CN107367721B - 一种用于动态位姿测量的位姿测量装置 - Google Patents

一种用于动态位姿测量的位姿测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于动态位姿测量的位姿测量装置，包括双屏激光成像系统和双目视觉检测系统；双屏激光成像系统包括第一、二激光接收屏和透反棱镜，第一、二激光接收屏均涂覆有漫反射涂层，透反棱镜的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；第一、二激光接收屏相互垂直放置，并与透反棱镜的相邻两面分别平行，且到透反棱镜相邻两面的距离不等；双目视觉检测系统包括第一、二CCD相机。本发明中双屏激光成像系统接收十字线激光并在接收屏上成像，双目视觉检测系统实时拍摄两接收屏上的十字激光图像，并提取十字激光中心在图像坐标系下的位置信息及十字横向线与图像坐标系横坐标的夹角。本发明主要用于动态环境中物体位姿的测量。

Description

一种用于动态位姿测量的位姿测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于动态位姿测量的位姿测量系统，可用于动态环境中待测目标的实时位姿精确测量。
背景技术
位姿测量是几何量计量的重要内容，包括三维角度测量和三维位置测量，广泛应用于精密加工制造、航天航空、军事及通信等领域，其中动态位姿的实时在线测量技术越来越受到重视。目前常用的动态位姿测量方法存在着系统复杂、关键设备加工难度较大、光路装调难度大、测量精度与量程相互制约等问题，且无法适应室外强光、潮湿以及震动等恶劣环境。
发明内容
针对上述现有技术，动态位姿实时测量技术中的不足，提供一种基于双目机器视觉的用于动态位姿测量的位姿测量装置，包括双屏激光成像系统和双目视觉检测系统。双屏激光成像系统接收十字线激光并在接收屏上成像；双目视觉检测系统实时拍摄两接收屏上的十字激光图像，并提取十字激光中心在图像坐标系下的位置信息及十字横向线与图像坐标系横坐标的夹角。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于动态位姿测量的位姿测量装置，包括壳体，所述壳体内设有双屏激光成像系统和双目视觉检测系统；所述双屏激光成像系统包括第一激光接收屏、第二激光接收屏和透反棱镜，第一激光接收屏和第二激光接收屏均涂覆有漫反射涂层，所述透反棱镜的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；所述第一激光接收屏和所述第二激光接收屏相互垂直放置，并且与所述透反棱镜的相邻两面分别平行，所述第一激光接收屏与所述第二激光接收屏分别到所述透反棱镜相邻两面的距离不等；所述双目视觉检测系统包括第一CCD相机和第二CCD相机，所述第一CCD相机用于对所述第一激光接收屏上的光斑图像进行提取，所述第二CCD相机用于对所述第二激光接收屏上的十字光斑图像进行提取。
进一步讲，本发明，所述壳体为一直角壳体，包括按照直角依次排列并固定的第一激光接收屏及相机机械壳、透反镜固定及光路通道壳和第二激光接收屏及相机机械壳；所述透反棱镜布置在所述透反镜固定及光路通道壳内，所述第一激光接收屏及相机机械壳内设有第一CCD相机支架和第一激光接收屏固定夹，所述第二激光接收屏及相机机械壳内设有第二CCD相机支架和第二激光接收屏固定夹，所述第一激光接收屏固定夹到所述透反棱镜之间的距离与所述第二激光接收屏固定夹到所述透反棱镜之间的距离不等；第一激光接收屏固定在所述第一激光接收屏固定夹上，第二激光接收屏固定在所述第二激光接收屏固定夹上，所述第一CCD相机固定在所述第一CCD相机支架上，所述第二CCD相机固定在所述第二CCD相机支架上；所述第一激光接收屏及相机机械壳、透反镜固定及光路通道壳和第二激光接收屏及相机机械壳的底部均设有联接板。
所述透反镜固定及光路通道壳包括透反镜固定及光路通道壳上盖和透反镜固定及光路通道壳底座，所述透反镜固定及光路通道壳上盖和透反镜固定及光路通道壳底座扣合后连接为一体，所述透反镜固定及光路通道壳的一端设有第一联接板接口，所述透反镜固定及光路通道壳的另一端设有法兰接口；所述第一联接板接口与所述第一激光接收屏及相机机械壳接板，所述法兰接口与所述第二激光接收屏及相机机械壳连接。
