[发明专利]一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置

说明书

本发明公布了一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，主要由激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B、激光部件C、图像采集部件D、靶标I、目标物体II组成。通过调整激光X轴旋转部件(B)和激光Y轴旋转部件(A)使激光部件(C)的测点处于目标物体(II)上的靶标(I)上，由图像采集部件(D)对靶标(I)进行图像采集，经过图像处理，不断优化激光测点位置，最终使激光测点位于靶标(I)中心，精确定位靶标(I)位置；在靶标(I)中心点附近的小区域内，利用激光部件(C)扫描获得一系列距离数据，再基于距离数据和传感器倾角，采用空间平面拟合方法，解算获得靶标(I)空间位置和姿态，从而准确、快速、稳定、连续地实现对空间目标物体的位置测量和姿态测量。

技术领域

本发明属于目标物体三维姿态位置测量领域，尤其涉及一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置。

背景技术

随着现代工业的不断发展，在一些需要进行大范围高精度现场实时测量的场合，如高速铁路的轨道板安装调校、精密数控机床的部件安装、大型水轮发电机组的安装调试、大型升船机与机电设备的安装检测、高能粒子加速器磁铁安装调校测量，以及在船舶工业、飞机装配和汽车制造业的产品组装检测，装配工艺的精细化程度越来越高，对安装精度的要求也越来越高，甚至要求在这些大结构尺寸上达到诸如0.01～0.05mm的计量级精度。传统的测量方法，存在测量范围窄，无法现场测量以及对环境的要求高的缺点，已无法满足现代测量的要求。目前国内研发的相关产品基本都存在测量效率低、测量精度低、稳定性较差、使用不方便的缺点，而国外产品普遍造价非常昂贵并且使用方法比较复杂。

综上所述，目标物体三维姿态位置测量技术的发展迫切需要一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，可以准确、快速、稳定、连续地对目标进行三维姿态和位置的测量。设计开发出一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，具有重要意义与实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，可以实现对空间目标物体的精确定位和三维姿态测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，主要由激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B、激光部件C、图像采集部件D、Z轴移动部件E、Y轴移动部件F、基座G、靶标I、目标物体II组成。其中，Y轴移动部件F固定在基座G上并通过车床拖板与Z轴移动部件E相连，Z轴移动部件E固定在支柱下表面，激光X轴旋转部件B通过连接件固定在支柱的上表面，激光Y轴旋转部件A通过连接件固定在激光X轴旋转部件B上，激光部件C通过连接件固定在激光Y轴旋转部件A上，图像采集部件D通过连接件固定在支柱下表面，目标物体II位于图像采集部件D的视场范围内，靶标I固定在目标物体II靠近图像采集部件D的侧面。为确保测量精度，激光X轴旋转部件B与激光Y轴旋转部件A的旋转中心应尽量相交于激光射线延长线上。

进一步地，激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B主要由Y轴转台、激光Y轴旋转编码器及X轴转台、激光X轴旋转编码器组成，实现激光位移传感器绕X轴和绕Y轴的旋转运动和绕X轴和绕Y轴的旋转角度数据输出。其中，Y轴旋转编码器通过一块U型连接件与Y轴转台相连，Y轴转台通过一块L型连接件固定在支柱上表面；X轴旋转编码器通过一块U型连接件与X轴转台相连，X轴转台固定在支柱上表面。

进一步地，Y轴移动部件F主要由步进电机和丝杠组成，实现图像采集部件I和激光部件II的+Y和-Y方向移动。

进一步地，Z轴移动部件E主要由步进电机和丝杠组成，实现图像采集部件I和激光部件II的+Z和-Z方向移动。

进一步地，图像采集部件D主要由红外相机和一块L型连接件组成，实现目标物体上靶标的图像采集。其中红外相机通过L型连接件固定在支柱上沿Z轴正向。