CN203375945U - 一种基于特征识别的激光三维测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于特征识别的激光三维测量装置，包括激光传感器、机械手台架和控制系统，三者依次相连，所述的激光传感器用于获得被测工件距离，并将其转换成数据信息然后记录保存；机械手台架用于放置被测工件；控制系统用于对所述数据信息进行处理。该装置能够通过待测工件的特征点来确定工件的位置，进而获取工件的三维信息。

Description

一种基于特征识别的激光三维测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种三维测量装置，其具体涉及一种基于特征识别的激光三维测量装置。 

背景技术

现有三维测量装置,多采用接触式的三座标仪,这种接触式的三座标仪,操作复杂,对特征点的寻找往往需要人工手工操作和判断,无形的降低了测量精度。激光三座标仪的出现虽然解决了人工操作误差的问题,但是由于被测量特征点或者基准点是人工来判断的,容易产生较大误差。而且如果被测量工件位置发生变化,就需要人工再次介入,寻找特征点或者基准点。激光三坐标仪采用的是点激光来代替传统三座标的接触点,但与传统三座标一样同时只能测量空间上的一个点。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种基于特征识别的激光三维测量装置，不依赖被测工件的摆放位置，可以根据待测工件的特征点来获取工件的三维信息，降低了测量误差，提高了测量精度，进而提高了装置的可用性。 

为了达到上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案： 

本实用新型提供一种基于特征识别的激光三维测量装置，包括激光传感器、机械手台架和控制系统，三者依次相连，所述的激光传感器用于获得被测工件距离，并将其转换成数据信息然后记录保存；机械手台架用于放置被测工件；控制系统用于对所述数据信息进行处理。 

作为上述方案的优选，所述的激光传感器为线型激光传感器。 

作为上述方案的优选，所述的机械手台架的下方设有可拆卸的工件夹持工装，用于夹持被测工件。 

作为上述方案的优选，所述的机械手台架与激光传感器通过连接件相连。 

本实用新型提供的技术方案与现有技术相比具有以下优点：不依赖被测工件的摆放位置，可以根据工件的特征点进行识别后获得三维测量信息，提高了产品使用的灵活性；同时本装置减少了测量误差，提高了测量精度。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本实用新型实施例的结构框图； 

图2为本实用新型实施例的装置连接关系图； 

图3为本实用新型实施例的测量流程图； 

图4为本实用新型实施例的激光传感器的单点测量原理图； 

图5为本实用新型实施例的激光传感器的多点测量原理图。 

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

如图1、2所示，本实用新型提供一种基于特征识别的激光三维测量装置，包括激光传感器1、机械手台架2和控制器3，三者依次相连，所述的激光传感 器1用于获得被测工件距离，并将其转换成数据信息然后记录保存；机械手台架2用于放置被测工件，所述的机械手台架的下方设有可拆卸的工件夹持工装，用于夹持被测工件，优选地，所述的机械手台架2为XY机械手台架；控制系统3用于对所述数据信息进行处理；所述激光传感器1与所述XY机械手台架2通过连接件连接。 

图2示出了一种基于特征识别的激光三维测量装置的各部件连接关系图，所述的控制系统3包含控制器31与个人电脑32，控制器31用来进行数据处理，个人电脑32起显示与操作功能；所述的机械手台架2为双轴机器人；所述的激光传感器1为线形激光传感器；激光传感器1、双轴机器人2与控制器31相连，激光传感器1通过连接件与双轴机器人2相连接，控制器31与个人电脑32相连。 

图3显示了本实用新型提供的一种基于特征识别的激光三维测量装置的测量流程，按照工件的属性在控制系统选择相应的测量程序，按照相应的测量程序的测量要求装夹被测零件，装夹好后启动测量程序，程序自动检测装夹是否正确，若正确，则自动测量流程开始进行，激光传感器标定被测零件的坐标，按照选定的程序在测量位置逐一测量，其他位置快速空程，激光传感器将获得的测量数据处理后发给控制系统进行处理计算，最后由控制系统输出测量结果与报告，测量结束；若装夹错误，控制系统预选的程序提示装夹错误，返回上一程序对零件重新装夹。 

