[发明专利]一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法基于六自由度视觉位姿相对误差测量装置实现，所述的六自由度视觉位姿相对误差测量装置包括X向滑动模组、Y向滑动模组、Z向滑动模组、工业相机(1)、支架(6)、旋转台、角位台和放置板(14)；

所述的支架(6)为框架结构，其每个顶角安装有支架连接角件(9)，用于增强结构稳定性；

所述的X向滑动模组，共有两组，每组X向滑动模组包括X向滑块、丝杠(5)和模组底板(7)；X向滑动模组通过连接件(11)固定安装在支架(6)上端；其中一组X向滑动模组安装有步进电机(3)，步进电机(3)通过联轴器(4)与丝杠(5)连接；步进电机(3)用于驱动丝杠(5)转动，丝杠(5)的转动带动安装在丝杠(5)上的X向滑块沿X方向移动；每一组X向滑动模组的端部均安装有同步齿轮(12)，同步齿轮(12)与丝杠(5)固定连接，两个同步齿轮(12)之间安装有同步带(13)；通过步进电机(3)驱动、同步齿轮(12)和同步带(13)传动，实现两个X向滑块同步移动；

所述的Y向滑动模组，包括Y向滑块、丝杠(5)和模组底板(7)，Y向滑动模组安装在两个X向滑块之间；Y向滑动模组上安装有步进电机(3)，步进电机(3)通过联轴器(4)与丝杠(5)连接；步进电机(3)用于驱动丝杠(5)转动，丝杠(5)的转动带动安装在丝杠(5)上的Y向滑块沿Y方向移动；

所述的Z向滑动模组，包括Z向滑块、丝杠(5)和模组底板(7)，Z向滑动模组通过连接板(10)安装在Y向滑块上，Z向滑动模组上安装有步进电机(3)，步进电机(3)通过联轴器(4)与丝杠(5)连接；步进电机(3)用于驱动丝杠(5)转动，丝杠(5)的转动带动安装在丝杠(5)上的Z向滑块沿Z方向移动；

其中，两组X向滑动模组、一组Y向滑动模组和一组Z向滑动模组，相互间滑动方向两两垂直；

所述的工业相机(1)共有两台，安装在相机连接板(2)两端，相机连接板(2)中部与Z向滑块连接；

所述的旋转台，包括旋转台底座(15)、锁紧螺丝(16)、粗精调切换螺丝(17)、微分头(18)、刻度盘(19)和旋转手柄(20)；旋转台底座(15)安装在支架(6)底端；旋转台底座(15)的侧边上设置有粗精调切换螺丝(17)、刻度盘(19)和旋转手柄(20)；粗精调切换螺丝(17)的两侧安装有锁紧螺丝(16)和微分头(18)；所述的锁紧螺丝(16)用于锁紧旋转台；所述的粗精调切换螺丝(17)用于切换调节模式，当粗精调切换螺丝(17)松开时旋转手柄(20)处于工作状态，当粗精调切换螺丝(17)锁紧时微分头(18)处于工作状态；所述的刻度盘(19)安装在旋转台底座(15)上；

所述的角位台安装在旋转台上，角位台设置有用于驱动角位台转动的角位台Y轴调节螺丝(21)和角位台X轴调节螺丝(22)；

所述的放置板(14)安装在角位台之上；

所述测量方包括以下步骤：

第一步，对两台工业相机(1)进行相机标定，获取两台工业相机(1)的内参矩阵k₁、k₂和两台相机间的旋转矩阵R、平移矩阵T；

第二步，将带有靶标ArUco码的管片放置在放置板(14)上，建立靶标ArUco码坐标系oxyz，靶标ArUco码的左上角点为靶标坐标系原点o，x轴方向为o点指向右上角点，y轴方向为o点指向左下角点，z轴方向为经过o点且垂直靶标ArUco码所在的平面的直线；使靶标ArUco码的坐标系的x轴与角位台X轴调节螺丝(22)的轴线平行，使靶标ArUco码的坐标系的Y轴与角位台Y轴调节螺丝(21)的轴线平行；调解X向滑动模组、Y向滑动模组和Z向滑动模组，使工业相机(1)对准管片上的靶标ArUco码；获取靶标ArUco码左上角点在两工业相机(1)像素平面的坐标值，由双目汇聚模型求取左上角点在左相机坐标系下的坐标值x、y、z；

