CN108731593A - 一种前后双目的位置姿态光学测量结构与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前后双目的位置姿态光学测量结构，包括准直光束(1)和机架(9)，所述机架(9)内沿所述准直光束(1)入射方向前后设有前光学传感器(3)和后光学传感器(7)，所述机架(9)内还设有分光镜(2)、第一反光镜(4)、与所述第一反光镜(4)垂直的第二反光镜(5)和与所述第二反光镜(5)平行的介于所述前光学传感器和后光学传感器(7)之间的第三反光镜(6)，且所述前光学传感器(3)和后光学传感器(7)的光敏面与被测对象的轴线平行。本发明还公开了一种前后双目的位置姿态光学测量方法。本发明前后双目的位置姿态光学测量结构，实现对窄长孔的位置姿态的测量。

Description

一种前后双目的位置姿态光学测量结构与方法

技术领域

本发明属于制造件的形状、位置测量的光学图像测量技术领域，更具 体地，涉及一种前后双目的位置姿态光学测量结构与方法。

背景技术

光学图像测量技术，即视觉测量定位技术，是以摄像机拍摄的图像为 信息载体，通过计算机技术提取出图像中的有用信息，再对这些信息加以 分析总结得出测量结果，具有全方位快速测量定位、高精度和实时性强等 特点，因而被广泛地应用于各种测量工作任务中。

已有的研究表明液压径向轴承的轴颈与轴套的相对倾角从0增大到 0.0002角弧度时，轴承的性能下降40％以上，因此所以需严格控制轴承的 倾角姿态，同时也要控制轴承的中心位置。而轴承多用于旋转机构，轴承 基本上在旋转机构的轴线及其附近的窄长空间区域中，其主要控制要求是 窄长空间轴线的垂直面内的精度要求高，也就需要窄长空间区域中轴承的 位置及倾角姿态的精密测量技术。这种位置及倾角姿态的精密测量技术还用于其它需要在窄长空间区域内精密测量位置姿态的应用场合，例如：长 孔、小弯曲量的曲线轴。

现有常见的双目视觉测量系统[王飞，双目视觉系统设计及控制方法研 究[M]，哈尔滨工业大学，2012.07]采用两个独立并联的图像传感器进行工 作，它是一种成像式的位置测量方式，空间三维的测量精度一样，没有突 出在窄长空间横截面内的测量精度，所以在窄长空间横截面内的测量精度 不高。

目前，激光自准直仪[朱凡，基于共光路光束漂移测量与同步补偿的激 光自准直技术[D]，哈尔滨工业大学，2013.10]是用于窄长空间区域的一种 高精度倾角测量仪器。它采用了一种基于直线基准的倾角测量方法，也是 一种间接的相对式位置测量方法，不能直接测量相对直线基准的位置及偏 差，间接式测量位置偏差时也不允许沿直线基准的测量过程中间中断。

准直激光加CCD测量光束漂移补偿的测量方法[The OT-7000 Auto-Centering,Wireless,Multi-Target Alignment.On-Trak Photonics, Inc.，2017]是基于准直激光的绝对直线基准的一种窄长空间横截面内位置 的测量仪器，附加CCD测量光束漂移并补偿，沿直线基准的测量过程允许 中间中断，但不能直接测量倾角。

测微放大镜[雷坚强，测微器水准仪在隧道拱顶下沉量测中的应用，现 代隧道技术，2012，Vol.49(1),171-174]是基于准直望远镜原理的一种 窄长空间横截面内位置的测量仪器，沿直线基准的测量过程允许中间中断， 但不能直接测量倾角。

为了同时精确地测量出在窄长空间区域中的轴承等同轴线且中间可能 不连续的孔状物体的位置和倾角姿态，本发明提出了一种前后双目的位置 姿态光学测量结构与方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种前后双目的位 置姿态光学测量结构，通过机架将两个光学传感器、倾角传感器和各类光 学器件连接为一整体，其利用准直光束及其轴线作为空间直线基准，可以 探测获得自身对准直光束及其截面光斑中心二维的相对位置,进而计算获 得自身对准直光束及其轴线的二维偏向,即同时实现了前后双目的位置姿 态光学测量方法；利用机架的外廓接触和体现被测对象，也就实现了窄长 空间的被测对象的位置和倾角姿态的四自由度测量，适用于窄长空间区域 内的轴承等孔状物体位置姿态的精密测量。

为了实现上述目的，本发明提供一种前后双目的位置姿态光学测量结 构，用于检测窄长孔状的位置姿态信息，包括准直光束，还包括计算处理 单元和设于被测对象内并与被测对象轴线平行的机架；

所述机架内沿所述准直光束入射方向前后设有与所述计算处理单元电 气连接的光敏面相互平行的前光学传感器和后光学传感器；

所述机架内还设有位于所述准直光束入射端和所述前光学传感器之间 的分光镜、位于所述分光镜反射光路范围内并于所述分光镜平行的第一反 光镜、位于所述第一反光镜的反射光路范围内并与所述第一反光镜垂直的 第二反光镜和位于所述第二反光镜的反射光路范围内并与所述第二反光镜 平行的介于所述前光学传感器和后光学传感器之间的第三反光镜，且所述 前光学传感器和后光学传感器的光敏面与被测对象的轴线平行，以通过所 述光学测量结构的前光学传感器和后光学传感器拍摄到自身相对准直光束 及其截面光斑中心的位置偏差计算出出被测对象的位置姿态信息。

进一步地，所述机架的尾部设有倾角传感器，且所述倾角传感器的测 量轴线与所述前光学传感器的光敏面垂直。

进一步地，所述倾角传感器与所述计算处理单元电气连接。

进一步地，所述分光镜为半透半反的分光镜。

进一步地，所述分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为 偏振的直角立方棱镜。

进一步地，所述准直光束的横截面为圆形，且成中心对称光学分布。

进一步地，所述前光学传感器和所述后光学传感器的光路设计光轴在 一个平面内。

一种前后双目的位置姿态光学测量方法，包括如下步骤：

S1定义前后双目的位置姿态光学测量结构的轴线和空间直线基准，

具体地将垂直于前光学传感器的光敏平面且过其中心的直线定义为光 学测量结构的轴线，将准直光速及其轴线定义为空间直线基准；

S2将前后双目的位置姿态光学测量结构放置于被测对象中，所述机架 的外廓直接接触被测对象；

S3使用所述前光学传感器和所述后光学传感器接收所述准直光束透射 和反射光信息，并将探测结果传输给所述计算处理单元；

S4通过所述计算处理单元计算出前后双目的位置姿态光学测量结构在 测量坐标系中的五自由度的位置姿态，即将每个被测量对象的位置和姿态 统一到测量坐标系中，从而获得前后双目的位置姿态光学测量结构与空间 直线基准两个方向的相对位置。

进一步地，步骤S4包括如下步骤：

S41定义测量坐标系：基于以准直光束为空间直线基准的坐标系，并用 下标c表示；定义前后双目的位置姿态光学测量结构坐标系：以前后双目 的位置姿态光学测量结构轴线为Z轴建立的坐标系，并用下标wz表示，所 述前光学传感器和后光学传感器的坐标分别为(x¹,y¹)、(x²,y²)，在位置姿态 光学测量结构坐标系中的坐标其中，为 两个光学传感器的光学行程间距，所述倾角传感器(8)测得滚角

S42计算被测对象对空间直线基准两个方向的相对倾角；

将和带入到公式和公 式得到α与β；其中，α和β分别为光学测量结构的俯仰 角和摆角，即为被测对象与空间直线基准的相对倾角；

S43计算得到被测对象与空间直线基准两个方向的相对位置；

通过所述计算处理单元计算并修正滚角误差和余弦误差，得到修正后 的前后双目的位置姿态光学测量结构与空间直线基准两个方向的相对位 置，将(x¹,y¹)、(x²,y²)和带入公式中修正滚角误 差，得到修正后的坐标(x^1',y^1')、(x^2',y^2')；

将α和β带入到公式中修正余弦误差，得到修正之后的坐标

即为前后双目的位置姿态光学测量结构及被测对象在 测量坐标系中的五自由度的位置姿态。

进一步地，所述前光学传感器和所述后光学传感器中所有光敏元件均 在同一时间曝光，并且一次性输出，同步取像。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够 取得下列有益效果：

(1)本发明的前后双目的位置姿态光学测量结构，通过机架将两个光 学传感器、倾角传感器和各类光学器件连接为一整体，其利用准直光束及 其轴线作为空间直线基准，可以探测获得自身对准直光束及其截面光斑中 心二维的相对位置,进而计算获得自身对准直光束及其轴线的二维偏向,即 同时实现了前后双目的位置姿态光学测量方法；利用机架的外廓接触和体 现被测对象，也就实现了窄长空间的被测对象的位置和倾角姿态的四自由 度测量，适用于窄长空间区域内的轴承等孔状物体位置姿态的精密测量。

(2)本发明的前后双目的位置姿态光学测量结构，前后双目的位置姿 态光学测量结构在尾端安装了一个高精度的倾角传感器，可以测量滚角， 并进行滚角的影响误差的实时修正，消除前后双目的位置姿态光学测量结 构在测量过程中可能产生的滚角的影响误差。

(3)本发明的前后双目的位置姿态光学测量结构，前后双目的位置姿 态光学测量结构处于“0”为时是正轴成像，没有透镜相关的误差，成像质 量高，并以光学传感器直接作为尺寸标尺，提高了测量精度和可靠性。

(4)本发明的前后双目的位置姿态光学测量方法，通过前光学传感器 和后光学传感器测量在位置姿态光学测量结构坐标系中的坐标变换到以准 直光束为空间直线基准的坐标系中，从而得到前后双目的位置姿态光学测 量结构相对于准直光束的位置和角度，根据光学测量结构与被测对象的位 置关系即得到被测对象的五自由度的位置姿态。

(5)本发明的前后双目的位置姿态光学测量方法，定义前后双目的两 个光学探测器的计算中心，两个光学传感器可以探测获得准直光束及其截 面光斑中心对自身计算中心的相对位置，据此可以计算两个光学传感器对 准直光束的倾斜角及余弦误差并消除测量中余弦误差的影响，消除两个光 学传感器对准直光束倾斜时的测量值的余弦误差。通过倾角传感器消除滚 角误差，且前光学传感器和后光学传感器中的所有光敏元件均在同一时间 曝光同步取像，减小测量误差。

附图说明

图1为本发明一种前后双目的位置姿态光学测量结构的结构及光路示意 图；图2为本一种发明光学器件具体采用的组合偏振分光棱镜的光路示 意图；

图3为本发明一种前后双目的位置姿态光学测量结构的俯仰角、摆角和 滚角的示意图；

图4为本发明一种前后双目的位置姿态光学测量结构的位置姿态参量 定义示意图。

所有附图中，同一个附图标记表示相同的结构与零件，其中：1-准直光 束、2-分光镜、3-前光学探测器、4-第一反射镜、5-第二反射镜、6-第三反 射镜、7-光学探测器、8-倾角传感器、9-机架、10-计算处理单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本 发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以 相互组合。

图1是本发明一种前后双目的位置姿态光学测量结构的结构及光路示 意图；如图1所示，前后双目的位置姿态光学测量结构包括准直光束1、分 光镜2、前光学传感器3、第一反射镜4、第二反射镜5、第三反射镜6、后 光学传感器7、倾角传感器8、机架9和计算处理单元10，机架9设于被测 对象内，且机架9的轴线与其所测位置的被测对象的轴线平行，用于以光 学测量结构的位置姿态推算出被测对象的位置姿态，以控制例如液压径向 轴承的轴颈和轴套的倾角，保证零件的性能。被测对象为连续或间断的孔 状物体，机架9的外轮廓为等截面的圆柱形或条形，以对应被测对象的截 面。其中，准直光束1及其轴线作为空间直线基准，垂直于前光学传感器3 的光敏面且过前光学传感器3的光敏面的直线为前后双目的位置姿态光学 测量结构的轴线。前光学传感器3和后光学传感器7设于机架9内，前光 学传感器3和后光学传感器7间隔设置，前光学传感器3的光敏面和后光 学传感器7的光敏面相互平行，以减小测量误差，且前光学传感器3和后 光学传感器7的位置姿态光学结构的光路设计光轴在一个平面内；准直光 束1从机架9外射入机架9内，分光镜2设于机架9内，并位于入射准直 光束1和前光学传感器3之间，并在前光学传感器3的光敏面的范围内；

作为优选，准直光束1为横截面为圆形，且成中心对称光学分布。

作为优选，准直光束1也可采用准直激光束。

进一步地，前后双目的位置姿态光学测量结构的成像光路结构优选允 许前后双目的位置姿态光学测量结构的整体横截面积的直径最小化。

作为优选，分光镜2为半透半反的分光镜，入射的准直光束1经过分 光镜2后一半透射入被前光学传感器3接收，另一半被反射。

其中，第一反射镜4、第二反射镜5和第三反射镜6均设于机架9内， 第一反射镜4设于分光镜2的反射光路范围内，并与分光镜2平行设置， 经过第一反射镜4反射后的光与准直光束1平行；第二反射镜5设于第一 反射镜4的反射光路范围内，并与第一反射镜4垂直设置，经过第二反射 镜5反射后的光与准直光束1垂直；第三反射镜6设于第二反射镜5的反射光路范围内，并于第二反射镜5垂直设置，经过第三反射镜6反射后的 光与准直光束1平行；进一步地，第三反射镜6设于前光学传感器3和后 光学传感器7之间，以使得分别经过第一反射镜4、第二反射镜5和第三反 射镜6反射后的光线与准直光束1平行并入射到后光学传感器7内被其接 收。

前光学传感器3和后光学传感器7均与计算处理单元10电气连接，前 光学传感器3和后光学传感器7探测到准直光束1及其截面光斑中心，从 而获得前后双目的位置姿态光学测量结构相对准直光束及其截面积光斑中 心的二维位置。具体的，根据准直光束位于前光学传感器3和后光学传感 器7处的截面光斑中心，可以确定准直光束的轴线，计算处理单元10根据 前光学传感器3和后光学传感器7反馈的自身对准准直光束1的相对位置， 可以获得前后双目位置姿态光学测量结构对准光束及其轴线的二维偏向， 实现被测对象位置和倾角姿态的四自由度的测量即倾角姿态，倾角姿态为 两个光学传感器探测获得相对位置的差值/两个光学传感器的光学行程间 距，也就实现了前后双目的姿态光学测量，即窄长空间中对空间直线基准 的两个方向的相对倾角。

图2为本发明光学器件具体采用的组合偏振分光棱镜的光路示意图。 如图2所示，分光镜2和第一反射镜4组成左侧组合偏振分光镜，第二反 射镜5和第三反射镜6组成右侧组合偏振分光镜；分光镜2和第一反射镜4 采用光学零件连接，第二反射镜5和第三反射镜6同样采用光学零件连接。

作为优选，分光镜2、第一反射镜4、第二反射镜5和第三反射镜6均 为偏振的直角立方棱镜。

如图1所示，倾角传感器8设于机架9的尾部，且倾角传感器8的测 量轴线与前光学传感器3和后光学传感器7的光敏面垂直，用于实时测量 前后双目的位置姿态光学测量结构绕自身轴线的旋转角度，倾角传感器8 与计算处理单元10电气连接；前后双目的位置姿态光学测量结构在测量过 程中可能产生一个滚角，即绕自身轴线的旋转角度，其会对位置姿态的测 量产生影响。倾角传感器8用于实现对滚角的测量及进行滚角误差的实时 修正。

图3为本发明前后双目的位置姿态光学测量结构的俯仰角、摆角和滚 角的示意图。图4为本发明前后双目的位置姿态光学测量结构的位置姿态 参量定义示意图。如图3和图4所示，其中β、α、分别为光学测量结构的 俯仰角、摆角和滚角，本实施例定义了两个的笛卡尔坐标系，包括测量坐 标系和光学测量结构坐标系，其中测量坐标系为以准直光束为空间直线基 准的坐标系，并用下标c表示；光学测量结构坐标系以前后双目的位置姿 态光学测量结构轴线为Z轴建立的坐标系，并用下标wz表示。其中，OcZc 轴表示准直光束，O₁点表示图1中光学传感器3光敏面中心，O₂表示前后双 目的位置姿态光学测量结构的轴线与图1中光学传感器7光敏面的交点。 A1、A2点表示准直光束轴线与光学传感器3、7光敏面的交点。

进一步地，本发明实例中的前后双目的位置姿态光学测量结构轴线的 “0”位与准直光束及其轴线共光轴时，光学传感器正轴直接成像，位置姿 态的光学测量范围相对结构轴线的“0”位设置，成像质量高，以光学传感 器直接作为尺寸标尺，提高了测量精度和可靠性。

前光学传感器3和后光学传感器7的坐标分别为(x¹,y¹)、(x²,y²)，倾角 传感器8获得前后双目的位置姿态光学测量结构在测量过程中绕自身轴线 发生的旋转角即滚角利用公式对(x¹,y¹)、 (x²,y²)进行滚角的影响误差修正，得到修正后的坐标(x^1',y^1')、(x^2',y^2')。

采用常规的图像处理中的坐标变换方法得到前、后无衍射光图像中心 在前后双目的位置姿态光学测量结构坐标系中的坐标，即A₁、A₂在前后双 目的位置姿态光学测量结构坐标系中的坐标其中 为两个光学传感器的光学行程间距。通过公式和公 式计算前后双目的位置姿态光学测量结构的摆角和俯仰 角。

在具体测量过程中由于被测对象位置姿态的变化，前后双目的位置姿 态光学测量结构的位置姿态也会随之变化，因此光学传感器在检测图像时 其光敏面可能与准直光束不垂直从而存在余弦误差，通过公式 可以修正可能存在的余弦误差，修正之后的坐标为

即为前后双目的位置姿态光学测量结构在测量坐标系 中的五自由度的位置姿态。将被测对象每个测量对象的位置和姿态统一到 测量坐标系中，即可对被测对象的直线度等相关参数进行评估。

另外，倾角仪的读数本质上不是体现测量空间姿态的参量，将测量旋 转至其轴线与无衍射光平行后，即消除α与β的影响后得到的才是体现 测量空间姿态的另一个角度参量——滚角。但由于在实际测量过程中，α 与β很小，对滚角的影响误差可忽略不计，因此可将倾角仪的读数作为滚 角。

一种前后双目的位置姿态光学测量方法，步骤如下：

S1定义前后双目的位置姿态光学测量结构的轴线和空间直线基准，

具体地将垂直于前光学传感器的光敏平面且过其中心的直线定义为光 学测量结构的轴线，将准直光速及其轴线定义为空间直线基准；

S2将前后双目的位置姿态光学测量结构放置于被测对象中，其机架9 的外廓直接接触被测对象，以体现被测对象相对空间直线基准的位置姿态；

S3前光学传感器3和后光学传感器7接收光信息，并将探测结果传输 给计算处理单元10；

具体地，前光学传感器3和后光学传感器7分别探测到准直光束1及 其光敏面所在截面的准直光束光斑中心，从而获得前后双目的位置姿态光 学测量结构与空间直线基准两个方向的相对位置。

S4计算处理单元10通过计算得出前后双目的位置姿态光学测量结构在 测量坐标系中的五自由度的位置姿态，即将每个被测量对象的位置和姿态 统一到坐标系中，并对被测对象的直线度等相关参数进行评估。

S41定义测量坐标系：基于以准直光束为空间直线基准的坐标系，并用 下标c表示；定义前后双目的位置姿态光学测量结构坐标系：以前后双目 的位置姿态光学测量结构轴线为Z轴建立的坐标系，并用下标wz表示，前 光学传感器3和后光学传感器7的坐标分别为(x¹,y¹)、(x²,y²)，前光学传感 器3和后光学传感器7在位置姿态光学测量结构坐标系中的坐标 为两个光学传感器的光学行程间距，倾角传感器8获得前后双目的位置姿态光学测量结构在测量过程中绕自身轴 线发生的旋转角即滚角为

S42计算被测对象对空间直线基准两个方向的相对倾角；

将和带入到公式和公 式得到α与β；其中，α和β分别为光学测量结构的俯仰 角和摆角，俯仰角和摆角为前后双目的位子姿态光学测量结构与空间直线 基准的两个方向的夹角，该夹角即相对倾角，光学测量结构与空间直线基 准的相对倾角α与β即为被测对象与空间直线基准的相对倾角；

S43计算得到被测对象与空间直线基准两个方向的相对位置；

计算处理单元10计算并修正滚角误差和余弦误差，得到修正后的前后 双目的位置姿态光学测量结构与空间直线基准两个方向的相对位置，将 (x¹,y¹)、(x²,y²)和带入公式中修正滚角误差，得 到修正后的坐标(x^1',y^1')、(x^2',y^2')；

将α和β带入到公式中修正余弦误差，得到修正之后的坐标

即为前后双目的位置姿态光学测量结构在测量坐标系 中的五自由度的位置姿态。将被测对象每个测量对象的位置和姿态统一到 测量坐标系中，即可对被测对象的直线度等相关参数进行评估。

其中，修正后的前后双目的位置姿态光学测量结构与空间直线基准两 个方向的相对位置即为被测对象与空间直线基准两个方向的相对位置。

作为进一步优选的，在标定两光学传感器光敏面实际距离时，可先卸 掉前光学传感器，准直光束经由分光镜分光后的透射光可直接入射后光学 传感器，检测出透射光和反射光在后面光学传感器上的位置差别，确定前 后两光学传感器之间的各类定位误差。

进一步地，前光学传感器3和后光学传感器7中的所有光敏元件均在 同一时间曝光，并且一次性输出，实现前光学传感器3和后光学传感器7 的同步取像。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种前后双目的位置姿态光学测量结构，用于检测窄长孔状的位置姿态信息，包括准直光束(1)，其特征在于，还包括计算处理单元(10)和设于被测对象内的机架(9)；

所述机架(9)内沿所述准直光束(1)入射方向设有与所述计算处理单元(10)电气连接且光敏面相互平行的前光学传感器(3)和后光学传感器(7)；

所述机架(9)内还设有位于所述准直光束(1)入射端和所述前光学传感器(3)之间的分光镜(2)、位于所述分光镜(2)反射光路范围内并与所述分光镜(2)平行的第一反光镜(4)、位于所述第一反光镜(4)的反射光路范围内并与所述第一反光镜(4)垂直的第二反光镜(5)和位于所述第二反光镜(5)的反射光路范围内并与所述第二反光镜(5)平行的介于所述前光学传感器和后光学传感器(7)之间的第三反光镜(6)，且所述前光学传感器(3)和后光学传感器(7)的光敏面与被测对象的轴线垂直，以通过前光学传感器(3)和后光学传感器(7)拍摄到自身相对准直光束及其截面光斑中心的位置偏差计算出出被测对象的位置姿态信息。

2.根据权利要求1所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构，其特征在于，所述机架(9)的尾部设有倾角传感器(8)，且所述倾角传感器(8)的测量轴线与所述前光学传感器(3)的光敏面垂直。

3.根据权利要求2所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构，其特征在于，所述倾角传感器(8)与所述计算处理单元(10)电气连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构，其特征在于，所述分光镜(2)为半透半反的分光镜。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构，其特征在于，所述分光镜(2)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)和第三反射镜(6)均为偏振的直角立方棱镜。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构，其特征在于，所述准直光束(1)的横截面为圆形，且成中心对称光学分布。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构，其特征在于，所述前光学传感器(3)和所述后光学传感器(7)的光路设计光轴在一个平面内。

8.一种前后双目的位置姿态光学测量方法，应如权利要求1～7中任一项所述的一种前后双目的位置姿态光学测量结构实现，包括如下步骤：

S1定义前后双目的位置姿态光学测量结构的轴线和空间直线基准，

具体地将垂直于前光学传感器的光敏平面且过其中心的直线定义为光学测量结构的轴线，将准直光束及其轴线定义为空间直线基准；

S2将前后双目的位置姿态光学测量结构放置于被测对象中，所述机架(9)的外廓直接接触被测对象；

S3使用所述前光学传感器(3)和所述后光学传感器(7)接收所述准直光束(1)透射和反射光信息，并将探测结果传输给所述计算处理单元(10)；

S4通过所述计算处理单元(10)计算出前后双目的位置姿态光学测量结构在测量坐标系中的五自由度的位置姿态，即将每个被测量对象的位置和姿态统一到同一个空间直角坐标系中，从而获得前后双目的位置姿态光学测量结构与空间直线基准两个方向的相对位置与姿态信息。

9.根据权利要求8所述的一种前后双目的位置姿态光学测量方法，其特征在于，步骤S4包括如下步骤：

S41定义测量坐标系：基于以准直光束为空间直线基准的坐标系，并用下标c表示；定义前后双目的位置姿态光学测量结构坐标系：以前后双目的位置姿态光学测量结构轴线为Z轴建立的坐标系，并用下标wz表示，所述前光学传感器(3)和后光学传感器(7)的坐标分别为(x¹,y¹)、(x²,y²)，在位置姿态光学测量结构坐标系中的坐标其中，为两个光学传感器的光学行程间距，所述倾角传感器(8)测得滚角

S42计算被测对象对空间直线基准两个方向的相对倾角；

将和带入到公式和公式得到α与β；其中，α和β分别为光学测量结构的俯仰角和摆角；

S43计算得到被测对象与空间直线基准两个方向的相对位置；

通过所述计算处理单元(10)计算并修正滚角误差和余弦误差，得到修正后的前后双目的位置姿态光学测量结构与空间直线基准两个方向的相对位置，将(x¹,y¹)、(x²,y²)和带入公式中修正滚角误差，得到修正后的坐标(x^1',y^1')、(x^2',y^2')；

将α和β带入到公式中修正余弦误差，得到修正之后的坐标

即为前后双目的位置姿态光学测量结构及被测对象在测量坐标系中的五自由度的位置姿态。

10.根据权利要求8所述的一种前后双目的位置姿态光学测量方法，其特征在于，所述前光学传感器(3)和所述后光学传感器(7)中所有光敏元件均在同一时间曝光，并且一次性输出，同步取像。