CN103389047B - 具有滑块的光学测量装置和光学测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有滑块的光学测量装置和光学测量方法，其中用于测量对象（1）的表面轮廓的光学测量装置包括三脚架（2），在三脚架上安装有相机平台（3），其中，在相机平台（3）上布置有至少两个照相机（4），用于对包括标记元件（5）的对象（1）进行成像，并且所述至少两个照相机（4）以可以从两个不同视角执行对对象（1）进行成像的方式布置在相机平台（3）上，其中，在相机平台（3）与三脚架（2）之间布置有位移装置（6），用于相机平台（3）沿彼此独立的三个方向的线性位移。

Description

具有滑块的光学测量装置和光学测量方法

技术领域

本发明涉及用于测量对象的表面轮廓的光学测量装置，该光学测量装置包括三脚架，在三脚架上安装有相机平台，其中，在相机平台上布置有至少两个照相机，用于对包括标记元件的对象进行成像，并且所述至少两个照相机以可以从两个不同视角执行对对象进行成像的方式布置在相机平台上。此外，本发明涉及借助于这样的测量装置来测量对象的表面轮廓的光学测量方法。

本发明的领域涉及光学测量技术，特别地涉及基于图像处理的光学测量技术，例如照相测量法。照相测量法是根据对象的位置和形状来测量对象的方法。在该方法中，不直接对要测量的对象进行测量，而是间接地对要测量的对象的先前拍摄的测量图像进行测量。根据测量图像，于是可以确定空间位置或三维形状。这样的测量方法也可以用于测量位移和形变。

背景技术

从US2007018327已知一种用于测量部件的表面的方法，该方法使用照相测量法和激光跟踪法来测量表面。在上述的所公开的方法中，相机沿着路径移动，其中，从不同视角记录部件的表面的多个图像。此外，记录相机在记录图像之时的每个点处的位置。

在该方法中，在第一步骤中，通过使用两个相机测量表面来生成第一组测量数据，其中使用了照相测量法。在第二步骤中，通过使用激光跟踪器测量表面来生成第二组测量数据。在第三步骤中，在使用激光跟踪器的情况下确定关于相机位置的数据。最后，第一组测量数据和第二组测量数据与涉及相机位置的数据叠加在一起。

除了用于测量部件的表面的方法之外，所印刷的公布披露了用于测量部件的表面的系统。该系统包括沿着路径移动的滑块。相机被布置在滑块上以便固定在适当位置，该相机在沿着路径的各个位置拍摄部件的表面的图像。另外，在滑块上安装有投影仪和反射靶，其中投影仪在部件的表面上生成照明图案。反射靶也被安装在其表面要进行测量的部件的表面上，并且反射靶被用于借助于静止保持的激光跟踪器来测量部件的表面的位置和测量滑块在拍摄各个图像之时的点处的位置。

一般已知的现有技术表明：基于图像处理的光学测量方法被用来测量位移和形变。在这些方法中，要测量的对象包括用于使用相机拍摄图像的光学结构和适当标记，相机被定位以使得相对于彼此固定。测量结果的精度取决于该光学设计、对象标记的特性和照明条件。目前不存在虑及这些影响因子的校准方法。

在至今使用的校准方法中，在校准实验室中生成测量布置。随后，对校准对象进行测量。该方法与以下缺点相关联：一方面，实验室中的装置在理想条件下进行，使得校准装置通常具有比实际测量布置更有利的特征；另一方面，在大部分时间，校准对象不占据整个可能的测量容量。

基于上述的现有技术，因而本发明的目的是：针对给定实际实验装置，执行可追溯校准标准的校准，并且确定关于在要测量的对象上的每个测量点的测量不确定度。在该布置中，应当考虑在结构实验中的测量期间呈现的所有边界条件，边界条件包括环境条件或周围条件的影响和操作人员的影响。

发明内容

本发明包括技术教导，根据技术教导在相机平台和三脚架之间布置有位移装置，用于相机平台沿彼此独立的三个方向的线性位移。优选地，位移装置可以沿彼此垂直并且对应于空间轴线的三个方向移动。

为了自动行进，可以在位移装置上布置包括电驱动的小型步进马达。同样地，可以使用导致准确位移的气动或液压步进马达。步进马达优选地通过连接至步进马达的计算机系统进行控制。

