[发明专利]空间杆件倾斜角度的非接触式测量设备及测量方法

权利要求书

1.一种空间杆件倾斜角度的非接触式测量方法，其特征在于，采用测量设备进行测量，所述测量设备包括用于对待测杆件进行拍摄的拍摄装置以及设置在所述拍摄装置内的拍摄装置空间姿态定位模块、图像识别模块以及计算分析模块，所述拍摄装置空间姿态定位模块用于定位和识别所述拍摄装置的空间姿态，所述图像识别模块用于识别拍摄视野中所述待测杆件轴线在拍摄面上的成像，所述计算分析模块用于根据所述拍摄装置空间姿态定位模块和图像识别模块识别和记录的参数，进行空间坐标的转化，计算所述待测杆件的倾斜角度；

所述测量方法包括如下步骤：

1)建立全局空间直角坐标系O-XYZ、拍摄装置局部空间直角坐标系o-xyz以及局部平面直角坐标系o′-x′z′，所述全局空间直角坐标系O-XYZ用于描述所述待测杆件的空间倾斜角度、相对坐标轴或坐标平面的倾斜角度、空间向量、空间平面；所述拍摄装置局部空间直角坐标系o-xyz用于描述每次拍摄时所述拍摄装置的空间姿态；所述局部平面直角坐标系o′-x′z′用于在拍摄面内描述待测杆件轴线投影方向；

2)确定待测杆件，在第一拍摄方向采用所述拍摄装置对所述待测杆件进行第一次拍摄，得到第一组角度参数θ₍₁₎、φ₍₁₎、γ₍₁₎，所述计算分析模块根据所述第一组角度参数计算得到待测杆件轴线所处第一空间平面的法向向量

3)在第二拍摄方向下采用所述拍摄装置对所述待测杆件进行第二次拍摄，得到第二组角度参数θ₍₂₎、φ₍₂₎、γ₍₂₎，所述计算分析模块根据所述第二组角度参数计算得到所述待测杆件轴线所处第二空间平面的法向向量

4)所述计算分析模块根据第一空间平面的法向向量第二空间平面的法向向量计算所述待测杆件轴线所处空间方向的方向向量

5)所述计算分析模块根据方向向量计算待测杆件轴线相对水平面或其他平面的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一拍摄方向与所述待测杆件轴向不平行。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第二拍摄方向需保证所述第一拍摄方向和第二拍摄方向与所述待测杆件不在同一空间平面内。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述角度参数中θ为拍摄方向在全局空间直角坐标系O-XYZ中水平面的投影与X轴之间的夹角，φ为拍摄方向与全局空间直角坐标系O-XYZ中水平面之间的夹角，γ为待测杆件轴线方向与局部平面直角坐标系o′-x′z′的z′轴之间的夹角。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)中的空间平面的法向向量为：所述待测杆件的轴线位于以拍摄方向的单位向量与待测杆件在拍摄面上的投影方向的单位向量的矢量积为法向的平面内，将该法向向量为

法向向量按照如下公式计算得到：

式中，为拍摄方向上的单位向量；

为待测杆件轴线在拍摄面上的投影方向的单位向量。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述拍摄方向上的单位向量与局部平面直角坐标系o-xyz中的y轴重合。

7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述空间平面的法向向量计算公式中的通过下式计算得到：

式中，θ、φ和γ为对应拍摄得到的角度参数。

8.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述待测杆件轴线所处空间方向的方向向量通过如下公式计算得到：