CN109506562A - 一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，激光发射装置投射激光至测量对象，在测量对象的表面形成多条光条纹，视觉模块分别对多线结构光进行采集成像，得到二维图像，传输模块将二维图像送至数据处理模块，数据处理模块进行提取、细化后，根据标定的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及视觉模块与投射模块的相对位置关系，进行三维重建得到光条纹各个空间点的三维坐标，计算测量对象中各个要素的形位关系，计算并输出测量对象的锁定深度。

Description

一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置

技术领域

本发明涉及双目视觉测量装置，具体涉及一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，一种用于衡量太阳翼能否在轨可靠锁定的关键指标之一的地面测量，属于太阳翼机构精密装配技术领域。

背景技术

为模拟空间环境，提高太阳翼地面装配性能与在轨的等效性，太阳翼通常需在地面微重力条件下进行装配及展开试验。太阳翼展开试验关键性能参数是衡量太阳翼技术状态的最主要参考依据，这些参数测量的准确性和有效性是决定太阳翼最终技术指标是否满足要求的基本条件。作为其中一项重要参数，锁定深度是衡量太阳翼能否在轨可靠锁定的关键指标。

目前，锁定深度采用游标卡尺直接测量，由于太阳翼尺寸大，在展开后刚性较弱，这种接触式测量方式，会使太阳翼发生微小晃动，不仅影响测量的准确性，而且还可能破坏太阳翼的真实锁定状态；其次在测试时，由于锁定柱直径小，而游标卡尺测量为点接触，每次很难测在同一个点，导致每次的测量结果都不完全相同，误差较大；同时，由于基准面较小，游标卡尺无法准确沿垂直于基准面的方向实施测量，也会带来误差；此外，太阳翼铰链分上、下铰链，测量上部的铰链时，需检验人员在升降车上来回移动，长时间高空作业，存在测量工具滑落、磕碰太阳翼的安全隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，该装置实现锁定深度非接触测量，可避免测力对太阳翼稳定性和测量准解性的破环，同时通过优化双目视觉测量系统结构设计、多线结构光投射设计、优化条纹中心线坐标提取算法和自动数据处理软件编制，还能有效的提高测量精度和测量效率。该装置集成了线结构激光器、两个相机构成的双目视觉测量系统、航空插头配合双绞屏蔽线缆连接传输、上位机端数据处理软件等模块，对提高太阳翼展开锁定深度检测能力具有重要意义。

本发明的技术解决方案是：一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，包括投射模块、第一视觉模块、第二视觉模块、连接机构、传输模块、数据处理模块，其中：

第一视觉模块、第二视觉模块位于连接机构上，相对于投射模块对称分布，第一视觉模块、第二视觉模块视觉焦点均在多线结构光、测量对象的表面中心位置，标定得到第一视觉模块、第二视觉模块的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块的相对位置关系；

激光发射装置投射激光至测量对象，在测量对象的表面形成多条光条纹，第一视觉模块、第二视觉模块分别对多线结构光进行采集成像，得到第一二维图像、第二二维图像，传输模块将第一二维图像、第二二维图像送至数据处理模块，数据处理模块对第一二维图像、第二二维图像进行提取、细化后，根据标定的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块的相对位置关系，进行三维重建得到光条纹各个空间点的三维坐标，计算测量对象中各个要素的形位关系，计算并输出测量对象的锁定深度。

所述的一条光条纹可以反应测量对象表面的二维起伏。

所述的CCD相机选型包括分辨率、像元尺寸、镜头焦距。

所述的第一二维图像、第二二维图像分别包括视觉模块试场中多线结构光的各个光条纹图像。

一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量方法，包括如下步骤：

(1)将第一视觉模块、第二视觉模块放置于连接机构上，相对于投射模块对称分布，第一视觉模块、第二视觉模块视觉焦点均在多线结构光、测量对象的表面中心位置，标定得到第一视觉模块、第二视觉模块的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块的相对位置关系；

