專利名稱：基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量方法及檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密測量裝置，特別涉及基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間(三維)坐標(biāo)自動跟蹤測量技術(shù)和裝置。具體講，本發(fā)明涉及基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量技術(shù)及裝置。
背景技術(shù)：
大尺寸空間坐標(biāo)測量原理和方法是大型設(shè)備制造中的核心技術(shù)，在大型超大型工件設(shè)備如飛機(航天器)機身、船舶殼體、機電能源設(shè)備、鐵路車輛等關(guān)系國民經(jīng)濟和國防安全的領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景。在國家新近發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，已將以大型(超大型)為主要內(nèi)容的極端制造技術(shù)，列入為先進制造領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)，予以重點研究。
傳統(tǒng)實現(xiàn)大尺寸空間坐標(biāo)測量主要有以下幾大類測量方案機器視覺多傳感器測量系統(tǒng)、經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)和單站及多站激光跟蹤測量系統(tǒng)等。機器視覺多傳感器測量系統(tǒng)由多組視覺傳感器組成，具有測量速度快、非接觸、能在惡劣的環(huán)境中使用等優(yōu)點，但其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸鏈接傳遞環(huán)節(jié)較多，傳感器安裝位置固定，測量不具備柔性，且其測量精度受到光照條件影響，因而精度控制較為困難；經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)是由兩臺經(jīng)緯儀，一個長度標(biāo)準(zhǔn)器與計算機聯(lián)機，構(gòu)成的大尺寸空間測量系統(tǒng)(經(jīng)緯儀測量系統(tǒng))，具有測量范圍大、非接觸及現(xiàn)場測量、精度高，可實現(xiàn)動態(tài)測量及全姿態(tài)測量的優(yōu)點，但此系統(tǒng)需人工瞄準(zhǔn)，不能自動識別、跟蹤測量多個目標(biāo)，不能實現(xiàn)測量自動化，因而具有測量速度慢，測量精度受到人為因素的影響，不具有較高的測量重復(fù)性；單站及多站激光跟蹤測量系統(tǒng)是基于激光干涉測距和基于類似經(jīng)緯儀的角度測量原理，其測長具有很高的精度，但其測角精度無法與其測長精度匹配，且存在不能自動識別、跟蹤目標(biāo)及斷光續(xù)接等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量方法及檢測裝置，該裝置具有測量速度快、非接觸、能在惡劣的環(huán)境中使用、較高的測量重復(fù)性特點，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量方法，借助于激光經(jīng)緯儀、帶十字靶心的基準(zhǔn)尺、可變焦攝像機、計算機實現(xiàn)，并進一步包括如下步驟a、進行兩臺經(jīng)緯儀之間的精確互瞄，互瞄完成后，在兩臺經(jīng)緯儀的公共視場內(nèi)放置帶十字靶心的基準(zhǔn)尺，通過測量基準(zhǔn)尺十字靶心，實現(xiàn)兩臺緯儀間的定向；b、同上一步驟，通過對任意兩臺經(jīng)緯儀間的定向，建立多經(jīng)緯儀間的交匯約束關(guān)系；c、打開經(jīng)緯儀激光電源，使經(jīng)緯儀激光光點大致在被測點臨近位置，打開可變焦攝像機，并將攝像機的焦距調(diào)至最小，使其視場最大，從而保證攝像機能拍攝到被測點及激光光點，通過計算機對攝像機拍攝的圖像進行處理，所得的信息反饋給經(jīng)緯儀控制機構(gòu)，調(diào)整經(jīng)緯儀激光器(視準(zhǔn)器)的位置，使激光光點逐漸接近被測點，同時，所得的信息也反饋給視覺控制機構(gòu)，使激光光點及被測點位于攝像機視場中心位置；d、通過逐漸增大攝像機的焦距，提高攝像機放大倍數(shù)，從而提高其分辨率和測量精度，進一步自動調(diào)整經(jīng)緯儀激光器的位置，使激光光點進一步接近被測點，當(dāng)攝像機焦距調(diào)整至最大時，經(jīng)緯儀通過可變焦攝像機的引導(dǎo)完成對被測點的自動識別及測量，由各經(jīng)緯儀間的交匯約束實現(xiàn)大尺寸內(nèi)空間坐標(biāo)的自動識別及精密測量。
基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量裝置，包括激光經(jīng)緯儀、帶十字靶心的基準(zhǔn)尺、可變焦攝像機、計算機，在每兩臺經(jīng)緯儀的公共視場內(nèi)放置有帶十字靶心的基準(zhǔn)尺，攝像機和計算機相連，計算機分別和經(jīng)緯儀控制機構(gòu)、視覺控制機構(gòu)相連。
本發(fā)明提供的可以帶來如下效果由于本發(fā)明引入自動視覺引導(dǎo)功能，降低了系統(tǒng)對人力的要求，消除了因人為因素帶來的誤差，最大程度利用了經(jīng)緯儀的測角精度，可實現(xiàn)多點自動搜索、識別、跟蹤和瞄準(zhǔn)，可提高測量速度，測量精度不再受到人為因素的影響，從而提高測量精度，實現(xiàn)測量完全自動化。


圖1為經(jīng)緯儀定向過程圖。圖2為自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量過程原理圖。
