一種曲面法向測量裝置和曲面法向測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曲面法向測量裝置和曲面法向測量方法，其中，一種曲面法向測量裝置包括：用于發(fā)射至少一個十字激光線的激光器；用于獲取被激光器照射的被測曲面的圖像的相機模塊；分別與激光器和相機模塊連接的控制處理模塊；其中，控制處理模塊用于：通過相機模塊獲取被所述激光器照射的被測曲面的圖像，在激光器的投影平面和在相機模塊的像平面上通過視覺幾何對十字激光線進行分析，實現(xiàn)對十字激光線在被測曲面上的交點的法向的測量。本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠有效實現(xiàn)曲面法向的自動測量，提高曲面法向測量的準確性。
【專利說明】一種曲面法向測量裝置和曲面法向測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種曲面法向測量裝置和曲面法向測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]曲面零件的自動加工和裝配過程中，加工頭需要在曲面的法向上進行鉆孔或鉚接等操作。因此曲面零件自動加工前需要進行曲面的法向調(diào)整，使得加工進給方向與加工點的法向重合。法向調(diào)整的精度對加工質(zhì)量和產(chǎn)品的使用壽命有很大的影響。因而，高效穩(wěn)定的法向測量調(diào)整方法及設(shè)備可以提高曲面零件自動加工的質(zhì)量和效率。
[0003]目前，曲面零件法向的測量及調(diào)整主要采用人工視覺法和傳感器定位方法。人工視覺法采用人工視覺監(jiān)測和人工調(diào)整，調(diào)整效率不高且調(diào)整質(zhì)量不夠穩(wěn)定；傳感器定位法需要在工件表面或者加工裝置的固定位置安裝相應的定位傳感器，其定位精度往往受到環(huán)境因素、傳感器靈敏度等因素的影響，使得法向測量調(diào)整的準確性不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種曲面法向測量裝置和曲面法向測量方法，用于實現(xiàn)曲面法向的自動測量，提高曲面法向測量的準確性。
[0005]本發(fā)明第一方面提供一種曲面法向測量裝置，包括:
[0006]用于發(fā)射至少一個十字激光線的激光器；
[0007]用于獲取被所述激光器照射的被測曲面的圖像的相機模塊；
[0008]分別與所述激光器和所述相機模塊連接的控制處理模塊；
[0009]其中，所述控制處理模塊用于:
[0010]對所述相機模塊進行標定，確定所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)，其中，所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)包括:所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣；
[0011]確定第一平面的法向量和第二平面的法向量，其中，所述第一平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第一激光線在所述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面，所述第二平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第二激光線在所述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面；
[0012]確定第三平面的法向量和第四平面的法向量，其中，所述第三平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述像平面上所述第一激光線的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面，所述第四平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述像平面上所述第二激光線的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面；
[0013]根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向；[0014]其中，上述第一公式為A1 = nclX (R*npl)；
[0015]上述第二公式為:t2= nc2X (R*np2)；
[0016]上述第三公式為:η = I^Xt2 ;
[0017]在上述第一公式、上述第二公式和上述第三公式中，nel表示上述第三平面的法向量，nc2表示上述第四平面的法向量，npl表示上述第一平面的法向量，np2表示上述第二平面的法向量，R表示激光器11的投影平面相對于相機模塊12的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，η表示上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向。
[0018]本發(fā)明另一方面提供一種曲面法向測量方法，包括:
[0019]通過激光器向被測曲面發(fā)射至少一個十字激光線；
[0020]通過相機模塊獲取所述被測曲面的圖像；
[0021 ] 對所述相機模塊進行標定，確定所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)，其中，所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)包括:所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣；