(2)控制激光发射装置投射激光至测量对象，在测量对象的表面形成多条光条纹，第一视觉模块、第二视觉模块分别对多线结构光进行采集成像，得到第一二维图像、第二二维图像，将第一二维图像、第二二维图像送至数据处理模块；

(3)对第一二维图像、第二二维图像进行提取、细化后，根据标定的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块的相对位置关系，进行三维重建得到光条纹各个空间点的三维坐标，计算测量对象中各个要素的形位关系，计算并输出测量对象的锁定深度。，

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用视觉测量方式，实现非接触测量，避免了锁定深度测量时对展开状态的干扰，克服了接触测量时太阳翼不稳定导致的精度下降问题；

(2)本发明针对性的投射方式设计和图像处理算法相对于其它视觉测量方案，提高了对锁定柱和基准面的采集准确度，很好的保证了测量精度；

(3)本发明对视觉模块、投射模块、连接机构和数据处理模块的优化设计保证了装置重量轻、结构小巧、精度高的特点，确保了在锁定深度过程中最佳的操控性和准确性，同时实现了“对准-单张拍摄完成采样-自动计算得到结果”的快速测量。

附图说明

图1为本发明的装置的结构示意图；

图2为本发明的装置的测量流程图。

具体实施方式

本发明是一种用于太阳翼展开锁定深度检测的一体化装置，该装置包括投射模块(3)、视觉模块(4)、连接机构(5)、传输模块(6)和数据处理模块(7)。

激光发射装置(3)投射多线结构光(2)至测量对象(1)，在测量对象(1)的表面形成多条光条纹，其中，一条光条纹可以反应测量对象(1)表面的二维起伏。

第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)位于连接机构(5)上，相对于投射模块(3)对称分布，第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)视觉焦点均在多线结构光(2)、测量对象(1)的表面中心位置。

然后利用已知空间位置的标定得到第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)的视觉模块(4)的CCD相机选型(分辨率、像元尺寸、镜头焦距)、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)分别与投射模块(3)的相对位置关系。

第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)分别对多线结构光(2)进行采集成像，对应得到第一二维图像、第二二维图像，其中，第一二维图像、第二二维图像分别包括视觉模块试场中多线结构光(2)的各个光条纹图像；

传输模块(6)将第一二维图像、第二二维图像送至数据处理模块(7)；

数据处理模块(7)对第一二维图像、第二二维图像进行提取、细化后，根据标定的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)分别与投射模块(3)的相对位置关系，进行三维重建得到光条纹各个空间点的三维坐标，

计算测量对象(1)中各个要素的形位关系，计算并输出测量对象(1)的锁定深度。

下面结合实施例对本发明进行解释和说明。

待测量的太阳翼铰链(即测量对象(1))锁定深度共有7处，6个板间铰链各有1处，下面3处离地面1米左右，上面3处离地面3米左右，上下2种铰链安装方式上下颠倒，相邻板间铰链安装方式前后颠倒，1个根部铰链有2处，安装方式互相颠倒。在分布范围大的同时，每个铰链又具有结构小、遮挡严重、测量时容易与太阳翼发生干涉的特点，锁定深度测量装置针对性的作了轻量化、小型化设计，包括视觉模块(4)的相机选型、参数设置等；连接机构(5)的相机间基线距离和光轴交角优化、相机和投射器位置关系优化、机构固定等；外壳(8)的单手握持把手设计等。该装置很好的适应了在高空作业时不适宜靠近或接触铰链的要求，并且较容易瞄准测量部位，实现了对各个铰链锁定深度快速准确的测量。

