[发明专利]一种应用于三坐标测量机的视觉检测标定方法

摘要

本发明属于三维视觉测量领域，涉及一种应用于三坐标测量机的视觉检测标定方法。该方法通过三坐标测量机和双目三维扫描仪分别测量三个哑光陶瓷球，分别计算三个哑光陶瓷球在双目三维扫描仪坐标系和三坐标测量机坐标系下的球心坐标，求出两个坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，从而完成对双目三维扫描仪和三坐标测量机之间的标定，该方法可以实现双目扫描仪代替三坐标测量机对工件的三维信息进行测量，使测量速度更快，测量结果更精确，提高生产线的生产效率。

主权项

1.本发明设计了一种应用于三坐标测量机的视觉检测标定方法，其特征是，包括下列步骤：步骤1：将双目三维扫描仪和三个哑光陶瓷球(球1、球2和球3)分别固定到设定的位置，启动三维扫描仪的双目标定程序进行标定，建立双目三维扫描仪坐标系O‑XYZ；步骤2：使用步骤1标定完成后的双目三维扫描仪对所述的三个哑光陶瓷球进行扫描，在扫描三个哑光陶瓷球之前，使用所述的三维扫描仪对三个哑光陶瓷球投射结构光，获取三个哑光陶瓷球的三维点云信息；步骤3：对步骤2所得的三个哑光陶瓷球三维点云进行去噪处理，去除因为遮挡等问题造成的离群点及噪声数据，使采集到的三维点云平顺光滑，保持点云数据的几何特征信息；步骤4：分别对步骤3得到的三个哑光陶瓷球的三维点云使用最小二乘法拟合得到三个球心的坐标，球1的球心坐标O₁(x₁，y₁，z₁)，球2的球心O₂(x₂，y₂，z₂)，球3的球心O₃(x₃，y₃，z₃)，按照公式(1)计算平面O₁O₂O₃的法向量a₁＝(y₂‑y₁)×(z₃‑z₁)‑(y₃‑y₁)×(z₂‑z₁)b₁＝(z₂‑z₁)×(x₃‑x₁)‑(z₃‑z₁)×(x₂‑x₁)    公式(1)c₁＝(x₂‑x₁)×(y₃‑y₁)‑(x₃‑x₁)×(y₂‑y₁)步骤5：启动三坐标测量机，建立三坐标测量机坐标系O‑UVW，用三坐标测量机探头接触三个哑光陶瓷球表面，每个球分别获得6个非共面的球面点在坐标系O‑UVW的三维坐标，球1的6个非共面点坐标分别为：A₁(L₁，M₁，N₁)、B₁(L₂，M₂，Z₂)、C₁(L₃，M₃，N₃)、D₁(L₄，M₄，N₄)、E₁(L₅，M₅，N₅)、F₁(L₆，M₆，Z₆)，球2的6个非共面点坐标分别为：A₂(L₁′，M₁′，N₁′)、B₂(L₂′，M₂′，Z₂′)、C₂(L₃′，M₃′，N₃′)、D₂(L₄′，M₄′，N₄′)、E₂(L₅′，M₅′，N₅′)、F₂(L₆′，M₆′，Z₆′)，球3的6个非共面点坐标分别为：A₃(L₁″，M₁″，N₁″)、B₃(L₂″，M₂″，Z₂″)、C₃(L₃″，M₃″，N₃″)、D₃(L₄″，M₄″，N₄″)、E₃(L₅″，M₅″，N₅″)、F₃(L₆″，M₆″，Z₆″)，分别利用最小二乘法拟合得到三个哑光陶瓷球的三个球心坐标，球1的球心坐标O₁′(u₁，v₁，w₁)，球2的球心坐标O₂′(u₂，v₂，w₂)，球3的球心坐标O₃′(u₃，v₃，w₃)，按照公式(2)计算平面O₁′O₂′O₃′的法向量a₂＝(v₂‑v₁)×(w₃‑w₁)‑(v₃‑v₁)×(w₂‑w₁)b₂＝(w₂‑w₁)×(u₃‑u₁)‑(w₃‑w₁)×(u₂‑u₁)    公式(2)c₂＝(u₂‑u₁)×(v₃‑v₁)‑(u₃‑u₁)×(v₂‑v₁)步骤6：利用步骤4求得的三个哑光陶瓷球在坐标系O‑XYZ的球心坐标和步骤5求得的三个哑光陶瓷球在坐标系O‑UVW的球心坐标，按照公式(3)计算坐标系O‑XYZ相对于坐标系O‑UVW的平移矩阵T；步骤7：设坐标系O‑XYZ逆时针绕旋转轴L旋转得到坐标系O‑UVW，设旋转轴的方向向量按照公式(4)求得旋转角θ，按照公式(5)求得旋转轴的方向向量θ＝arccos(a₁a₂+b₁b₂+c₁c₂)    公式(4)公式(5)中：a＝b₁×c₂‑c₁×b₂b＝c₁×a₂‑a₁×c₂c＝a₁×b₂‑b₁×a₂步骤8：按照公式(6)，利用步骤7求得的旋转角θ和旋转轴的方向向量计算坐标系O‑XYZ相对于坐标系O‑UVW的旋转矩阵R，利用步骤4求得的平面O₁O₂O₃的法向量和步骤5求得的平面O₁O₂O₃的法向量按照公式(7)得出坐标系O‑XYZ相对于坐标系O‑UVW的转换关系；双目三维扫描仪与三坐标测量机之间的标定完成。