[0022]確定第一平面的法向量和第二平面的法向量，其中，所述第一平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第一激光線在所述激光器的 投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面，所述第二平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第二激光線在所述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面；
[0023]確定第三平面的法向量和第四平面的法向量，其中，所述第三平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述像平面上所述第一激光線的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面，所述第四平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述像平面上所述第二激光線的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面；
[0024]根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向；
[0025]其中，上述第一公式為A1 = nclX (R*npl)；
[0026]上述第二公式為:t2= nc2X (R*np2)；
[0027]上述第三公式為:η = I^Xt2 ;
[0028]在上述第一公式、上述第二公式和上述第三公式中，nel表示上述第三平面的法向量，nc2表示上述第四平面的法向量，npl表示上述第一平面的法向量，np2表示上述第二平面的法向量，R表示激光器11的投影平面相對于相機模塊12的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，η表示上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向。
[0029]由上可見，本發(fā)明中通過激光器、相機模塊和控制處理模塊的結(jié)合，實現(xiàn)了曲面法向的自動測量，并且，本發(fā)明提供的方案無需人工參與，也無需依賴定位傳感器，因此，能夠避免因環(huán)境因素、傳感器靈敏度等因素導致定位精度下降，相對于傳統(tǒng)的人工視覺法和傳感器定位方法，能夠提高法向測量的準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為本發(fā)明提供的曲面法向測量裝置一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明提供的曲面法向測量裝置另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明提供的曲面法向測量裝置再一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4_a為本發(fā)明提供的曲面法向測量裝置一個應用場景示意圖；
[0035]圖4_b為本發(fā)明提供的相機模塊獲取到的十字激光線的示意圖；
[0036]圖4-c為本發(fā)明提供的法向計算幾何原理示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明提供的曲面法向測量方法一個實施例流程示意圖。
【具體實施方式】
[0038]為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0039]下面對本發(fā)明實施例提供的一種曲面法向測量裝置，請參與圖1，本發(fā)明實施例中的曲面法向測量裝置10，包括:
[0040]用于發(fā)射至少一個十字激光線的激光器11 ；
[0041]用于獲取被激光器11照射的被測曲面的圖像的相機模塊12 ；
[0042]分別與激光器11和相機模塊12連接的控制處理模塊13 ；
[0043]其中，控制處理模塊13用于:
[0044]對相機模塊12進行標定，確定相機模塊12的內(nèi)外參數(shù)，其中，相機模塊12的內(nèi)外參數(shù)包括:激光器11的投影平面相對于相機模塊12的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣；
[0045]確定第一平面的法向量和第二平面的法向量，其中，上述第一平面為激光器11的光源點、上述十字激光線在激光器11的投影平面上的交點以及上述十字激光線的第一激光線在激光器11的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面，上述第二平面為激光器11的光源點、上述十字激光線在激光器11的投影平面上的交點以及上述十字激光線的第二激光線在激光器11的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面；
[0046]確定第三平面的法向量和第四平面的法向量，其中，上述第三平面為相機模塊12的光學中心點、上述十字激光線在相機模塊12的像平面的交點以及上述第一激光線在相機模塊12的像平面上的成像在上述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面，上述第四平面為相機模塊12的光學中心點、上述十字激光線在相機模塊12的像平面的交點以及上述第二激光線在相機模塊12的像平面上的成像在上述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面；
[0047]根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向；