圖中，1左經(jīng)緯儀TL，2右經(jīng)緯儀TR，3基準(zhǔn)尺R，4左十字靶心OL，5右十字靶心OR，6可變焦攝像機C，7被測物M，8被測點物O。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明。
本發(fā)明一種全新的自動測量大尺寸空間坐標(biāo)的技術(shù)和裝置，其獨特之處在于引入自動視覺引導(dǎo)功能，降低了系統(tǒng)對人力的要求，消除了因人為因素帶來的誤差最大程度利用了經(jīng)緯儀的測角精度，可實現(xiàn)多點自動搜索、識別、跟蹤和瞄準(zhǔn)，可提高測量速度，測量精度不再受到人為因素的影響，從而提高測量精度，實現(xiàn)測量完全自動化。
如圖1所示，左經(jīng)緯儀TL和右經(jīng)緯儀TR進行精確互瞄，互瞄完成后，在兩臺經(jīng)緯儀的公共視場內(nèi)放置帶十字靶心的基準(zhǔn)尺R，左經(jīng)緯儀TL和右經(jīng)緯儀TR分別測量左十字靶心OL和右十字靶心OR，通過測量結(jié)果完成左經(jīng)緯儀TL和右經(jīng)緯儀TR間的定向。
如圖2所示，首先打開左、右經(jīng)緯儀TL、TR激光電源，使經(jīng)緯儀激光光點大致在被測點臨近位置，打開可變焦攝像機C，并將攝像機的焦距調(diào)至最小，使其視場最大，從而保證攝像機能拍攝到被測點O及激光光點，攝像機拍攝的圖像經(jīng)計算機處理后，所得的信息反饋給左、右經(jīng)緯儀TL、TR控制機構(gòu)，通過控制機構(gòu)調(diào)整左、右經(jīng)緯儀TL、TR左經(jīng)緯儀TL激光器(視準(zhǔn)軸)，使激光光點逐漸接近被測點O，同時，所得的信息也反饋給視覺控服機構(gòu)，通過視覺控服機構(gòu)調(diào)整可變焦攝像機位置，使激光光點及被測點O位于攝像機視場中心位置；然后，通過逐漸增大攝像機C的焦距(雖然會縮小攝像機C的視場，但通過上一步，已能保證激光光點和被測點O在攝像機C視場范圍內(nèi))，提高攝像機C放大倍數(shù)，從而提高其分辨率和測量精度，進一步自動調(diào)整左、右經(jīng)緯儀TL、TR經(jīng)緯儀激光器(視準(zhǔn)軸)的位置，使激光光點進一步接近被測點O，當(dāng)攝像C焦距增至最大時，左、右經(jīng)緯儀TL、TR經(jīng)緯儀完成對被測點O的自動識別及測量，通過測量多點及各經(jīng)緯儀間的交匯約束實現(xiàn)被測物M自動識別及精密測量。
權(quán)利要求
1.一種基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量方法，借助于激光經(jīng)緯儀、帶十字靶心的基準(zhǔn)尺、可變焦攝像機、計算機實現(xiàn)，并進一步包括如下步驟a、進行兩臺經(jīng)緯儀之間的精確互瞄，互瞄完成后，在兩臺經(jīng)緯儀的公共視場內(nèi)放置帶十字靶心的基準(zhǔn)尺，通過測量基準(zhǔn)尺十字靶心，實現(xiàn)兩臺緯儀間的定向；b、同上一步驟，通過對任意兩臺經(jīng)緯儀間的定向，建立多經(jīng)緯儀間的交匯約束關(guān)系；c、打開經(jīng)緯儀激光電源，使經(jīng)緯儀激光光點大致在被測點臨近位置，打開可變焦攝像機，并將攝像機的焦距調(diào)至最小，使其視場最大，從而保證攝像機能拍攝到被測點及激光光點，通過計算機對攝像機拍攝的圖像進行處理，所得的信息反饋給經(jīng)緯儀控制機構(gòu)，調(diào)整經(jīng)緯儀激光器(視準(zhǔn)器)的位置，使激光光點逐漸接近被測點，同時，所得的信息也反饋給視覺控制機構(gòu)，使激光光點及被測點位于攝像機視場中心位置；d、通過逐漸增大攝像機的焦距，提高攝像機放大倍數(shù)，從而提高其分辨率和測量精度，進一步自動調(diào)整經(jīng)緯儀激光器的位置，使激光光點進一步接近被測點，當(dāng)攝像機焦距調(diào)整至最大時，經(jīng)緯儀通過可變焦攝像機的引導(dǎo)完成對被測點的自動識別及測量，由各經(jīng)緯儀間的交匯約束實現(xiàn)大尺寸內(nèi)空間坐標(biāo)的自動識別及精密測量。
2.一種基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量裝置，包括激光經(jīng)緯儀、帶十字靶心的基準(zhǔn)尺、可變焦攝像機、計算機，在每兩臺經(jīng)緯儀的公共視場內(nèi)放置有帶十字靶心的基準(zhǔn)尺，攝像機和計算機相連，計算機分別和經(jīng)緯儀控制機構(gòu)、視覺控制機構(gòu)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及精密測量裝置，具體講，本發(fā)明涉及基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量技術(shù)及裝置。本發(fā)明的目的是提供一種基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間坐標(biāo)測量方法及檢測裝置，該裝置具有測量速度快、非接觸、能在惡劣的環(huán)境中使用、較高的測量重復(fù)性特點，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，經(jīng)緯儀通過可變焦攝像機的引導(dǎo)完成對被測點的自動識別及測量，由各經(jīng)緯儀間的交匯約束實現(xiàn)大尺寸內(nèi)空間坐標(biāo)的自動識別及精密測量。本發(fā)明主要應(yīng)用于基于自動視覺引導(dǎo)的大尺寸空間(三維)坐標(biāo)自動跟蹤測量技術(shù)和裝置。
文檔編號G01B21/02GK1963382SQ20061012944
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者邾繼貴, 劉常杰, 吳斌, 李艷軍 申請人:天津大學(xué)