[发明专利]一种六自由度测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种六自由度测量系统及方法。该系统包括跟踪测量装置和靶标；跟踪测量装置包括处理器，以及分别连接处理器的相机和两个旋转镜片模块，相机和两个旋转镜片模块依次排列，且相机和两个旋转镜片模块的光轴保持同轴；每个旋转镜片模块可独立旋转；靶标安装在待测目标上，包括至少三个距离关系已知的标志点，并且至少一个标志点与其余标志点的连线的中点不重合。与现有技术相比，本发明实现对待测目标六自由度的动态实时测量。在测量过程中仅需将靶标固装在待测目标上，靶标结构简单，对待测目标的实际作业影响小，使用方便。同时，简化了六自由度测量的计算过程，提高测量方法的实时性和可靠性。

技术领域

本发明涉及空间几何测量领域，尤其是涉及一种六自由度测量系统及方法。

背景技术

随着科学技术的高速发展，位姿测量的需求不断增加。例如工业机器人在作业过程中，由于机器人的制造误差、控制精度和环境温度变化，将极大的影响机器人末端位姿精度，因此需对工业机器人末端实时测量，反馈位姿误差，实现工业机器人的高精度动态作业。在大型设备的装配过程中，需要对零件的空间位姿实时测量，确保装配的顺利实现。目前用于测试工业机器人末端的六自由度测量装置通常操作难度较大、整机组成复杂、占用空间大、不易携带，且市场售价较高，难以在工业生产中广泛应用。

中国发明申请CN107246866A公开了一种高精度六自由度测量系统及方法，提出一种系统用于测量前被测目标和后被测目标的相对位姿。该系统采用两个倾角传感器和视觉成像系统测量被测目标位姿，两个倾角传感器需与特征点靶标固装在被测目标上，将对待测目标的实际作业造成影响，且系统安装复杂，成本高。

中国发明申请CN107505610A公开了一种六自由度位姿测量方法及装置，通过二维敏感面依次接收多个光源发射的光线并转换为相应的电信号，根据发射光线的预设规则和接收的电信号获得二维敏感面相对第一平面的六自由度位姿信息或获得第一平面相对二维敏感面的六自由度位姿，但该方法需要多个光源作为标志点实现对被测目标的六自由度测量，且需PSD即位置灵敏探测器，因此该装置成本高。

中国发明专利CN105806180A提出了一种空间六自由度测量装置，该装置采用三个角度传感器和三个位移传感器直接测量被测对象六自由度，但该装置需与待测目标接触测量，且无法实现待测目标的动态实时测量。

中国发明专利CN102636139A提出了一种空间六自由度动态测量装置和方法，该装置采用六个拉线式位移传感器测量待测目标的六自由度，但该测量装置体积较大，不易搬运，测量方式为接触式测量，适用测量对象有限。

美国专利US7312862(Measurement system for determining six degrees offreedom of an object)提出一种六自由度测量系统，该装置采用激光反射原理实现目标跟踪，通过干涉原理获得目标深度信息，通过相机获取光点图像坐标，由针孔成像原理计算待测目标六自由度，该装置测量精度高，响应速度快，但结构复杂，求解过程繁琐，需多个测量传感器，整机成本高，较难在工业领域普遍推广和使用。

美国专利US7576836(Camera based six degree-of-freedom target measuringand target tracking device)提出一种基于相机的六自由度测量方法和跟踪装置，该装置采用可旋转的相机对待测目标的实时跟踪，以及靶标光源的图像信息采集，实现对待测目标六自由度的测量，在测量过程中由于相机的转动，将极大影响靶标光源图像采集质量，直接影响待测目标六自由度的测量精度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种六自由度测量系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种六自由度测量系统，包括跟踪测量装置和靶标；