CN106524912B - 基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法 - Google Patents
基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106524912B CN106524912B CN201611028225.3A CN201611028225A CN106524912B CN 106524912 B CN106524912 B CN 106524912B CN 201611028225 A CN201611028225 A CN 201611028225A CN 106524912 B CN106524912 B CN 106524912B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- light pen
- measuring machine
- coordinate measuring
- coordinate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
- G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及光笔式坐标测量机技术领域中,为解决光笔系统光靶标位置标定方法操作复杂、精度低的问题,实现光靶标位置精确标定的方法,操作简单可自动化进行,标定精度高,本发明提出的基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法,借助一台正交式三坐标测量机、一台标定好的工业相机、待标定的光笔以及一台主控计算机实现,将光笔固定在三坐标测量机的测量臂上,调整相机正对三坐标测量空间并保持不动,通过计算机编程控制三坐标测量机探针进行三维阵列式位移,在移动到的每个位置处,记录当前三坐标测量机探针的坐标信息,并结合透视投影成像原理,即可标定计算出光靶标的相对位置关系。本发明主要应用于坐标测量场合。
Description
技术领域
本发明涉及光笔式坐标测量机技术领域中,一种结合三坐标测量机实现的光靶标位置标定的新方法。具体涉及基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法。
背景技术
光笔式坐标测量机是一种便携式测量仪器,具有精度高、测量范围广、便携易操作等优良特性,与此同时,还具有出色的隐藏点测量能力,是现代工业制造领域常用的在线测量设备。光笔中光靶标相对位置的参数直接参光笔测量模型求解,其标定精度直接决定了光笔系统测量精度的高低,所以提高光靶标位置标定精度对光笔系统具有重大意义。当前光笔光靶标标定主要有以下几种方法:①对于所有光靶标位于同一个平面的光笔,常采用影像仪进行标定;②对于光靶标分布在多个平面的光笔,一般采用三坐标测量机和影像仪结合的方法,通过三坐标测量机标定出平面间的距离,然后由影像仪标定出各平面内光靶标的二维位置关系,最后转换至同一坐标系内。上述标定方法不仅操作复杂,而且精度低,标定结果重复性差,制约了光笔系统测量精度的提升。
发明内容
为了克服现有技术的不足,解决光笔系统光靶标位置标定方法操作复杂、精度低的问题,本发明提出一种结合三坐标测量机、基于机器视觉测量理论,实现光靶标位置精确标定的方法,操作简单可自动化进行,标定精度高,为此,本发明提出的基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法技术方案是,借助一台正交式三坐标测量机、一台标定好的工业相机、待标定的光笔以及一台主控计算机实现,将光笔固定在三坐标测量机的测量臂上,调整相机正对三坐标测量空间并保持不动,通过计算机编程控制三坐标测量机探针进行三维阵列式位移,即带动光笔进行空间移动,在移动到的每个位置处,记录当前三坐标测量机探针的坐标信息,并进行光笔光靶标图像采集,根据三坐标机测量臂移动位置和各个位置处光笔上各个光靶标在像面的的成像点坐标,并结合透视投影成像原理,即可标定计算出光靶标的相对位置关系。
一个实例中,将光笔固定在三坐标测量机测量臂上,摆放相机使三坐标测量机工作空间位于相机中心视场附近。通过计算机编程实现测量臂带动光笔进行三维阵列式位移,记录每个位置的处三坐标测量机探针的坐标,并对光笔进行图像采集,光笔上光靶标数目记为NP,三坐标测量机移动的位置点数记为NM,至少3个位置,光靶标在图像上的投影坐标记为(uij,vij),三坐标测量机移动的位置坐标为(xMj,yMj,zMj),其中i=1,2...NP,j=1,2...NM,则均以第一个位置(xM1,yM1,zM1)做原点的每支新光笔坐标系中,各光靶标的位置坐标即为(xPj,yPj,zPj)=(xMj,yMj,zMj)-(xM1,yM1,zM1),设各支新光笔的光靶标在相机坐标系下的坐标为(xCij,yCij,zCij),各支新光笔坐标系与相机坐标系之间的位置姿态关系参数为(α,β,γ,txi,tyi,tzi),代表的含义是:首先将相机坐标原点按当前坐标系平移(txi,tyi,tzi)然后以右手螺旋方向为正旋转相机坐标系,先绕x轴旋转α,再绕y轴旋转β,最后绕z轴旋转γ,则此时相机坐标系与光笔坐标系重合,依上述规则有:
设相机焦距为f,由光束平差法,可得目标函数:
将已知参数代入目标函数进行最小二乘求解,即得到各支新光笔与相机坐标系的位姿关系(α,β,γ,txi,tyi,tzi),(txi,tyi,tzi)即代表了原光笔各光靶标在相机坐标系下的位置,将其统一变换到光笔坐标系下,即完成了光笔光靶标位置关系的标定。
本发明的特点及有益效果是:
本发明一方面简化了光笔光靶标位置标定工作,可实现自动化标定;另一方面利用了三坐标测量机的高精度优势,结合机器视觉原理实现光笔光靶标的非接触式高精度标定。
附图说明:
图1是本发明标定方法原理图。
图中1.三坐标测量机,2.光笔,3.相机,4.计算机。
具体实施方式
本发明提出的光靶标位置标定技术方案是:需要一台正交式三坐标测量机,一台标定好的工业相机、待标定的光笔以及一台主控计算机,将光笔固定在三坐标测量机的测量臂上,调整相机正对三坐标测量空间并保持不动。通过计算机编程控制三坐标测量机探针进行三维阵列式位移,即带动光笔进行空间移动,在移动到的每个位置处,记录当前三坐标测量机探针的坐标信息,并进行光笔光靶标图像采集。将原光笔上每个光靶标移动位置组成的阵列看做是一支新光笔,则这支新光笔上各光靶标间的空间相对位置关系,可由各个位置处三坐标测量机的探针坐标推算出来,与此同时,还能从图像中获得各支新光笔上每个光靶标在像面上投影点坐标。以原光笔各光靶标的第一个位置为各支新光笔坐标原点,建立新光笔坐标系,这样根据各支新光笔光靶标的空间坐标信息和光靶标在像面的成像坐标,便可计算出各支新光笔原点在相机坐标系下的位置,则各个位置的相对距离即为要标定的原光笔各个光靶标间的位置关系。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1,将光笔固定在三坐标测量机测量臂上,摆放相机使三坐标测量机工作空间位于相机中心视场附近。通过计算机编程实现测量臂带动光笔进行三维阵列式位移,记录每个位置的处三坐标测量机探针的坐标,并对光笔进行图像采集。光笔上光靶标数目记为NP,三坐标测量机移动的位置点数记为NM,至少3个位置,光靶标在图像上的投影坐标记为(uij,vij),三坐标测量机移动的位置坐标为(xMj,yMj,zMj),其中i=1,2...NP,j=1,2...NM,则均以第一个位置(xM1,yM1,zM1)做原点的每支新光笔坐标系中,各光靶标的位置坐标即为(xPj,yPj,zPj)=(xMj,yMj,zMj)-(xM1,yM1,zM1),设各支新光笔的光靶标在相机坐标系下的坐标为(xCij,yCij,zCij),各支新光笔坐标系与相机坐标系之间的位置姿态关系参数为(α,β,γ,txi,tyi,tzi),代表的含义是:首先将相机坐标原点按当前坐标系平移(txi,tyi,tzi)然后以右手螺旋方向为正旋转相机坐标系,先绕x轴旋转α,再绕y轴旋转β,最后绕z轴旋转γ,则此时相机坐标系与光笔坐标系重合,(因为光笔保持固定,所以各支新光笔相对于相机的姿态参数是一样的),依上述规则有:
设相机焦距为f,由光束平差法,可得目标函数:
将已知参数代入目标函数进行最小二乘求解,即可得到各支新光笔与相机坐标系的位姿关系(α,β,γ,txi,tyi,tzi),(txi,tyi,tzi)即代表了原光笔各光靶标在相机坐标系下的位置,将其统一变换到光笔坐标系下,即完成了光笔光靶标位置关系的标定。
Claims (1)
1.一种基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法,其特征是,借助一台正交式三坐标测量机、一台标定好的工业相机、待标定的光笔以及一台主控计算机实现,将光笔固定在三坐标测量机的测量臂上,调整相机正对三坐标测量空间并保持不动,通过计算机编程控制三坐标测量机探针进行三维阵列式位移,即带动光笔进行空间移动,在移动到的每个位置处,记录当前三坐标测量机探针的坐标信息,并进行光笔光靶标图像采集,根据三坐标机测量臂移动位置和各个位置处光笔上各个光靶标在像面的的成像点坐标,并结合透视投影成像原理,即可标定计算出光靶标的相对位置关系,将光笔固定在三坐标测量机测量臂上,摆放相机使三坐标测量机工作空间位于相机中心视场附近,通过计算机编程实现测量臂带动光笔进行三维阵列式位移,记录每个位置的处三坐标测量机探针的坐标,并对光笔进行图像采集,光笔上光靶标数目记为NP,三坐标测量机移动的位置点数记为NM,至少3个位置,光靶标在图像上的投影坐标记为(uij,vij),三坐标测量机移动的位置坐标为(xMj,yMj,zMj),其中i=1,2...NP,j=1,2...NM,则均以第一个位置(xM1,yM1,zM1)做原点的每支新光笔坐标系中,各光靶标的位置坐标即为(xPj,yPj,zPj)=(xMj,yMj,zMj)-(xM1,yM1,zM1),设各支新光笔的光靶标在相机坐标系下的坐标为(xCij,yCij,zCij),各支新光笔坐标系与相机坐标系之间的位置姿态关系参数为(α,β,γ,txi,tyi,tzi),代表的含义是:首先将相机坐标原点按当前坐标系平移(txi,tyi,tzi)然后以右手螺旋方向为正旋转相机坐标系,先绕x轴旋转α,再绕y轴旋转β,最后绕z轴旋转γ,则此时相机坐标系与光笔坐标系重合,依上述规则有:
设相机焦距为f,由光束平差法,可得目标函数:
将已知参数代入目标函数进行最小二乘求解,即得到各支新光笔与相机坐标系的位姿关系(α,β,γ,txi,tyi,tzi),(txi,tyi,tzi)即代表了原光笔各光靶标在相机坐标系下的位置,将其统一变换到光笔坐标系下,即完成了光笔光靶标位置关系的标定。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611028225.3A CN106524912B (zh) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611028225.3A CN106524912B (zh) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106524912A CN106524912A (zh) | 2017-03-22 |
CN106524912B true CN106524912B (zh) | 2019-03-26 |
Family
ID=58351763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611028225.3A Expired - Fee Related CN106524912B (zh) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106524912B (zh) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10323928B2 (en) * | 2017-06-16 | 2019-06-18 | Mitutoyo Corporation | Optical configuration for measurement device using emitter material configuration |
CN107610178A (zh) * | 2017-07-27 | 2018-01-19 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种工业摄影测量系统相机参数移动式标定方法 |
CN109029315B (zh) * | 2018-06-04 | 2024-04-09 | 深圳先进技术研究院 | 感应器的刻度系统及其刻度方法 |
CN110375648A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-10-25 | 华南农业大学 | 棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法 |
CN111524222B (zh) * | 2020-04-01 | 2023-08-08 | 北京东软医疗设备有限公司 | 成像方法、装置、设备及存储介质 |
CN111624981B (zh) * | 2020-05-27 | 2021-06-15 | 安徽省爱夫卡电子科技有限公司 | 一种汽车助力转向系统的方向盘角度标定系统及标定方法 |
CN112684250B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-03-18 | 华中科技大学 | 一种高功率毫米波强度测量系统标定方法 |
CN113008141B (zh) * | 2021-03-08 | 2022-07-19 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种三坐标影像测量仪平台垂直微调装置及其实现方法 |
CN113358098A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-09-07 | 武汉中观自动化科技有限公司 | 一种基于智能反向定位的便携式探测方法及系统 |
CN113446935B (zh) * | 2021-06-09 | 2022-07-05 | 同济大学 | 一种六自由度测量系统和方法 |
CN114459351B (zh) * | 2022-02-11 | 2023-12-26 | 山西支点科技有限公司 | 一种可现场快速标定的高精度笔头标定方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1570547A (zh) * | 2004-04-23 | 2005-01-26 | 天津大学 | 光笔式便携三维坐标测量系统 |
CN2722197Y (zh) * | 2004-04-23 | 2005-08-31 | 天津大学 | 光笔式便携三维坐标测量机 |
CN102589437A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-18 | 天津大学 | 光笔式便携三坐标测量系统中测头中心位置的标定方法 |
CN102663727A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-09-12 | 天津大学 | 基于cmm移动靶标的相机分区域标定方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7693325B2 (en) * | 2004-01-14 | 2010-04-06 | Hexagon Metrology, Inc. | Transprojection of geometry data |
-
2016
- 2016-11-15 CN CN201611028225.3A patent/CN106524912B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1570547A (zh) * | 2004-04-23 | 2005-01-26 | 天津大学 | 光笔式便携三维坐标测量系统 |
