[发明专利]基于光学成像的工业测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业测量系统，尤其是一种操作简单、精度高，可降低测量成本、提高工作效率，利用数码相机对大型加工工件进行非接触测量的基于光学成像的工业测量系统。

背景技术

工业测量学是在工业生产和科研各环节中，为产品的设计、模拟、测量、放样、仿制、仿真、产品质量控制、产品运动状态，提供测量技术支撑的一门学科。工业测量是指在制造工业和机器安装工业中，对部件和产品的形体进行精密的三维坐标测量，测量内容以产品的几何尺寸为主，也涉及色彩、温度、速度与加速度及其他物理量，三维工业测量技术是工业测量的基本组成部分。

目前，能够实现大尺寸三维坐标测量的方法和系统，按照所使用的主要传感器可以分为以下几类：

1．三坐标测量机系统

三坐标测量机是目前在制造业得到世界范围广泛应用的传统通用坐标精密测量代表设备，通过测头沿导轨的直线运动来实现精确的坐标测量，已经成为3D检测工业标准设备。优点是测量准确、效率高、通用性好，缺点是属于接触式测量方式，不易对准特征点；对测量环境要求高、不便携；受导轨运动的限制，一般只能用于专用的测量环境，不能应用于制造现场；传统的三坐标测量机的测量范围有限，一般不超过2米。

2．经纬仪工业测量系统

经纬仪工业测量系统以空间交会三角测量原理为基础，采用多个经纬仪组合，结合精密定向技术，是在大尺寸测量领域应用最早和最多的一种系统。优点是测量范围较大，可达2m至几十米；为光学非接触测量，精度较高，在二十米范围内的坐标精度可达到10μm/m；灵活性强，可以根据被测物体的特点合理布设，满足不同的使用要求。缺点为：一般采用手动照准目标，逐点测量，工作强度大，测量效率低、自动化程度不高，测量精度随测量距离增加而下降；系统成本太高，不适合大工作量的现场测量。

3．全站仪极坐标测量系统

全站仪极坐标测量系统是以一台高精度的全站仪构成的极坐标测量系统，基于极坐标法的原理，兼有电子测角和电子测距功能。优点为：仪器设站非常方便和灵活，测程较远，实际上在100m范围内的精度可达到士0.5mm左右。缺点为：适用于钢架结构测量和造船工业等中等精度要求产品价位较高。

4．激光跟踪测量系统

激光跟踪测量系统是基于空间极坐标测量原理，通过给定点的坐标由跟踪头输出的两个角度，建立在激光干涉长度测量和角度精密测量基础上的极坐标测量系统。其优点为具有快速、动态、精度高。缺点为测角精度比全站仪的要低，测量范围也比全站仪要小，价位较高。

5．激光扫描测量系统

利用激光采用非干涉法测距方式系统称为激光扫描测量系统

激光跟踪测量系统具有测距精度高的特点，但是测距为相对测距，需要保持在跟踪过程中激光束不能丢失，另外测距需要合作目标(反射器)配合，因此是一种接触式的测量系统，往往给测量带来诸多不便。

6．关节式坐标测量机

关节式坐标测量机利用空间支导线的原理实现三维坐标测量功能，它也是非正交系坐标测量系统的一种，是一种便携的接触式测量仪器，对空间不同位置待测点的接触实际上模拟人手臂的运动方式。优点为：测头安置非常灵活，不需要测点的通视条件，因此在一些测点通视条件较差的情况下，非常有效。缺点为：由于关节臂长的限制，其测量范围有限，最长可以到4m。

7．室内GPS

室内GPS是指利用室内的激光发射装装置（基站）不停地向外发射单向的带有位置信息的红外激光，接收器接受到信号后，从中得到发射器与接受器间的两个角度值（类似于经纬仪的水平角和垂直角），在已知了基站的位置和方位信息后，只要有两个以上的基站就可以通过角度交会的方法计算出接收器的三维坐标。基站的位置和方位通过光束法来进行系统定向后完成，就不需要已知控制点，只要一个基准尺度就可以了。优点：Indoor GPS具有很高的测量精度、测量速度和稳定性，可以根据不同的测量环境灵活布设高精度的局部空间测量体系。缺点：由于该系统需要在测量对象上事先安装接收器，因此，该系统是接触式的，对于造船厂钢板测量来说不方便，并且测量对象为某个三维点。价格非常昂贵。