第三步，两台工业相机(1)识别靶标ArUco码并获取靶标ArUco码外轮廓的四个角点在像素平面的坐标，由PnP算法求解出靶标坐标系相对于左相机坐标系的旋转矩阵R₁，进而求出靶标ArUco码坐标系绕左相机坐标系的三个欧拉角α、β、γ，其中α是指靶标坐标系绕左相机坐标系X轴的旋转角度，β是指靶标坐标系绕左相机坐标系Y轴的旋转角度，γ是指靶标坐标系绕左相机坐标系Z轴的旋转角度；

第四步，对x轴平移误差进行测量；松开锁紧螺丝(16)和粗精调切换螺丝(17)，转动旋转手柄(20)使γ的数值逼近0，锁紧粗精调切换螺丝(17)，调节微分头(18)使γ＝0，调节角位台Y轴调节螺丝(21)使β＝0，调节角位台X轴调节螺丝(22)使α＝0，使用PLC控制器移动Y向滑块使y＝0；记录此时x的数值为x₁，通过PLC控制器给定X向滑块的移动距离x₂，再次记录此时x的数值为x₃，则此次X轴平移误差Δx＝x₃-x₁-x₂；重复测量得到多个Δx，求其平均值即为x轴平移的相对误差；

第五步，对y轴平移误差进行测量；使用PLC控制器移动X向滑块使x＝0；记录此时y的数值为y₁，通过PLC控制器给定Y向滑块的移动距离y₂，再次记录此时y的数值为y₃，则此次Y轴平移误差Δy＝y₃-y₁-y₂；重复测量得到多个Δy，求其平均值即为y轴平移的相对误差；

第六步，对z轴平移误差进行测量，使用PLC控制器移动Y向滑块使y＝0；记录此时z的数值为z₁，通过PLC控制器给定Z向滑块的移动距离z₂，再次记录此时z的数值为z₃，则此次Z轴平移误差Δz＝z₃-z₁-z₂；重复测量得到多个Δz，求其平均值即为z轴平移的相对误差；

第七步，对绕z轴的转角误差进行测量；调节Z向滑块使靶标能够在相机视野内清楚成像；记录此时γ的数值为γ₁，松开粗精调切换螺丝(17)，转动旋转手柄(20)并调节微分头(18)给定绕z轴的转角度数γ₂，再次记录此时γ的数值为γ₃，则此次绕z轴的转角误差Δγ＝γ₃-γ₁-γ₂；重复测量得到多个Δγ，求其平均值即为绕z轴的转角误差；

第八步，对绕y轴的转角误差进行测量；转动旋转手柄(20)并调节微分头(18)使γ＝0，锁紧粗精调切换螺丝(17)和锁紧螺丝(16)；记录此时β的数值为β₁，调节角位台Y轴调节螺丝(21)给定绕y轴的转角度数β₂，再次记录此时β的数值为β₃，则此次绕y轴的转角误差Δβ＝β₃-β₁-β₂；重复测量得到多个Δβ，求其平均值即为绕y轴的转角误差；

第九步，对绕x轴的转角误差进行测量；调节角位台Y轴调节螺丝(21)使β＝0；记录此时α的数值为α₁，调节角位台x轴调节螺丝(22)给定绕X轴的转角度数α₂，再次记录此时α的数值为α₃，则此次绕x轴的转角误差Δα＝α₃-α₁-α₂；重复测量得到多个Δα，求其平均值即为绕x轴的转角误差；

按照上述步骤准确获取使用靶标ArUco码间接测量管片位姿的六自由度相对误差。