所述第一激光接收屏及相机机械壳与所述第一激光接收屏及相机机械壳的结构相同，均包括上下扣合连接的激光接收屏及相机机械壳上盖和激光接收屏及相机机械壳底座。
所述激光接收屏及相机机械壳底座的一端设有连接法兰、接收屏固定夹螺纹固定孔和相机支架螺纹固定孔，所述激光接收屏及相机机械壳底座的另一端设有走线孔和第二联接板接口。
所述第一激光接收屏固定夹和第二激光接收屏固定夹的结构相同，均为一凹字形槽夹板，在凹字形槽的底部设有柱形沉头孔，在所述凹字形槽夹板的一侧设有紧固螺纹孔。
所述第一CCD相机支架和第二CCD相机支架的结构相同，均为梯形支架，所述梯形支架的顶部设有两个竖直的侧壁，所述侧壁上设有相机连接口，所述梯形支架的底部为封闭的连接板，所述连接板上设有支架固定孔。
所述联接板包括转接法兰和固定法兰，所述转接法兰与固定法兰相互垂直，所述转接法兰上设有转接柱形沉头孔，所述固定法兰上设有固定柱形沉头孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的测量精度可以通过加大光路通道的距离以及换用更高CCD相机的分辨率来提高，量程可以通过扩大激光接收屏的面积来实现，因此，本发明装置的量程和精度可调。
(2)本发明以检测环境外的不动点为检测基准，可以测量动态环境中(如震动、挠曲变形下)测量目标相对于不动点的实时位姿信息，适用于震动环境中物体位姿的测量。
(3)本发明结构简单，操作方便，光路易调，安装方便。
(4)本发明系统，体积小，质量轻，便与搬迁，节省空间。
附图说明
图1是本发明用于动态位姿测量的位姿测量装置的内部结构示意图；
图2是本发明用于动态位姿测量的位姿测量装置的整体外形图；
图3是本发明中透反镜固定及光路通道壳外形图；
图4是本发明中激光接收屏及相机壳示意图；
图5是本发明中激光接收屏及相机壳底座示意图；
图6是本发明中接收屏固定夹结构示意图；
图7是本发明中相机支架结构示意图；
图8是本发明中联接板结构示意图。
图中：
1-透反棱镜，2.光路通道壳下部，3-第一接收屏固定夹，4-第一CCD相机，5-相机外壳下部，6、9、12-联接板，7.第一CCD相机支架，8-第一激光接收屏，10-第二CCD相机，11-相机外壳下部，13-第二CCD相机支架，14-第二接收屏固定夹，15第二激光接收屏；41-透反镜固定及光路通道壳，42-第一激光接收屏及相机机械壳，43-第二激光接收屏及相机机械壳；51-透反镜固定及光路通道壳上盖，52-法兰接口，53-法兰接口，54-透反镜固定及光路通道壳底座，55.第一联接板接口；61-激光接收屏及相机机械壳上盖，62-激光接收屏及相机机械壳底座；71-法兰，72-接收屏夹螺纹固定孔，73-相机架螺纹固定孔，74-走线孔，75-第二联接板接口；81-紧固螺纹孔，82-柱形沉头孔；91-相机连接口，92-支架固定孔；101-转接法兰，10-2.固定法兰，103-转接柱形沉头孔，104-固定柱形沉头孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明提出的一种用于动态位姿测量的位姿测量装置，如图1所示，包括壳体，所述壳体内设有双屏激光成像系统和双目视觉检测系统；所述双屏激光成像系统包括第一激光接收屏8、第二激光接收屏15和透反棱镜1，第一激光接收屏8和第二激光接收屏15均涂覆有漫反射涂层，所述透反棱镜1的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；所述第一激光接收屏8和所述第二激光接收屏15相互垂直放置，并且与所述透反棱镜1的相邻两面分别平行，所述第一激光接收屏8与所述第二激光接收屏15分别到所述透反棱镜1相邻两面的距离不等；所述双目视觉检测系统包括第一CCD相机4和第二CCD相机10，所述第一CCD相机4用于对所述第一激光接收屏8上的光斑图像进行提取，所述第二CCD相机10用于对所述第二激光接收屏15上的十字光斑图像进行提取。
