[发明专利]一种视觉测量装置中回转台中心轴线的空间方位标定方法

摘要

本发明提供一种视觉测量装置中回转台中心轴线的空间方位标定方法，该方法步骤为：1、将由标定球和球杆组成的整体组件固定在回转台的台面上，并偏离回转台的中心轴线；2、使回转台转动到各个角度位置，并使三维移动桥架带动图像采集装置运动以对准标定球并且采集具有相同清晰程度和位置居中的标定球的图像，记录下此时每个位置处的X、Y、Z三个直线轴的光栅尺读数；3、对所记录的数据进行最小二乘拟合和坐标变换，进而解算得到回转台的中心轴线在视觉测量装置的机器坐标系中的单位方向向量和原点坐标，从而确定其在机器坐标系中的空间方位。本发明原理简单、应用方便，解决了回转体零件视觉测量中的关键问题。

主权项

1.一种视觉测量装置中回转台中心轴线的空间方位标定方法，所述视觉测量装置包括工作台(1)、回转台(2)、图像采集装置(3)、相机安装座(4)和三维移动桥架(5)。该测量装置具有四个运动轴，分别为X、Y、Z三个直线轴和一个回转轴A，并且X、Y、Z三个直线轴集成在一起，而回转轴A单独布置。所述视觉测量装置的X、Y、Z三个直线轴的运动由三维移动桥架(5)来实现，而回转轴A的运动由回转台(2)来实现。三维移动桥架(5)安装在工作台(1)上，X轴和Y轴位于水平面内，而Z轴位于竖直方向，并且符合右手定则；各轴均配备有气浮导轨和光栅尺，以确保各轴的运动平稳性和位移精度。相机安装座(4)固定在三维移动桥架(5)的Z轴的移动末端上，图像采集装置(3)安装在相机安装座(4)上，并且通过位姿调整使图像采集装置(3)的成像光轴与三维移动桥架(5)的X轴方向平行。回转台(2)的底座固定在工作台(1)上，并使回转台(2)位于三维移动桥架(5)的Y轴行程的中间位置，其中心轴线(8)处于某一固定的空间方位；回转台(2)内置圆光栅尺以实现各个回转角度位置的精确测量。该种视觉测量装置中回转台中心轴线的空间方位标定方法的特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、将标定球(7)和球杆(6)组合在一起并固定在回转台(2)的台面上，球杆(6)垂直安装在回转台(2)的台面上，而标定球(7)固定在球杆(6)的顶端，并且球杆(6)的安装位置偏离回转台(2)的中心轴线(8)；步骤二、使回转台(2)转动到0°位置处，即δ0位置，然后由三维移动桥架(5)带动图像采集装置(3)运动到成像位置，使图像采集装置(3)对准标定球(7)并且能够拍摄到达到规定清晰程度且位置居中的标定球(7)的图像，记录此位置处的三维移动桥架(5)中的X、Y和Z三个直线轴的光栅尺读数(X0,Y0,Z0)，记为P0；步骤三、使回转台(2)继续依次转动到δi位置处，i＝1,2,…,N，N≥2，N为整数，并且每次旋转的角度均相同，该角度为δ＝360°/(N+1)；步骤四、在每个角度位置δi处，通过图像采集装置(3)对准标定球(7)并进行拍摄，得到与δ0位置处的清晰程度相同且位置居中的标定球(7)的图像，依次记录每个位置处的三维移动桥架(5)中的X、Y和Z三个直线轴的光栅尺读数(Xi,Yi,Zi)，分别记为P1,P2,…,PN，则P0,P1,…,PN形成一个绕回转台(2)的中心轴线(8)的圆，而且P0,P1,…,PN均位于与回转台(2)的中心轴线(8)垂直的空间平面上；步骤五、采用最小二乘法拟合出P0,P1,…,PN所在空间平面的方程，从而确定该空间平面的法向向量，而该空间平面的法向向量即为回转台(2)的中心轴线(8)的空间方向向量，再将中心轴线(8)的空间方向向量转化为单位向量，即可得到回转台(2)的中心轴线(8)的单位方向向量(l,m,n)，以确定中心轴线(8)的空间方向；步骤六、采用最小二乘法拟合和坐标变换确定出P0,P1,…,PN所在圆的圆心OR的坐标(XR,YR,ZR)，即为回转台(2)的中心轴线(8)的原点坐标，从而确定中心轴线(8)的空间位置。再结合步骤五得到的回转台(2)的中心轴线(8)的空间方向，最后确定中心轴线(8)的空间方位。