[发明专利]基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法

摘要

本发明涉及光笔式坐标测量机技术领域中，为解决光笔系统光靶标位置标定方法操作复杂、精度低的问题，实现光靶标位置精确标定的方法，操作简单可自动化进行，标定精度高，本发明提出的基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法，借助一台正交式三坐标测量机、一台标定好的工业相机、待标定的光笔以及一台主控计算机实现，将光笔固定在三坐标测量机的测量臂上，调整相机正对三坐标测量空间并保持不动，通过计算机编程控制三坐标测量机探针进行三维阵列式位移，在移动到的每个位置处，记录当前三坐标测量机探针的坐标信息，并结合透视投影成像原理，即可标定计算出光靶标的相对位置关系。本发明主要应用于坐标测量场合。

主权项

1.一种基于三坐标测量机移动光笔的光靶标位置标定方法，其特征是，借助一台正交式三坐标测量机、一台标定好的工业相机、待标定的光笔以及一台主控计算机实现，将光笔固定在三坐标测量机的测量臂上，调整相机正对三坐标测量空间并保持不动，通过计算机编程控制三坐标测量机探针进行三维阵列式位移，即带动光笔进行空间移动，在移动到的每个位置处，记录当前三坐标测量机探针的坐标信息，并进行光笔光靶标图像采集，根据三坐标机测量臂移动位置和各个位置处光笔上各个光靶标在像面的的成像点坐标，并结合透视投影成像原理，即可标定计算出光靶标的相对位置关系，将光笔固定在三坐标测量机测量臂上，摆放相机使三坐标测量机工作空间位于相机中心视场附近，通过计算机编程实现测量臂带动光笔进行三维阵列式位移，记录每个位置的处三坐标测量机探针的坐标，并对光笔进行图像采集，光笔上光靶标数目记为NP，三坐标测量机移动的位置点数记为NM，至少3个位置，光靶标在图像上的投影坐标记为(uij,vij)，三坐标测量机移动的位置坐标为(xMj,yMj,zMj)，其中i＝1,2...NP,j＝1,2...NM，则均以第一个位置(xM1,yM1,zM1)做原点的每支新光笔坐标系中，各光靶标的位置坐标即为(xPj,yPj,zPj)＝(xMj,yMj,zMj)‑(xM1,yM1,zM1)，设各支新光笔的光靶标在相机坐标系下的坐标为(xCij,yCij,zCij)，各支新光笔坐标系与相机坐标系之间的位置姿态关系参数为(α,β,γ,txi,tyi,tzi)，代表的含义是：首先将相机坐标原点按当前坐标系平移(txi,tyi,tzi)然后以右手螺旋方向为正旋转相机坐标系，先绕x轴旋转α，再绕y轴旋转β，最后绕z轴旋转γ，则此时相机坐标系与光笔坐标系重合，依上述规则有：设相机焦距为f，由光束平差法，可得目标函数：将已知参数代入目标函数进行最小二乘求解，即得到各支新光笔与相机坐标系的位姿关系(α,β,γ,txi,tyi,tzi)，(txi,tyi,tzi)即代表了原光笔各光靶标在相机坐标系下的位置，将其统一变换到光笔坐标系下，即完成了光笔光靶标位置关系的标定。