[0048]其中，上述第一公式為A1 = nclX (R*npl)；
[0049]上述第二公式為:t2= nc2X (R*np2)；
[0050]上述第三公式為:η = I^Xt2 ;[0051]在上述第一公式、上述第二公式和上述第三公式中，nel表示上述第三平面的法向量，nc2表示上述第四平面的法向量，npl表示上述第一平面的法向量，np2表示上述第二平面的法向量，R表示激光器11的投影平面相對于相機模塊12的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，η表示上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向。
[0052]本發(fā)明實施例中，十字激光線由正交的兩條激光線組成，激光器11能夠發(fā)射至少一個十字激光線，本發(fā)明實施例通過激光器11照射被測曲面，十字激光線在被測曲面上形成的交點即為法向測量的待測點。
[0053]可選的，在圖1所示實施例的基礎(chǔ)上，如圖2所示，曲面法向測量裝置20還包括:與控制處理模塊13連接的鉆孔模塊14 ;控制處理模塊13還用于:根據(jù)上述計算得到的上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向，控制鉆孔模塊14沿上述被測曲面上的交點的法向鉆入。
[0054]可選的，在圖1所示實施例的基礎(chǔ)上，如圖3所示，曲面法向測量裝置30還包括:與控制處理模塊13連接的螺絲裝配模塊15 ;控制處理模塊13還用于:根據(jù)上述計算得到的所述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向，控制螺絲裝配模塊15沿上述被測曲面上的交點的法向裝配螺絲。
[0055]可選的，控制處理模塊13具體用于通過如下方式確定第三平面的法向量和第四平面的法向量:分別對上述第一激光線在上述像平面上的成像和上述第二激光線在上述像平面上的成像進行曲線擬合(例如二次曲線擬合、最小二乘法擬合)，得到上述第一激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量，以及上述第二激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量；根據(jù)上述第一激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量，以及上述第二激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量，確定第三平面的法向量和第四平面的法向量。
[0056]需要說明的是，當激光器11向被測曲面發(fā)射多個十字激光線時，被測曲面上將出現(xiàn)多個十字激光線的交點，通過本發(fā)明實施例中曲面法向測量裝置對多個十字激光線的交點進行處理，即可測量出被測曲面上多個待測點的法向。
[0057]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的曲面法向測量裝置除了可以包含鉆孔模塊、螺絲裝配模塊之外，也可以包括其它對待測點進行加工的執(zhí)行機構(gòu)(例如激光打孔機構(gòu))。
[0058]由上可見，本發(fā)明中通過激光器、相機模塊和控制處理模塊的結(jié)合，實現(xiàn)了曲面法向的自動測量，并且，本發(fā)明提供的方案無需人工參與，也無需依賴定位傳感器，因此，能夠避免因環(huán)境因素、傳感器靈敏度等因素導致定位精度下降，相對于傳統(tǒng)的人工視覺法和傳感器定位方法，能夠提高法向測量的準確性。
[0059]為便于更好理解本發(fā)明方案，下面以圖2所示的曲面法向測量裝置為例，對曲面法向測量裝置的具體應用場景進行說明，如圖4-a所示的曲面法向測量裝置應用場景示意圖:
[0060]激光器11向被測物體的被測曲面發(fā)射十字激光線，相機模塊12拍攝被激光器11照射后的被測曲面40的圖像，由于是被測曲面，因此，相機模塊12拍攝到的圖像上的十字激光線并非為正交的兩條激光線，而是兩條相交的曲線，如圖4-b所示。
[0061]本應用場景中，激光器11、相機模塊12和鉆孔模塊14三者相互固定，且鉆孔模塊14的主軸與相機模塊12的光軸平行。當然，在其它實施例中，鉆孔模塊14也可以不與激光器11、相機模塊12固定，則可以在曲面法向測量裝置配置傳感器，控制傳感器偵測鉆孔模塊14與測量機構(gòu)(如激光器11、相機模塊12)的相對空間位置，以實現(xiàn)對測量得到的待測點的法向從測量機構(gòu)向鉆孔模塊14的姿態(tài)變化操作。
[0062]在進行法向計算之前，曲面法向測量裝置對相機模塊12進行標定，確定相機模塊12的內(nèi)外參數(shù)，其中，相機模塊12的內(nèi)外參數(shù)包括:激光器11的投影平面相對于相機模塊12的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。
[0063]下面結(jié)合圖4-c的法向計算幾何原理圖進行說明，首先，通過人工方式或自動方式移動曲面法向測量裝置，使得激光器11發(fā)射的十字激光線的交點位于被測曲面40的鉆入點P(也即待測點)。
[0064]如圖4-c所示，假設(shè)十字激光線在激光器11的投影平面(即在激光器投影參考系內(nèi))上的交點為Pp，Op為激光器11的光源點，因十字激光線的兩條激光線正交，假設(shè)兩條激光線的方向為tpl，tp2(在激光器投影參考系內(nèi))，由三者容易確定兩個平面Lpl，Lp2(即上述第一平面和上述第二平面)，定義npl為Lpl平面的法向量，定義np2為Lp2平面的法向量，這兩個平面都經(jīng)過點Pp和鉆入點P ；