本实用新型提供的一种基于特征识别的激光三维测量装置，激光传感器获得被测工件距离后转换成系统Z轴数据，Z轴的测量范围为200±48mm，Z轴重复定位精度1μm；采用线型激光传感器，可以同时对工件上X轴63mm直线范围内的800个点同时进行测量,并转换成系统X轴数据分析并且记录，X轴同时测量范围62mm，重复定位精度20μm；机械手台架可根据实际需求定制，激光传感器可以跟随XY机械手移动，由机械手平台重复定位精度保证X轴分时测量以及Y轴的测量精度，1米有效行程的XY机械手平台测量精度为重复定位精度20μm。 

本实用新型提供的一种基于特征识别的激光三维测量装置采用的是多点测量原理，多点测量在单点测量的基础上发展起来，单点测量的原理如图4所示，其中， 

d:激光传感器中心与被测点之间的距离 

β:激光传感器夹角 

s:激光传感器中心与成像芯片中心点距离 

f:摄像头的焦距 

q=fs/x                       ....(1) 

d=q/sinβ                    ....(2) 

x=PixelSize*px+offset        ....(3) 

式（1）中的X为需测量的待测物体上激光光点在摄像头感光元件(如CMOS)上的成像到一侧边缘的距离；式（2）中的q指待测物体上激光光点到激光传感器与摄像头焦点平面的距离；式(3)中，PX代表采集到的图像中被测点距离图线一侧边缘的像素值，还引入了两个参数，PixelSize以及offset，其中PixelSize是摄像头感光部件上单个像素感光单元的尺寸，offset是通过像素点计算的投影距离和实际投影距离x的偏差量。 

d=fs/(PixelSize*px+offset)/sinβ      ....(4) 

式（4）示出了影响单点激光测距性能的因素。 

如果将式(1)改写为x=fs/q并按q进行求导，可以得出：dx/dq=-fs/(q^2)， 

dq/dx=-q^2/fs             ....(5) 

式(5)的含义是，变量x每发生一次跳变，通过我们三角测距公式求出的距离值q跳变大小与当前实际待测距离的关系。可以看出，当待测距离变远后，从摄像头获得的像素点每移动一个单位距离，求出的距离值得跳变会大幅增大。也就是说：三角测距的精度和分辨率均随着距离增加而变差。 

dq/dx是分辨率，q是要测量的最大距离，假设对于激光光点定位能做到0.1个次像素单位，单位像素尺寸为6um。并要求在6m处分辨率(dq/dx)<=30mm。则要求：fs>=700。 

多点测量在单点测量的基础上发展起来，图5为多点测量的原理，图中的P1点位于摄像头投影画面高度的中点，按照针孔摄像机的定义，该点在画面上的投影P1'距离摄像头中心Camera Center的距离应当为摄像头的焦距F。因此，对于P1，可以直接带入式(4)求出实际距离。 

如图5所示，设P2的投影点P2'到摄像头中心距离为f'，则P2到基准线baseline垂线距离d'可由如下公式得到: 

d'=f'baseline/x                       ....(6) 

而很容易知道，f'可以通过f求出： 

f'=f/cos(arctan((P2'.y-P1'.y)/f))     ....(7) 

其中的P2'、y以及P1'。y分别是点P2',P1'在成像元件上的实际高度，他们可由各自点像素坐标pY乘以像素高度求出。 

在求出了垂线距离d'后，需要转化成实际的距离D，此时需要知道P2到旋转中心RotationCenter以及基准线Baseline组成的夹角theta。该角度可以由立体几何知识通过激光传感器与基准线Baseline的夹角β求出。 

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 

Claims (4)

1.一种基于特征识别的激光三维测量装置，其特征在于，包括激光传感器、机械手台架和控制系统，三者依次相连，所述的激光传感器用于获得被测工件距离，并将其转换成数据信息然后记录保存；机械手台架用于放置被测工件；控制系统用于对所述数据信息进行处理。

2.根据权利要求1所述的基于特征识别的激光三维测量装置，其特征在于，所述的激光传感器为线型激光传感器。

3.根据权利要求1所述的基于特征识别的激光三维测量装置，其特征在于，所述的机械手台架的下方设有可拆卸的工件夹持工装，用于夹持被测工件。

4.根据权利要求1所述的基于特征识别的激光三维测量装置，其特征在于，所述的机械手台架与激光传感器通过连接件相连。

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