[发明专利]一种基于高速相机的构件姿态测量方法及其应用

说明书

本发明公开一种基于高速相机的构件姿态测量方法，涉及构件姿态测定技术领域，所述姿态测定方法包括：拍摄前在构件上粘贴标记点；在构件上建立两个坐标系，其中一个为固定的全局坐标系，另一个为随构件运动而运动的局部坐标系；构件开始运动，利用两台高速相机拍摄贴有标记点的构件，得到贴有标记点的构件运动图像；对拍摄的贴有标记点的构件运动图像进行处理，得到标记点在全局坐标系下的3D坐标。本发明还公开一种基于高速相机的构件姿态测量方法的应用。本发明用以计算出构件的欧拉角和其质心空间3D全局坐标。

技术领域

本发明涉及构件姿态测定技术领域，具体涉及一种基于高速相机的构件姿态测量方法及其应用。

背景技术

随着生产和科学的不断发展，在机械制造、航空、航天、国防、建筑等部门中，姿态角是需要确定的重要物理量。根据不同的测量精度、测量范围及自动化程度等的要求，涌现了诸多的测角方法，如机械测量、电磁测量、光学测量。

光电测量等在诸多测角方法中，以圆光栅法和环形激光法为代表的光学测角方法虽然精度较高，但对硬件条件要求苛刻，且只限于一维角度测量。

机械式和电磁式测角技术，大多为手工测量，不容易实现自动化，测量精度受到限制。

集成度高、体积小、重量轻的MEMS传感器是完成微型姿态测量系统的最佳选择，但同时这类传感器还有着固有的缺陷：MEMS陀螺的漂移比较大，虽然短期动态特性好，但长期的累积误差非常大，不适用于长时间的姿态确定。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提供一种基于高速相机的构件姿态测量方法，用以计算出构件的欧拉角和其质心空间3D全局坐标。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于高速相机的构件姿态测量方法，所述姿态测定方法包括：

拍摄前在构件上粘贴标记点；标记点要求不发光、不发热和无辐射。

在构件上建立两个坐标系，其中一个为固定的全局坐标系，另一个为随构件运动而运动的局部坐标系；

构件开始运动，利用两台高速相机拍摄贴有标记点的构件，得到贴有标记点的构件运动图像；两台高速相机的目的是：一台相机只能拍摄平面2D图像，两台相机可以拍摄空间三维立体图像。

对拍摄的贴有标记点的构件运动图像进行处理，得到标记点在全局坐标系下的3D坐标；

通过对构件实际测量得到标记点在局部坐标系下的3D坐标；实际测量的方法是：用尺子测量标记点在x、y、z轴三个方向分别到局部坐标系原点的距离。

根据标记点在不同坐标系下的坐标转换关系，求解得到构件的欧拉角和构件的质心位置。

在可选的实施例中，两台高速相机均采用微距镜头，所述构件的标记点处于高速相机拍摄窗口的中部位置，两台高速相机的拍摄频率相等。

在可选的实施例中，采用TEMA图像分析软件对拍摄的贴有标记点的构件运动图像进行处理，得到标记点在全局坐标系下的3D坐标。

在可选的实施例中，测量全局坐标系中标记点之间的实际距离输入到TEMA图像分析软件，保证拍摄图像与实际大小比例为1:1。

在可选的实施例中，两台高速相机安装有触发器，保证两台高速相机同时拍摄。