有利地，位移装置是一种紧凑和稳定的设计。尤其要强调位移装置的稳定性，因为位移装置不但要支撑包括两个照相机的相机平台而且要以安全可靠的方式移动。此外，位移装置通过螺旋连接被附接至三脚架和相机平台。另外的连接选择可以包括整体连接，例如焊接连接。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于借助于测量装置来测量对象的表面轮廓的光学测量方法，其中，在三脚架上安装有相机平台，并且在所述相机平台上布置有至少两个照相机，用于对包括标记元件的所述对象进行成像，其中所述至少两个照相机以能够从两个不同视角执行对所述对象进行成像的方式布置在所述相机平台上，其中，通过在所述三脚架与所述相机平台之间布置的、具有沿对应于空间轴线的三个垂直方向相对于彼此垂直地进行操作的三个精密滑动导轨的位移装置，使所述相机平台移动，其中，在每个测量过程之前，对光学测量装置执行校准，由此记录精确测量条件以用于确定在每个测量点处的测量不确定度并且提供校准标准的校准证据，其中，在所述光学测量装置的校准期间，所述三个精密滑动导轨中的每一个精密滑动导轨以直至要测量的所述对象的位移宽度的若干增量进行位移，所述位移宽度对应于要测量的最大对象形变，其中，在测量的开始和在每个行进路径完成之后对要测量的所述对象拍摄图像。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于测量对象的表面轮廓的光学测量装置，包括：三脚架，在所述三脚架上安装有相机平台，其中，在所述相机平台上布置有至少两个照相机，用于对包括标记元件的所述对象进行成像，并且所述至少两个照相机以能够从两个不同视角执行对所述对象进行成像的方式布置在所述相机平台上，其中，在所述相机平台与所述三脚架之间布置有位移装置，用于所述相机平台沿彼此独立的三个方向的线性位移。

根据本发明，位移装置包括相对于彼此垂直地进行操作的三个精密滑动导轨，其中三个精密滑动导轨中的每一个均包括用于测量位移路径的已校准的测量系统。此外，优选地，已校准的测量系统是测径规和/或螺旋千分尺。借助于已校准的测量系统，从而可以准确地、容易地和可靠地确定照相机的位移。此外，测径规用于粗调，螺旋千分尺用于微调，其中，两个已校准的测量系统可以串联连接。

要测量的对象例如可以是飞行器部件。这样的飞行器部件特别地可以包括着陆襟翼、飞行器机身、垂直翼面以及机翼。此外，其他对象例如试验装配架(jig)的大面积光学测量也是可以的。当对这些对象施加载荷时，可能发生弯曲和膨胀，弯曲和膨胀可以借助于测量方法以非接触方式来获取。

根据进一步改进本发明的测量，提出：位移装置形成构成测量装置整体的必要部分。因而，测量装置使得可以借助于位移装置执行校准。取代了如在至今使用的校准方法的情况下一样的将已知尺寸的校准对象放置在整个测量区域，根据本发明，使用测量对象的图像来进行校准。

附图说明

以下参照唯一附图呈现了改进本发明的另外的测量和本发明的优选实施方式的描述。

该唯一附图描绘了根据本发明的光学测量装置的示意图。

具体实施方式

根据唯一附图，光学测量装置包括三脚架2，在三角架2上经由位移装置6安装有相机平台3。在相机平台3上布置有两个照相机4，用于对包括标记元件5的对象1进行图像拍摄。两个照相机4以可以从两个不同视角拍摄对象1的图像的方式布置在相机平台3上。位移装置6包括彼此垂直地进行操作的三个精密滑动导轨7。三个精密滑动导轨7中的每一个均包括已校准的测量系统例如测径规8和/或螺旋千分尺9，用于测量位移路径。在该优选实施方式中，已校准的测量系统具有包括测径规8和螺旋千分尺9的串联连接。借助于测径规8进行粗调，借助于螺旋千分尺9进行微调。

在相对于彼此和相对于要测量的对象1对照相机4进行对准之后和在借助于标记元件5对对象1进行标记之后，紧接在测量对象1之前，对光学测量装置执行校准。为此目的，针对每个图像，照相机4沿彼此垂直的三个方向移动限定距离。在该过程中，在测量的开始和在每个行进路径完成之后拍摄对象1的图像。借助于测径规8来测量照相机4的位移。光学测量装置的校准使得可以考虑精确测量条件例如照明条件、温度和操作人员，以确定在每个测量点处的测量不确定度。以此方式产生能够追溯校准标准的校准证据。

在光学测量装置的校准期间，三个精密滑动导轨7中的每一个以直至要测量的对象1的位移宽度的若干增量进行位移，位移宽度对应于要测量的最大对象形变。例如，当测量飞行器机翼的振动时，应当考虑最大振动幅度。因而确保先前提及的测量不确定度对于要测量的对象1的整体形变状态有效，该形变状态发生在测量期间。

