[发明专利]一种前后双目的位置姿态光学测量结构与方法

说明书

本发明公开了一种前后双目的位置姿态光学测量结构，包括准直光束(1)和机架(9)，所述机架(9)内沿所述准直光束(1)入射方向前后设有前光学传感器(3)和后光学传感器(7)，所述机架(9)内还设有分光镜(2)、第一反光镜(4)、与所述第一反光镜(4)垂直的第二反光镜(5)和与所述第二反光镜(5)平行的介于所述前光学传感器和后光学传感器(7)之间的第三反光镜(6)，且所述前光学传感器(3)和后光学传感器(7)的光敏面与被测对象的轴线平行。本发明还公开了一种前后双目的位置姿态光学测量方法。本发明前后双目的位置姿态光学测量结构，实现对窄长孔的位置姿态的测量。

技术领域

本发明属于制造件的形状、位置测量的光学图像测量技术领域，更具体地，涉及一种前后双目的位置姿态光学测量结构与方法。

背景技术

光学图像测量技术，即视觉测量定位技术，是以摄像机拍摄的图像为信息载体，通过计算机技术提取出图像中的有用信息，再对这些信息加以分析总结得出测量结果，具有全方位快速测量定位、高精度和实时性强等特点，因而被广泛地应用于各种测量工作任务中。

已有的研究表明液压径向轴承的轴颈与轴套的相对倾角从0增大到0.0002角弧度时，轴承的性能下降40％以上，因此所以需严格控制轴承的倾角姿态，同时也要控制轴承的中心位置。而轴承多用于旋转机构，轴承基本上在旋转机构的轴线及其附近的窄长空间区域中，其主要控制要求是窄长空间轴线的垂直面内的精度要求高，也就需要窄长空间区域中轴承的位置及倾角姿态的精密测量技术。这种位置及倾角姿态的精密测量技术还用于其它需要在窄长空间区域内精密测量位置姿态的应用场合，例如：长孔、小弯曲量的曲线轴。

现有常见的双目视觉测量系统[王飞，双目视觉系统设计及控制方法研究[M]，哈尔滨工业大学，2012.07]采用两个独立并联的图像传感器进行工作，它是一种成像式的位置测量方式，空间三维的测量精度一样，没有突出在窄长空间横截面内的测量精度，所以在窄长空间横截面内的测量精度不高。

目前，激光自准直仪[朱凡，基于共光路光束漂移测量与同步补偿的激光自准直技术[D]，哈尔滨工业大学，2013.10]是用于窄长空间区域的一种高精度倾角测量仪器。它采用了一种基于直线基准的倾角测量方法，也是一种间接的相对式位置测量方法，不能直接测量相对直线基准的位置及偏差，间接式测量位置偏差时也不允许沿直线基准的测量过程中间中断。

准直激光加CCD测量光束漂移补偿的测量方法[The OT-7000Auto-Centering,Wireless,Multi-Target Alignment.On-Trak Photonics,Inc.，2017]是基于准直激光的绝对直线基准的一种窄长空间横截面内位置的测量仪器，附加CCD测量光束漂移并补偿，沿直线基准的测量过程允许中间中断，但不能直接测量倾角。

测微放大镜[雷坚强，测微器水准仪在隧道拱顶下沉量测中的应用，现代隧道技术，2012，Vol.49(1),171-174]是基于准直望远镜原理的一种窄长空间横截面内位置的测量仪器，沿直线基准的测量过程允许中间中断，但不能直接测量倾角。

为了同时精确地测量出在窄长空间区域中的轴承等同轴线且中间可能不连续的孔状物体的位置和倾角姿态，本发明提出了一种前后双目的位置姿态光学测量结构与方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种前后双目的位置姿态光学测量结构，通过机架将两个光学传感器、倾角传感器和各类光学器件连接为一整体，其利用准直光束及其轴线作为空间直线基准，可以探测获得自身对准直光束及其截面光斑中心二维的相对位置,进而计算获得自身对准直光束及其轴线的二维偏向,即同时实现了前后双目的位置姿态光学测量方法；利用机架的外廓接触和体现被测对象，也就实现了窄长空间的被测对象的位置和倾角姿态的四自由度测量，适用于窄长空间区域内的轴承等孔状物体位置姿态的精密测量。