[0065]同樣，對于相機模塊，Oc為相機模塊12的光學中心點，Pc為鉆入點P或者十字激光線的兩條激光線的交點在相機中的圖像點(也即十字激光線在相機模塊12的像平面的交點)，由于物體表面為曲面，相機將拍攝到2條曲線(如圖4-b所示，其交點為Pc)，通過簡單的圖像檢測技術(shù)可以提取出2條曲線，通過曲線擬合(如二次擬合)，可以求出兩條曲線在Pc處的切向量tel, te2 (相對于圖像坐標系)。因此，由Oc, tc, pc則可確定兩個平面Lcl, Lc2 (即上述第三平面和上述第四平面)，定義nel為Lcl平面的法向量，定義ne2為Lc2平面的法向量，這兩 個平面都經(jīng)過點Pc和鉆入點P ；
[0066]將坐標系統(tǒng)一至相機坐標系，則對于點P，對于十字激光線中的一條激光線(假設(shè)為激光線A)，其同時位于2個平面Lpl，Lcl內(nèi)，假設(shè)點P在激光線A的空間切向量(相機坐標系下)St1，則根據(jù)公式L = IiclX(I^npl),可以計算出同樣，對于十字激光線中的另一條激光線(假設(shè)為激光線B)，根據(jù)公式& = 11。2\伽即2)，可以計算出^其中，R表示所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。
[0067]對于空間點P,已知2個切向量A, t2,通過公式n = I^Xt2,即可測得鉆入點P的法向η。
[0068]已知鉆入點P的法向η，也就是知道了鉆入點P的法向η與相機光軸的夾角，也就是知道了鉆入點P的法向η與鉆孔模塊14主軸的夾角，進一步，曲面法向測量裝置根據(jù)η調(diào)整鉆孔模塊14的鉆頭姿態(tài)，移動至鉆入點P處，即可沿鉆入點P的法向鉆入。
[0069]由上可見，本發(fā)明中通過激光器、相機模塊和控制處理模塊的結(jié)合，實現(xiàn)了曲面法向的自動測量，并且，本發(fā)明提供的方案無需人工參與，也無需依賴定位傳感器，因此，能夠避免因環(huán)境因素、傳感器靈敏度等因素導致定位精度下降，相對于傳統(tǒng)的人工視覺法和傳感器定位方法，能夠提高法向測量的準確性。
[0070]本發(fā)明實施例還提供一種曲面法向測量方法，請參閱圖5，本發(fā)明實施例中的曲面法向測量方法，包括:
[0071]501、通過激光器向被測曲面發(fā)射至少一個十字激光線；
[0072]本發(fā)明實施例中，十字激光線由正交的兩條激光線組成，激光器11能夠發(fā)射至少一個十字激光線，本發(fā)明實施例曲面法向測量裝置通過激光器照射被測曲面，十字激光線在被測曲面上形成的交點即為法向測量的待測點。
[0073]502、通過相機模塊獲取上述被測曲面的圖像；
[0074]曲面法向測量裝置通過相機模塊拍攝上述被測曲面的圖像，由于是被測曲面，因此，相機模塊拍攝到的圖像上的十字激光線并非為正交的兩條激光線，而是兩條相交的曲線，如圖4-b所示。
[0075]503、對上述相機模塊進行標定，確定上述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)；
[0076]其中，上述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)包括:上述激光器的投影平面相對于上述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。
[0077]504、確定第一平面的法向量和第二平面的法向量；
[0078]其中，上述第一平面為上述激光器的光源點、上述十字激光線在上述激光器的投影平面上的交點以及上述十字激光線的第一激光線在上述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面，上述第二平面為上述激光器的光源點、上述十字激光線在上述激光器的投影平面上的交點以及上述十字激光線的第二激光線在上述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面。
[0079]505、確定第三平面的法向量和第四平面的法向量； [0080]其中，上述第三平面為上述相機模塊的光學中心點、上述十字激光線在上述相機模塊的像平面的交點以及上述第一激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面，上述第四平面為上述相機模塊的光學中心點、上述十字激光線在上述相機模塊的像平面的交點以及上述第二激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面。
[0081]可選的，曲面法向測量裝置分別對上述第一激光線在上述像平面上的成像和上述第二激光線在上述像平面上的成像進行曲線擬合(例如二次曲線擬合、最小二乘法擬合)，得到上述第一激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量，以及上述第二激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量；
[0082]根據(jù)上述第一激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量，以及上述第二激光線在上述像平面上的成像在上述交點處的切向量，確定第三平面的法向量和第四平面的法向量。
[0083]506、根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向；
[0084]其中，上述第一公式為A1 = nclX (R*npl)；
[0085]上述第二公式為:t2= nc2X (R*np2)；
[0086]上述第三公式為:η = I^Xt2 ;