在由照相机4记录的图像上，看起来好像要测量的整个对象1移动了由测径规8示出的增量。因而，在要测量的对象1的每个位置处，可以测量包括相机平台3的负位移和随机位置相关噪声的位移值。由于记录了若干图像并对图像进行了统计评估，因此在要测量的对象1的每个点处并且关于每个运动方向，可以确定系统偏差和散射。此外，借助于测径规8的校准，可以提供借助于光学测量方法所确定的测量值是正确的证据。

该类型的光学测量方法特别地可以用于涉及静力强度的验证试验。在该过程中，要测量的对象1被施加负载；在加载之前、加载期间和加载之后拍摄图像；并且评估图像。

此外，还可以在质量控制的框架范围内借助于根据本发明的测量装置来检查要测量的对象1。在该过程中，可以在例如在对测量装置进行校准之后精确地确定要测量的对象1的表面轮廓，其中，可以确定与要测量的对象1上的每个测量点相关的测量不确定度。

本发明不限于上述的优选示例性实施方式。可替代地，其改型也是可想象的，该改型在以下权利要求的保护范围内。例如，也可以采用与照相机4类似的传感器来代替照相机4，以便拍摄对象1的表面轮廓的图像。

另外，应当指出的是，“包括”并不排除其他元件或步骤，“一个”并不排除多个数目。此外，应当指出的是，参照上述示例性实施方式之一所描述的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施方式的其他特征和步骤结合使用。权利要求中的附图标记不要解释为限制。

附图标记文字

1对象

2三角架

3相机平台

4相机

5标记元件

6位移装置

7精密滑动导轨

8测径规

9螺旋千分尺

Claims (8)

1.一种用于借助于测量装置来测量对象(1)的表面轮廓的光学测量方法，其中，在三脚架(2)上安装有相机平台(3)，并且在所述相机平台(3)上布置有至少两个照相机(4)，用于对包括标记元件(5)的所述对象(1)进行成像，其中所述至少两个照相机(4)以能够从两个不同视角执行对所述对象(1)进行成像的方式布置在所述相机平台(3)上，其中，通过在所述三脚架(2)与所述相机平台(3)之间布置的、具有沿对应于空间轴线的三个垂直方向相对于彼此垂直地进行操作的三个精密滑动导轨(7)的位移装置(6)，使所述相机平台(3)移动，

其中，在每个测量过程之前，对光学测量装置执行校准，由此记录精确测量条件以用于确定在每个测量点处的测量不确定度并且提供校准标准的校准证据，其中，在所述光学测量装置的校准期间，所述三个精密滑动导轨(7)中的每一个精密滑动导轨以直至要测量的所述对象(1)的位移宽度的若干增量进行位移，所述位移宽度对应于要测量的最大对象形变，其中，在测量的开始和在每个行进路径完成之后对要测量的所述对象(1)拍摄图像。

2.根据权利要求1所述的测量方法，

其中，在每个测量过程之前，将所述至少两个照相机(4)相对于彼此和相对于要测量的所述对象(1)进行布置，其中借助于标记元件(5)对要测量的所述对象(1)进行标记。

3.一种用于按照根据权利要求1或2所述的测量方法测量对象(1)的表面轮廓的光学测量装置，包括：三脚架(2)，在所述三脚架上安装有相机平台(3)，其中，在所述相机平台(3)上布置有至少两个照相机(4)，用于对包括标记元件(5)的所述对象(1)进行成像，并且所述至少两个照相机(4)以能够从两个不同视角执行对所述对象(1)进行成像的方式布置在所述相机平台(3)上，

其中，在所述相机平台(3)与所述三脚架(2)之间布置有位移装置(6)，用于所述相机平台(3)沿彼此独立的三个方向的线性位移。

4.根据权利要求3所述的测量装置，

其中，所述位移装置(6)能够沿彼此垂直并且对应于空间轴线的三个方向移动。

5.根据权利要求3所述的测量装置，

其中，所述位移装置(6)包括相对于彼此垂直地进行操作的三个精密滑动导轨(7)，其中所述三个精密滑动导轨(7)中的每一个精密滑动导轨均包括用于测量位移路径的已校准的测量系统。

6.根据权利要求5所述的测量装置，

其中，所述已校准的测量系统是测径规(8)和/或螺旋千分尺(9)。

7.根据权利要求3所述的测量装置，

其中，所述位移装置(6)是构成所述测量装置整体的必要部分。

8.根据权利要求3所述的测量装置，

其中，要测量的所述对象(1)是飞行器部件。