[发明专利]采用坐标跟踪控制板的大视场全局测量方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉测量领域，涉及一种采用坐标跟踪控制板的大视场全局测量方法，该方法可以实现对大视场范围内复杂工况下大型零部件快速高精度测量，是一种结合多种光学元器件的测量方式。

背景技术

随着国家综合实力的不断增长，大型飞机的应用越来越广泛，飞机制造过程中所使用的大型零部件对其制造成型以及装配检测提出很高的要求。现阶段针对航空领域大型零部件测量国内外主要有以下几种方法：机器视觉法、激光跟踪仪测量法、室内GPS测量法、激光雷达测量法以及三坐标测量法等。传统的机器视觉法是通过机器视觉产品获取被测物的图像信息，通过对图像信息的特征进行提取匹配完成测量任务；三坐标测量法是接触式测量，利用测量探头接触被测物从而获取相关的位置信息；激光跟踪仪测量法是利用激光干涉测距原理结合高精度的角度编码装置完成对被测物几何信息的精确测量；室内GPS测量法利用三角测量原理建立坐标系，通过布置信号发射器与一系列的接收装置获取被测物的位置信息；激光雷达测量法是利用激光光束作为雷达工作光束，通过对比发射和反射的光束进而获取被测物的测量信息。

在大型零部件的实际测量过程中，测量的视场范围大，测量的现场环境复杂，单纯利用激光跟踪仪或传统的视觉测量的方式往往会出现被测物相互遮挡等问题，难以实现对大型零部件的整体精确测量。

发明内容

本发明目的是针对航空领域大型飞机零部件生产装配检测中现场环境复杂，测量视场范围大，采用常用的测量方式有一定局限性，难以测量被测物遮挡部位的问题。发明了一种采用坐标跟踪控制板的大视场全局测量方法，将双目相机固定在带有坐标跟踪控制板的三角架上，利用传统视觉方法结合激光跟踪仪完成全局视觉标定，利用坐标变换关系建立全局坐标系，最终实现针对大型零部件的全局精确测量。

本发明采用的技术方案是一种采用坐标跟踪控制板的大视场全局测量方法，其特征是，该测量方法采用了安装在三脚架上的坐标跟踪控制板，实现视觉测量设备与激光跟踪仪在具有非共同视场情况下的有效结合，将左右相机内外参数分离标定，建立测量现场的全局坐标系，从而完成基于大视场的全局测量；方法的具体步骤如下：

第一步安装大视场全局测量系统

1)将控制板靶球1固定在圆形的转盘3上，再将步进电机2安装在转接支架8上，步进电机2的输出端连接转盘3，转盘3、步进电机2和控制板靶球1构成了坐标跟踪控制板；坐标跟踪控制板通过转接支架8安装在相机安装板12中部，相机安装板12安装在三脚架5上；再将左右相机分别安装在相机安装板12的两端；左、右相机4、9和激光跟踪仪6都与计算机7相连接，组成大视场全局测量系统；

第二步测量前准备步骤

1)相机內参数标定

利用张氏标定法结合棋盘格标定板11进行标定，先在棋盘格标定板11的右半部分上下对称安装四个标定板靶球10，并利用激光跟踪仪6结合标定公式(1)进行标定：

其中[u v 1]^T是拍摄棋盘格标定板角点图像的二维像素坐标组成的齐次矩阵，[X_wY_w Z_w 1]^T是棋盘格标定板1上角点的空间三维坐标组成的齐次矩阵(世界坐标)，完成相机內参数标定。

2)确定激光跟踪仪坐标系和左右相机坐标系的变换关系

利用激光跟踪仪6测量标定板靶球10，得到标定板靶球10在激光跟踪仪坐标系O_lXYZ下的空间坐标，结合已知的内外参数矩阵，便可以知道四个靶球在当前相机的世界坐标系O_wXYZ下的坐标，进而得到激光跟踪仪坐标系O_lXYZ和世界坐标系O_wXYZ的位置变换关系，也即为一个旋转平移矩阵X₁＝[R₁ T₁]，由于相机坐标系O_LXYZ和世界坐标系O_wXYZ的关系已知(外参数矩阵)，这样就能得到相机坐标系O_LXYZ与激光跟踪仪坐标系O_lXYZ的位置变换关系，即为旋转平移矩阵X₂＝[R₂ T₂]。

3)确定坐标跟踪控制板坐标系和左右相机坐标系的变换关系