[0087]在上述第一公式、上述第二公式和上述第三公式中，nel表示上述第三平面的法向量，nc2表示上述第四平面的法向量，npl表示上述第一平面的法向量，np2表示上述第二平面的法向量，R表示激光器11的投影平面相對于相機模塊12的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，η表示上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向。
[0088]可選的，在步驟506計算上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向之后，本發(fā)明實施例中的曲面法向測量方法還包括:控制鉆孔模塊沿上述被測曲面上的交點的法向鉆入。
[0089]可選的，在步驟506計算上述十字激光線在上述被測曲面上的交點的法向之后，本發(fā)明實施例中的曲面法向測量方法還包括:控制螺絲裝配模塊沿上述被測曲面上的交點的法向裝配螺絲。
[0090]需要說明的是，當激光器向被測曲面發(fā)射多個十字激光線時，被測曲面上將出現(xiàn)多個十字激光線的交點，通過本發(fā)明實施例中曲面法向測量方法對多個十字激光線的交點進行處理，即可測量出被測曲面上多個待測點的法向。
[0091]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的曲面法向測量裝置的具體結(jié)構(gòu)可以參照上述裝置實施例中的曲面法向測量裝置，此處不再贅述。
[0092]由上可見，本發(fā)明中通過激光器、相機模塊和控制處理模塊的結(jié)合，實現(xiàn)了曲面法向的自動測量，并且，本發(fā)明提供的方案無需人工參與，也無需依賴定位傳感器，因此，能夠避免因環(huán)境因素、傳感器靈敏度等因素導致定位精度下降，相對于傳統(tǒng)的人工視覺法和傳感器定位方法，能夠提高法向測量的準確性。
[0093]在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，上述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
[0094]需要說明的是，對于前述的各方法實施例，為了簡便描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其它順序或者同時進行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應該知悉，說明書中所描述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作和模塊并不一定都是本發(fā)明所必須的。
[0095]以上為對本發(fā)明所提供的一種曲面法向測量裝置和曲面法向測量方法的描述，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種曲面法向測量裝置，其特征在于，包括: 用于發(fā)射至少一個十字激光線的激光器； 用于獲取被所述激光器照射的被測曲面的圖像的相機模塊； 分別與所述激光器和所述相機模塊連接的控制處理模塊； 其中，所述控制處理模塊用于: 對所述相機模塊進行標定，確定所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)，其中，所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)包括:所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣； 確定第一平面的法向量和第二平面的法向量，其中，所述第一平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第一激光線在所述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面，所述第二平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第二激光線在所述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面； 確定第三平面的法向量和第四平面的法向量，其中，所述第三平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面，所述第四平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述第二激光線在所述像平面上的成像 在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面； 根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向； 其中，所述第一公式為:ti = nclX (R*npl)； 所述第二公式為:t2 = nc2X (R*np2)； 所述第三公式為:n = I^Xt2 ; 在所述第一公式、所述第二公式和所述第三公式中，nel表示所述第三平面的法向量，11。2表示所述第四平面的法向量，npl表示所述第一平面的法向量，np2表示所述第二平面的法向量，R表示所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，η表示所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面法向測量裝置，其特征在于，所述曲面法向測量裝置還包括:與所述控制處理模塊連接的鉆孔模塊； 所述控制處理模塊還用于:根據(jù)所述計算得到的所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向，控制所述鉆孔模塊沿所述被測曲面上的交點的法向鉆入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面法向測量裝置，其特征在于，所述曲面法向測量裝置還包括:與所述控制處理模塊連接的螺絲裝配模塊； 