器视觉多传感器测量系统由多组视觉传感器组成，具有测量速度快、非接触、能在恶劣的环境中使用等优点，但其系统结构复杂，尺寸链接传递环节较多，传感器安装位置固定，测量不具备柔性，且其测量精度受到光照条件影响，因而精度控制较为困难；经纬仪测量系统是由两台经纬仪，一个长度标准器与计算机联机，构成的大尺寸空间测量系统(经纬仪测量系统)，具有测量范围大、非接触及现场测量、精度高，可实现动态测量及全姿态测量的优点，但此系统需人工瞄准，不能自动识别、跟踪测量多个目标，不能实现测量自动化，因而具有测量速度慢，测量精度受到人为因素的影响，不具有较高的测量重复性；单站及多站激光跟踪测量系统是基于激光干涉测距和基于类似经纬仪的角度测量原理，其测长具有很高的精度，但其测角精度无法与其测长精度匹配，且存在不能自动识别、跟踪目标及断光续接等问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量方法及检测装置，该装置具有测量速度快、非接触、能在恶劣的环境中使用、较高的测量重复性特点，本发明采用的技术方案是，基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量方法，借助于激光经纬仪、带十字靶心的基准尺、可变焦摄像机、计算机实现，并进一步包括如下步骤：

a、进行两台激光经纬仪之间的精确互瞄，互瞄完成后，在两台激光经纬仪的公共视场内放置带十字靶心的基准尺，通过测量基准尺十字靶心，实现两台激光纬仪间的定向；

b、同上一步骤，通过对任意两台激光经纬仪间的定向，建立多激光经纬仪间的交汇约束关系；

c、打开激光经纬仪激光电源，使激光经纬仪激光光点在被测点临近位置，打开可变焦摄像机，并将可变焦摄像机的焦距调至最小，使其视场最大，从而保证可变焦摄像机能拍摄到被测点及激光光点，通过计算机对可变焦摄像机拍摄的图像进行处理，所得的信息反馈给激光经纬仪控制机构，通过激光经纬仪控制机构调整激光经纬仪激光器即视准器的位置，使激光光点逐渐接近被测点，同时，所得的信息也反馈给视觉控服机构，通过视觉控服机构调整可变焦摄像机位置，使激光光点及被测点位于可变焦摄像机视场中心位置；

d、通过逐渐增大可变焦摄像机的焦距，提高可变焦摄像机放大倍数，从而提高其分辨率和测量精度，进一步自动调整激光经纬仪激光器的位置，使激光光点进一步接近被测点，当可变焦摄像机焦距调整至最大时，激光经纬仪通过可变焦摄像机的引导完成对被测点的自动识别及测量，由各激光经纬仪间的交汇约束实现大尺寸内空间坐标的自动识别及精密测量。

基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量装置，包括激光经纬仪、带十字靶心的基准尺、可变焦摄像机、计算机，在每两台经纬仪的公共视场内放置有带十字靶心的基准尺，摄像机和计算机相连，计算机分别和经纬仪控制机构、视觉控制机构相连。

本发明提供的可以带来如下效果：由于本发明引入自动视觉引导功能，降低了系统对人力的要求，消除了因人为因素带来的误差，最大程度利用了经纬仪的测角精度，可实现多点自动搜索、识别、跟踪和瞄准，可提高测量速度，测量精度不再受到人为因素的影响，从而提高测量精度，实现测量完全自动化。

附图说明

图1为经纬仪定向过程图。图2为自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量过程原理图。

图中，1左经纬仪T_L，2右经纬仪T_R，3基准尺R，4左十字靶心O_L，5右十字靶心O_R，6可变焦摄像机C，7被测物M，8被测点物O。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

本发明一种全新的自动测量大尺寸空间坐标的技术和装置，其独特之处在于：引入自动视觉引导功能，降低了系统对人力的要求，消除了因人为因素带来的误差最大程度利用了经纬仪的测角精度，可实现多点自动搜索、识别、跟踪和瞄准，可提高测量速度，测量精度不再受到人为因素的影响，从而提高测量精度，实现测量完全自动化。

如图1所示，左经纬仪T_L和右经纬仪T_R进行精确互瞄，互瞄完成后，在两台经纬仪的公共视场内放置带十字靶心的基准尺R，左经纬仪T_L和右经纬仪T_R分别测量左十字靶心O_L和右十字靶心O_R，通过测量结果完成左经纬仪T_L和右经纬仪T_R间的定向。

如图2所示，首先打开左、右经纬仪T_L、T_R激光电源，使经纬仪激光光点大致在被测点临近位置，打开可变焦摄像机C，并将摄像机的焦距调至最小，使其视场最大，从而保证摄像机能拍摄到被测点O及激光光点，摄像机拍摄的图像经计算机处理后，所得的信息反馈给左、右经纬仪T_L、T_R控制机构，通过控制机构调整左、右经纬仪T_L、T_R左经纬仪T_L激光器(视准轴)，使激光光点逐渐接近被测点O，同时，所得的信息也反馈给视觉控服机构，通过视觉控服机构调整可变焦摄像机位置，使激光光点及被测点O位于摄像机视场中心位置；然后，通过逐渐增大摄像机C的焦距(虽然会缩小摄像机C的视场，但通过上一步，已能保证激光光点和被测点O在摄像机C视场范围内)，提高摄像机C放大倍数，从而提高其分辨率和测量精度，进一步自动调整左、右经纬仪T_L、T_R经纬仪激光器(视准轴)的位置，使激光光点进一步接近被测点O，当摄像C焦距增至最大时，左、右经纬仪T_L、T_R经纬仪完成对被测点O的自动识别及测量，通过测量多点及各经纬仪间的交汇约束实现被测物M自动识别及精密测量。

Claims (1)

1.一种基于自动视觉引导的大尺寸空间坐标测量方法，借助于激光经纬仪、带十字靶心的基准尺、可变焦摄像机、计算机实现，并进一步包括如下步骤：

a、进行两台激光经纬仪之间的精确互瞄，互瞄完成后，在两台激光经纬仪的公共视场内放置带十字靶心的基准尺，通过测量基准尺十字靶心，实现两台激光纬仪间的定向；

b、同上一步骤，通过对任意两台激光经纬仪间的定向，建立多激光经纬仪间的交汇约束关系；

c、打开激光经纬仪激光电源，使激光经纬仪激光光点在被测点临近位置，打开可变焦摄像机，并将可变焦摄像机的焦距调至最小，使其视场最大，从而保证可变焦摄像机能拍摄到被测点及激光光点，通过计算机对可变焦摄像机拍摄的图像进行处理，所得的信息反馈给激光经纬仪控制机构，通过激光经纬仪控制机构调整激光经纬仪激光器即视准器的位置，使激光光点逐渐接近被测点，同时，所得的信息也反馈给视觉控服机构，通过视觉控服机构调整可变焦摄像机位置，使激光光点及被测点位于可变焦摄像机视场中心位置；

d、通过逐渐增大可变焦摄像机的焦距，提高可变焦摄像机放大倍数，从而提高其分辨率和测量精度，进一步自动调整激光经纬仪激光器的位置，使激光光点进一步接近被测点，当可变焦摄像机焦距调整至最大时，激光经纬仪通过可变焦摄像机的引导完成对被测点的自动识别及测量，由各激光经纬仪间的交汇约束实现大尺寸内空间坐标的自动识别及精密测量。

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