CN2722197Y (zh) * | 2004-04-23 | 2005-08-31 | 天津大学 | 光笔式便携三维坐标测量机 |
CN102589437A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-18 | 天津大学 | 光笔式便携三坐标测量系统中测头中心位置的标定方法 |
CN102663727A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-09-12 | 天津大学 | 基于cmm移动靶标的相机分区域标定方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
《Portable Light Pen 3D Vision Coordinate Measuring System-Probe Tip Center Calibration》;Liu s ect.;《Measurement Science Review》;20131231;第13卷(第4期);第194-199页 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106524912A (zh) | 2017-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106524912B (zh) | 基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法 | |
CN107042528B (zh) | 一种工业机器人的运动学标定系统及方法 | |
CN108534679B (zh) | 一种筒形件轴线位姿的无靶标自动测量装置及方法 | |
US10585167B2 (en) | Relative object localization process for local positioning system | |
CN107186548B (zh) | 一种五轴数控机床回转轴几何误差检测方法 | |
US10189133B2 (en) | Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool | |
CN109794938A (zh) | 一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置及其方法 | |
CN103878478B (zh) | 一种三维激光加工工件定位测量装置及其方法 | |
US20150377606A1 (en) | Projection system | |
JP6807599B2 (ja) | 工作機械の誤差同定方法 | |
CN105404238A (zh) | 一种在机激光测量中测头位姿的线性化标定方法 | |
CN109341546A (zh) | 一种点激光位移传感器在任意安装位姿下的光束标定方法 | |
CN104197831B (zh) | 一种六关节工业机器人的精度标定装置 | |
CN103438798A (zh) | 主动双目视觉系统全局标定方法 | |
CN109227551B (zh) | 一种视觉定位机器人手眼坐标转换方法 | |
CN105806309A (zh) | 基于激光三角测距的机器人零位标定系统与方法 | |
Liu et al. | Binocular-vision-based error detection system and identification method for PIGEs of rotary axis in five-axis machine tool | |
CN108827187A (zh) | 一种用于对工件进行三维轮廓测量的测量系统 | |
US11002529B2 (en) | Robot system with supplementary metrology position determination system | |
CN105572679A (zh) | 一种二维扫描型激光雷达的扫描数据修正方法及系统 | |
CN108801146A (zh) | 一种机床五自由度误差测量装置及误差模型建立方法 | |
Liu et al. | A three-dimensional triangular vision-based contouring error detection system and method for machine tools | |
CN110181558A (zh) | 一种变臂关节式坐标测量机标定机器人的装置及其方法 | |
Li et al. | Monocular-vision-based contouring error detection and compensation for CNC machine tools | |
CN114459345B (zh) | 基于视觉空间定位的飞机机身位置姿态检测系统及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190326 Termination date: 20211115 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |