CN202420434U

CN202420434U - 一种高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置

Info

Publication number: CN202420434U
Application number: CN2012200523000U
Authority: CN
Inventors: 黄桂平; 范亚兵; 陈铮; 马开锋; 胡青峰; 孟俊贞
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-17

Abstract

本实用新型涉及高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，能够实现对车间内正在铸造的高温锻件的现场、动态及各个断面测量，解决现有技术适用性差，测量精确度低的问题，其结构是，平面标定板的板体上部中间有标定板把手，标定板体上交错分布有编码志点和反光标志点；摄影光源装置的光源底座为3个，每个光源底座中心装有相机，相机周边在光源底座上有与相机相连的光源系统，光源控制器经信号线分别接三个光源底座上的相机，光源控制器接光源系统，光源控制器上装有电源线和开关，本实用新型结构简单，操作方便，测量速度快，精度高，能够实现非接触、远近距离的测量，同时实时获得在位高温锻件三维模型，满足高温锻件热态在位测量的要求。

Description

一种高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置

技术领域

本实用新型涉及一种高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置。

背景技术

目前，针对高温锻件热态在位检测技术是一个难点，针对此问题，工作者开发出多种检测系统，但不能满足实际需要。如三维重构系统中双相机标定方法发明专利公开号为（CN1851752A），提出的双相机标定装置，比较完整的标定了两个相机的内外方位元素。然而该标定装置在利用标定板进行标定时依赖周围环境强度，没有考虑标定光源问题，无法适合车间环境强度复杂的工厂实际应用，现场普遍适用性较差。测量系统中的摄像机现场标定方法发明专利公开号为（CA101876532A），提出的双相机标定装置，将靶标投影在厂房内一个比较光洁的平面上，来标定相机的内参数，将外参数靶标投影在锻压机立柱上，用两台经纬仪测量特征点的实际距离，来标定两个相机的外参数。但是锻件铸造车间现场环境复杂多变，每次并不能都选择合适的光洁平面和恰当的立柱，不适应在大场景、铸造车间环境复杂的场合使用。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型的目的就是提供一种高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，能够实现对车间内正在铸造的高温锻件的现场测量、动态测量及各个断面测量，有效解决现有技术适用性差，测量精确度低，不能满足实际测量需求的问题。

本实用新型的技术方案是，包括平面标定板和摄影光源装置，所述的平面标定板包括板体，板体上部中间有标定板把手，标定板体上交错分布有编码志点和反光标志点；所述的摄影光源装置包括光源底座、光源和光源控制器，光源底座为3个，每个光源底座中心装有相机，相机周边在光源底座上均布有与相机相连的光源系统，光源控制器经三根触发信号线分别接三个光源底座上的相机，光源控制器经三根光源电源线分别接光源系统，光源控制器上装有接光源控制器的电源线，光源控制器装有与电源相连的电源开关。

本实用新型结构简单，操作方便，测量速度快，精度高，能够实现非接触、远近距离的测量，同时实时获得在位的高温锻件三维模型，实时指导锻件的实际生产过程，可以很好满足高温锻件热态在位尺寸测量的要求。

附图说明

附图1为本实用新型二维平面标定板结构示意图。

附图2为本实用新型摄影LED光源结构图。

附图3为本实用新型摄影光源装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的技术方案作进一步的具体描述。

由图1-3所示，本实用新型包括平面标定板和摄影光源装置，所述的平面标定板包括板体，板体1上部中间有标定板把手4，标定板体1上交错分布有编码志点3和反光标志点2；所述的摄影光源装置包括光源底座5、光源12和光源控制器7，光源底座为3个，每个光源底座中心装有相机6，相机周边在光源底座5上均布有与相机相连的光源系统12，光源控制器7经三根触发信号线9a、9b、9c分别接三个光源底座上的相机6a、6b、6c，光源控制器7经三根光源电源线10a、10b、10c分别接光源系统12, 光源控制器7上装有接光源控制器的电源线11，光源控制器装有与电源相连的电源开关8。

所述的光源底座5包括第一光源底座5a、第二光源底座5b、第三光源底座5c组成。

所述的标定点为42个，编码标定点为9个。

所述的光源系统12为LED光源，至少有6个，均布在相机周边和圆形底座上。

本实用新型所述的二维平面标定板，是碳纤维材质，尺寸为600mm×600mm×5mm，上面粘贴42个标志点、9个编码标志点，这51个点位的相对位置即每个点的三维坐标已经确定，标定板顶端有一个把手。所述的标志点和编码标志点，是采用定向回光反射材料制成直径为6mm的回光反射标志，编码标志点采用点状分布型编码标志。成像图像中，标志点的图像与背景的亮度对比明显，产生“准二值影像”，经过图像处理获得高精度标志点像点坐标，编码标志点图像在图像处理中能够自动识别。该二维标定板重1.5kg，51个点位的分布设计合理，三维坐标精度高，保证每张图片有四个以上的编码标志点清晰成像，满足高温锻件结构光摄影测量系统现场标定的要求。该二维标定板上方有一个把手，手握把手，在现场标定过程中可以方便进行旋转、平移等操作，拍摄多组标定图像，简单实用。该二维标定板采用碳纤维材料制作，重量轻，结构强度高，不变形，尤其是不受温度变化而发生变形，可以很好地适应高温锻件现场的温度环境。

用于高温锻件结构光摄影测量的三个光源，安装在三个圆盘状光源底座上，每个光源上环形均匀布置有六支LED光源系统，该光源系统由光源控制器控制，在三个光源底座中心部位各安装一个相机。

LED光源满足亮度可调节、工作温度低、实现均衡、无闪烁、无阴影摄像功能，使用方便，能够满足非接触、远近距离，不同光强条件的高温锻件热态在位检测的要求。采用环形均匀排列6支大功率LED，在和相机同步工作拍摄二维标定板时保证在微秒级的曝光时间内采集到清晰的二维标定板图像。LED是半导体发光器件，将微量的电流几乎全部转化成可见光能，光效可以达到50～210流明/瓦，光谱窄。该摄影光源节能效率高，具有工作电压低、电流小、亮度高的特性。在相同照明效果质量下，该摄影LED光源比传统光源节能80%～90%。

该摄影光源使用周期较长，LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击，LED寿命在10万小时以上，维护费用低，经济实惠。该摄影光源安全性高，由于使用低电压驱动, 发光稳定，无污染，无频闪问题。该摄影光源触发响应快，选择频闪模式可以和相机配合使用，LED发光管响应时间短，可以保证多个光源之间或一个光源不同区域之间的工作切换。采用电源给LED光源供电时，达到最大亮度的时间几个微秒，效率高。LED光源系统的亮度调整通过电压方式在0和40W之间自由调节，满足高温锻件铸造车间现场周围环境复杂的需求。

本实用新型中，设计的光源系统模式有频闪和长亮两种工作模式，当选择频闪工作模式时，每个光源和所相应的相机可以收到同一触发信号，通过软件操作同步触发，保证光源闪光灯曝光和相机拍摄同步。

本实用新型的工作情况是：

1、将三个摄影光源1分别安装在三个相机2上，同时连接三个摄影光源的电源线3，保证每个摄影光源工作时有稳定的电压，每个摄影光源1上环形均匀布置有六支LED光源系统4；

2、将光源控制器5的触发信号线6与光源控制器5和三个相机2相连，保证工作时相机和光源同步触发；

3、连接光源控制器的电源线7；

4、高温锻件结构光摄影测量时，将光源控制器设置为频闪模式；

5、打开光源控制器5的电源开关8；

6、将二维标定板固定在或人工托举在高温锻件结构光摄影测量系统前方4-8米处，利用安装好的摄影光源1和固定好的二维平面标定板开始进行现场标定工作；

7、启动高温锻件结构光摄影测量系统现场标定软件，每次三个相机同步拍摄三张相片；

8、对三张图片进行图像处理，利用标定算法，标定出三个相机的外部参数；

9、重复步骤7、步骤8，多次拍摄，平差标定出三个相机外部参数的最优值，从而进行高温锻件热态在位检测的现场测量工作；

10、标定结束后，切断电源并拔掉电源线7和触发信号线6。

本装置结构设计合理，LED光源满足亮度可调节、工作温度低、实现均衡、无闪烁、无阴影摄像功能，标定板采用碳纤维材质，受周围环境温度影响小，高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置操作方便，高温锻件在位检测现场适应性较强。

Claims

1.一种高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，包括平面标定板和摄影光源装置，其特征在于，所述的平面标定板包括板体，板体（1）上部中间有标定板把手（4），标定板体（1）上交错分布有编码志点（3）和反光标志点（2）；所述的摄影光源装置包括光源底座（5）、光源（12）和光源控制器（7），光源底座为3个，每个光源底座中心装有相机（6），相机周边在光源底座（5）上均布有与相机相连的光源系统（12），光源控制器（7）经三根触发信号线（9a、9b、9c）分别接三个光源底座上的相机（6a、6b、6c），光源控制器（7）经三根光源电源线（10a、10b、10c）分别接光源系统（12）, 光源控制器（7）上装有接光源控制器的电源线（11），光源控制器装有与电源相连的电源开关（8）。

2.根据权利要求1所述的高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，其特征在于，所述的光源底座（5）包括第一光源底座（5a）、第二光源底座（5b）、第三光源底座（5c）组成。

3.根据权利要求1所述的高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，其特征在于，所述的反光标志点（2）为42个。

4.根据权利要求1所述的高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，其特征在于，所述的编码标志点（3）为9个。

5.根据权利要求1所述的高温锻件结构光摄影测量系统的现场标定装置，其特征在于，所述的光源系统（12）为LED光源，至少有6个，均布在相机周边的圆形底座上。