如图1和图2所示，所述壳体为一直角壳体，包括按照直角依次排列并固定的第一激光接收屏及相机机械壳42、透反镜固定及光路通道壳41和第二激光接收屏及相机机械壳43；所述透反棱镜1布置在所述透反镜固定及光路通道壳41内，所述第一激光接收屏及相机机械壳42内设有第一CCD相机支架7和第一激光接收屏固定夹3，所述第二激光接收屏及相机机械壳43内设有第二CCD相机支架13和第二激光接收屏固定夹14，所述第一激光接收屏固定夹3到所述透反棱镜1之间的距离与所述第二激光接收屏固定夹14到所述透反棱镜1之间的距离不等；第一激光接收屏8固定在所述第一激光接收屏固定夹3上，第二激光接收屏15固定在所述第二激光接收屏固定夹14上，所述第一CCD相机4固定在所述第一CCD相机支架7上，所述第二CCD相机10固定在所述第二CCD相机支架13上；所述第一激光接收屏及相机机械壳42、透反镜固定及光路通道壳41和第二激光接收屏及相机机械壳43的底部均设有联接板。
如图1和3所示，所述透反镜固定及光路通道壳41包括透反镜固定及光路通道壳上盖51和透反镜固定及光路通道壳底座54，所述透反镜固定及光路通道壳上盖51和透反镜固定及光路通道壳底座54扣合后连接为一体，所述透反镜固定及光路通道壳41的一端设有第一联接板接口55，所述透反镜固定及光路通道壳41的另一端设有法兰接口52；所述第一联接板接口55与所述第一激光接收屏及相机机械壳42连接，所述法兰接口52与所述第二激光接收屏及相机机械壳43连接。
如图1和图4所示，所述第一激光接收屏及相机机械壳42与所述第一激光接收屏及相机机械壳43的结构相同，均包括上下扣合连接的激光接收屏及相机机械壳上盖61和激光接收屏及相机机械壳底座62。
如图1和图5所示，所述激光接收屏及相机机械壳底座62的一端设有连接法兰71、接收屏固定夹螺纹固定孔72和相机支架螺纹固定孔73分别用于固定相应的接收屏固定夹或是相机支架；所述激光接收屏及相机机械壳底座62的另一端设有走线孔74和第二联接板接口75，所述第二联接板接口75用于联接板的定位。
如图1和图6所示，所述第一激光接收屏固定夹3和第二激光接收屏固定夹14的结构相同，均为一凹字形槽夹板，在凹字形槽的底部设有柱形沉头孔82，在所述凹字形槽夹板的一侧设有紧固螺纹孔81，每个凹字形槽夹板通过螺纹连接固定在对应的第一激光接收屏及相机机械壳42或是第二激光接收屏及相机机械壳43上。
如图1和图7所示，所述第一CCD相机支架7和第二CCD相机支架13的结构相同，均为梯形支架，所述梯形支架的顶部设有两个竖直的侧壁，所述侧壁上设有相机连接口91，所述梯形支架的底部为封闭的连接板，所述连接板上设有支架固定孔92，所述第一CCD相机支架7和第二CCD相机支架13的上两个竖直侧壁的开口处用于安装CCD相机，所述第一CCD相机支架7和第二CCD相机支架13下部的连接板与对应的第一激光接收屏及相机机械壳42或是第二激光接收屏及相机机械壳43固定。
如图1和图8所示，所述联接板6、9和12的结构相同，均包括转接法兰101和固定法兰102，所述转接法兰101与固定法兰102相互垂直，所述转接法兰101上设有转接柱形沉头孔103，所述固定法兰102上设有固定柱形沉头孔104，各联接板6或9或12通过螺栓安装在第一激光接收屏及相机机械壳42或透反镜固定及光路通道壳41或第二激光接收屏及相机机械壳43上，并通过固定法兰102上的固定柱形沉头孔104固定在测量位置处。
通过上述结合实验附图对本发明进行了描述，但以上具体实施案例仅仅是部分实验，并不是用来限制本发明的实施范围。本领域的相关技术人员依据本发明或不脱离本发明宗旨的情况下，所进行的等效变形和相关修饰，这些都在本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种用于动态位姿测量的位姿测量装置，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设有双屏激光成像系统和双目视觉检测系统；所述双屏激光成像系统包括第一激光接收屏(8)、第二激光接收屏(15)和透反棱镜(1)，第一激光接收屏(8)和第二激光接收屏(15)均涂覆有漫反射涂层，所述透反棱镜(1)的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；所述第一激光接收屏(8)和所述第二激光接收屏(15)相互垂直放置，并且与所述透反棱镜(1)的相邻两面分别平行，所述第一激光接收屏(8)与所述第二激光接收屏(15)分别到所述透反棱镜(1)相邻两面的距离不等；
所述双目视觉检测系统包括第一CCD相机(4)和第二CCD相机(10)，所述第一CCD相机(4)用于对所述第一激光接收屏(8)上的光斑图像进行提取，所述第二CCD相机(10)用于对所述第二激光接收屏(15)上的十字光斑图像进行提取。
2.根据权利要求1所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述壳体为一直角壳体，包括按照直角依次排列并固定的第一激光接收屏及相机机械壳(42)、透反镜固定及光路通道壳(41)和第二激光接收屏及相机机械壳(43)；所述透反棱镜(1)布置在所述透反镜固定及光路通道壳(41)内，所述第一激光接收屏及相机机械壳(42)内设有第一CCD相机支架(7)和第一激光接收屏固定夹(3)，所述第二激光接收屏及相机机械壳(43)内设有第二CCD相机支架(13)和第二激光接收屏固定夹(14)，所述第一激光接收屏固定夹(3)到所述透反棱镜(1)之间的距离与所述第二激光接收屏固定夹(14)到所述透反棱镜(1)之间的距离不等；第一激光接收屏(8)固定在所述第一激光接收屏固定夹(3)上，第二激光接收屏(15)固定在所述第二激光接收屏固定夹(14)上，所述第一CCD相机(4)固定在所述第一CCD相机支架(7)上，所述第二CCD相机(10)固定在所述第二CCD相机支架(13)上；所述第一激光接收屏及相机机械壳(42)、透反镜固定及光路通道壳(41)和第二激光接收屏及相机机械壳(43)的底部均设有联接板。
3.根据权利要求2所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述透反镜固定及光路通道壳(41)包括透反镜固定及光路通道壳上盖(51)和透反镜固定及光路通道壳底座(54)，所述透反镜固定及光路通道壳上盖(51)和透反镜固定及光路通道壳底座(54)扣合后连接为一体，所述透反镜固定及光路通道壳(41)的一端设有第一联接板接口(55)，所述透反镜固定及光路通道壳(41)的另一端设有法兰接口(52)；所述第一联接板接口(55)与所述第一激光接收屏及相机机械壳(42)连接，所述法兰接口(52)与所述第二激光接收屏及相机机械壳(43)连接。
4.根据权利要求2所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述第一激光接收屏及相机机械壳(42)与所述第一激光接收屏及相机机械壳(43)的结构相同，均包括上下扣合连接的激光接收屏及相机机械壳上盖(61)和激光接收屏及相机机械壳底座(62)。
5.根据权利要求2所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述激光接收屏及相机机械壳底座(62)的一端设有连接法兰(71)、接收屏固定夹螺纹固定孔(72)和相机支架螺纹固定孔(73)，所述激光接收屏及相机机械壳底座(62)的另一端设有走线孔(74)和第二联接板接口(75)。
6.根据权利要求2所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述第一激光接收屏固定夹(3)和第二激光接收屏固定夹(14)的结构相同，均为一凹字形槽夹板，在凹字形槽的底部设有柱形沉头孔(82)，在所述凹字形槽夹板的一侧设有紧固螺纹孔(81)。
7.根据权利要求2所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述第一CCD相机支架(7)和第二CCD相机支架(13)的结构相同，均为梯形支架，所述梯形支架的顶部设有两个竖直的侧壁，所述侧壁上设有相机连接口(91)，所述梯形支架的底部为封闭的连接板，所述连接板上设有支架固定孔(92)。
8.根据权利要求2所述用于动态位姿测量的位姿测量装置，其特征在于，所述联接板包括转接法兰(101)和固定法兰(102)，所述转接法兰(101)与固定法兰(102)相互垂直，所述转接法兰(101)上设有转接柱形沉头孔(103)，所述固定法兰(102)上设有固定柱形沉头孔(104)。
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