所述控制處理模塊還用于:根據(jù)所述計算得到的所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向，控制所述螺絲裝配模塊沿所述被測曲面上的交點的法向裝配螺絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的曲面法向測量裝置，其特征在于， 所述控制處理模塊具體用于通過如下方式確定第三平面的法向量和第四平面的法向量: 分別對所述第一激光線在所述像平面上的成像和所述第二激光線在所述像平面上的成像進行曲線擬合，得到所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量； 根據(jù)所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，確定第三平面的法向量和第四平面的法向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曲面法向測量裝置，其特征在于， 所述控制處理模塊具體用于分別對所述第一激光線在所述像平面上的成像和所述第二激光線在所述像平面上的成像進行二次曲線擬合，得到所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量。
6.一種曲面法向測量方法，其特征在于，包括: 通過激光器向被測曲面發(fā)射至少一個十字激光線； 通過相機模塊獲取所述被測曲面的圖像； 對所述相機模塊進行標定，確定所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)，其中，所述相機模塊的內(nèi)外參數(shù)包括:所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣； 確定第一平面的法向量和第二平面的法向量，其中，所述第一平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第一激光線在所述激光器的投 影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面，所述第二平面為所述激光器的光源點、所述十字激光線在所述激光器的投影平面上的交點以及所述十字激光線的第二激光線在所述激光器的投影平面上的投影這三者構(gòu)成的平面； 確定第三平面的法向量和第四平面的法向量，其中，所述第三平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面，所述第四平面為所述相機模塊的光學中心點、所述十字激光線在所述相機模塊的像平面的交點以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量這三者構(gòu)成的平面； 根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向； 其中，所述第一公式為A1 = nclX (R*npl)； 所述第二公式為:t2 = nc2X (R*np2)； 所述第三公式為:n = I^Xt2 ; 在所述第一公式、所述第二公式和所述第三公式中，nel表示所述第三平面的法向量，11。2表示所述第四平面的法向量，npl表示所述第一平面的法向量，np2表示所述第二平面的法向量，R表示所述激光器的投影平面相對于所述相機模塊的像平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，η表示所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲面法向測量方法，其特征在于，所述根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向之后還包括: 控制鉆孔模塊沿所述被測曲面上的交點的法向鉆入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲面法向測量方法，其特征在于，所述根據(jù)第一公式、第二公式和第三公式計算所述十字激光線在所述被測曲面上的交點的法向之后還包括: 控制螺絲裝配模塊沿所述被測曲面上的交點的法向裝配螺絲。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的曲面法向測量方法，其特征在于，所述確定第三平面的法向量和第四平面的法向量，包括: 分別對所述第一激光線在所述像平面上的成像和所述第二激光線在所述像平面上的成像進行曲線擬合，得到所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量； 根據(jù)所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，確定第三平面的法向量和第四平面的法向量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的曲面法向測量方法，其特征在于，分別對所述第一激光線在所述像平面上的成像和所述第二激光線在所述像平面上的成像進行曲線擬合，得到所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，具體為: 分別對所述第一激光線在所述像平面上的成像和所述第二激光線在所述像平面上的成像進行二次曲線擬合，得到所述第一激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量，以及所述第二激光線在所述像平面上的成像在所述交點處的切向量。
【文檔編號】G01B11/00GK104034261SQ201410256566
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】宋展 申請人:深圳先進技術(shù)研究院