每个锁定深度的直接测量对象包括相应铰链上的一个经过发黑处理的小基准平面和一个表面反光较强的小圆柱体，二者有不同的形状和表面特性并且被复杂的机构包络，无法使用通用视觉测量设备开展测量。锁定深度测量装置采用激光发射装置(3)投射多线结构光(2)至测量对象(1)，最大程度克服了测量对象(1)体积小、形位关系复杂、表面质量不均和遮挡严重的问题，较好较准确地提取了测量对象(1)的几何特征。在数据处理模块(7)，软件通过采用利用低通平滑滤波算法进行预处，然后利用梯度中心法提取条纹中心亚像素坐标的算法，很好地克服了铰链视觉测量中具有独特特点噪声干扰、灰度不对称非正态分布和散斑效应等问题。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例如图1所示，一种用于太阳翼展开锁定深度检测的一体化装置，该装置包括投射模块(3)、视觉模块(4)、连接机构(5)、传输模块(6)和数据处理模块(7)。

投射模块(3)针对测量对象(1)的独特特点和测量难度，投射方案采用多线结构光，在测量对象(1)上形成能够以较佳效果反映其外形特征的条纹图案(2)。

多线激光发射器和两个相机的选型和参数设置、双目视觉测量系统的整体结构设计和激发发射器的固定方案，都针对铰链锁定深度测量特点作了专门优化，形成了作为锁定深度装置最关键部分的投射模块(3)、视觉模块(4)和连接机构(5)的整体设计方案。

以上两个方面实现图2框图中对测量对象采集的部分。

传输模块(6)和数据处理模块(7)用于传输和处理采样结果，实现图2框图中对测量对象采集结果的处理和最终锁定深度的快速计算。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，其特征在于包括投射模块(3)、第一视觉模块、第二视觉模块、连接机构(5)、传输模块(6、数据处理模块(7)，其中：

第一视觉模块、第二视觉模块位于连接机构(5)上，相对于投射模块(3)对称分布，第一视觉模块(4)、第二视觉模块(4)视觉焦点均在多线结构光、测量对象的表面中心位置，标定得到第一视觉模块、第二视觉模块的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块(3)的相对位置关系；

激光发射装置(3)投射激光至测量对象，在测量对象的表面形成多条光条纹，第一视觉模块、第二视觉模块分别对多线结构光进行采集成像，得到第一二维图像、第二二维图像，传输模块(6)将第一二维图像、第二二维图像送至数据处理模块(7)，数据处理模块(7)对第一二维图像、第二二维图像进行提取、细化后，根据标定的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块(3)的相对位置关系，进行三维重建得到光条纹各个空间点的三维坐标，计算测量对象中各个要素的形位关系，计算并输出测量对象的锁定深度。

2.根据权利要求1所述的一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，其特征在于：所述的一条光条纹可以反应测量对象表面的二维起伏。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，其特征在于：所述的CCD相机选型包括分辨率、像元尺寸、镜头焦距。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量装置，其特征在于：所述的第一二维图像、第二二维图像分别包括视觉模块试场中多线结构光的各个光条纹图像。

5.一种用于太阳翼展开锁定深度检测的双目视觉测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将第一视觉模块、第二视觉模块放置于连接机构上，相对于投射模块对称分布，第一视觉模块、第二视觉模块视觉焦点均在多线结构光、测量对象的表面中心位置，标定得到第一视觉模块、第二视觉模块的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块的相对位置关系；

(2)控制激光发射装置投射激光至测量对象，在测量对象的表面形成多条光条纹，第一视觉模块、第二视觉模块分别对多线结构光进行采集成像，得到第一二维图像、第二二维图像，将第一二维图像、第二二维图像送至数据处理模块；

(3)对第一二维图像、第二二维图像进行提取、细化后，根据标定的CCD相机选型、相机基线、测量距离、测量范围、像元分辨率、相机夹角，以及第一视觉模块、第二视觉模块分别与投射模块的相对位置关系，进行三维重建得到光条纹各个空间点的三维坐标，计算测量对象中各个要素的形位关系，计算并输出测量对象的锁定深度。