空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置和測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置和測(cè)量方法，用于空間動(dòng)態(tài)角度的實(shí)時(shí)測(cè)量。本發(fā)明空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置包括有動(dòng)態(tài)角度傳感器、合作目標(biāo)靶板和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是一種低成本、高精度、易于操作的測(cè)量設(shè)備。本發(fā)明測(cè)量方法通過(guò)由兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)、高精度光學(xué)成像系統(tǒng)和通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)角度傳感器識(shí)別并跟蹤合作目標(biāo)靶板，將空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為基于機(jī)器視覺(jué)的目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤問(wèn)題，使之成為計(jì)量科學(xué)中的新方法，豐富了視覺(jué)測(cè)量技術(shù)內(nèi)涵，可滿(mǎn)足工業(yè)、軍事和科學(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)域在該方面的測(cè)試或計(jì)量需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置和測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于三維空間中轉(zhuǎn)動(dòng)物體動(dòng)態(tài)角度的測(cè)量方法和測(cè)量裝置，具體地說(shuō)是一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置和測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]角度測(cè)量是計(jì)量科學(xué)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展，在精密加工、航空航天、水利交通建設(shè)、大地測(cè)量等諸多領(lǐng)域都對(duì)角度的測(cè)量方法和測(cè)量精度提出了越來(lái)越高的要求。因此，研制高精度角度測(cè)量?jī)x器具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有的角度測(cè)量方法主要有:機(jī)械測(cè)量方法、電磁測(cè)量方法、視覺(jué)測(cè)量方法及光電測(cè)量方法等。機(jī)械測(cè)量方法早期應(yīng)用較多，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但設(shè)備體積龐大，測(cè)量精度低、測(cè)量延時(shí)大、多數(shù)情況下不能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量；電磁測(cè)量方法利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量角度，測(cè)量精度高、測(cè)量速度快，但不能應(yīng)用于非接觸式測(cè)量；光學(xué)方法測(cè)量角度具有非接觸、高精度和高靈敏度的特點(diǎn)，尤其是隨著激光光源的發(fā)展和精密傳感器的出現(xiàn)使光電測(cè)角的測(cè)量精度不斷提高，其典型代表設(shè)備就是激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，具有高精度、高效率、實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量、安裝快捷、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，但激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)造價(jià)高，如FARO公司的單臺(tái)設(shè)備約120萬(wàn)人民幣；視覺(jué)測(cè)量方法是計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)、光電技術(shù)的綜合應(yīng)用，具有非接觸、高速度、實(shí)時(shí)性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0004]激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的工作原理是，在目標(biāo)點(diǎn)上安置一個(gè)反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光照射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束被檢測(cè)系統(tǒng)所接收，用來(lái)測(cè)算目標(biāo)的空間位置。簡(jiǎn)單的說(shuō)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)所要解決的問(wèn)題是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地跟蹤一個(gè)在空間中運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，同時(shí)確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)在工業(yè)上可實(shí)現(xiàn)工件表面的檢測(cè)和驗(yàn)證、大尺寸部件測(cè)量、機(jī)器人空間位姿調(diào)整、系統(tǒng)及部件裝配，以及工裝檢測(cè)和研發(fā)等諸多角度測(cè)量功能，但存在設(shè)備造價(jià)高等缺點(diǎn)。視覺(jué)測(cè)量方法的工作原理是利用單個(gè)手持相機(jī)從空間不同位置姿態(tài)下拍攝被測(cè)物體，獲取多幅測(cè)量圖像，利用視覺(jué)測(cè)量理論結(jié)合近景攝影測(cè)量理論中的共線性、共面性約束建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)大尺寸空間內(nèi)點(diǎn)三維坐標(biāo)的精密測(cè)量。視覺(jué)測(cè)量方法雖然具有非接觸、高速度、實(shí)時(shí)性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但只能測(cè)量輸入空間角的起至兩個(gè)時(shí)刻的位置信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)測(cè)量，同時(shí)對(duì)測(cè)量環(huán)境有較高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一就是提供一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，解決現(xiàn)有空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量精度難以提高的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的目的之二就是提供一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)三維空間動(dòng)態(tài)角度的高精度測(cè)量。
[0007]本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，包括有: 動(dòng)態(tài)角度傳感器，與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，用于檢測(cè)被測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)角度的變化；
合作目標(biāo)靶板，作為被測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)角度變化的參照物設(shè)置于被測(cè)對(duì)象的前方；以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，與所述動(dòng)態(tài)角度傳感器相連，用于對(duì)所述動(dòng)態(tài)角度傳感器進(jìn)行合作目標(biāo)的搜索控制，并對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到被測(cè)對(duì)象的空間動(dòng)態(tài)角度值；
所述動(dòng)態(tài)角度傳感器由兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)、高精度光學(xué)成像系統(tǒng)和通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)所組成；所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)安裝于所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)的承載平臺(tái)上，通過(guò)所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，改變光學(xué)成像視場(chǎng)；在所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)中內(nèi)置有絕對(duì)光電編碼器，所述絕對(duì)光電編碼器用以輸出俯仰角和/或方位角的變化值。
[0008]在所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)中內(nèi)置有絕對(duì)光電編碼器，用以輸出伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作的俯仰角和方位角。
[0009]在所述合作目標(biāo)靶板的靶板上設(shè)有粗細(xì)不同的十字分劃。
[0010]所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由控制電路、視覺(jué)合作目標(biāo)識(shí)別跟蹤模塊、動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償模塊和數(shù)據(jù)記錄輸出模塊所組成；所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)和所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)分別與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。
[0011]所述動(dòng)態(tài)角度傳感器通過(guò)所述通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)對(duì)象上；當(dāng)被測(cè)對(duì)象發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或空間位姿變化時(shí)，在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制下，實(shí)時(shí)跟蹤所述合作目標(biāo)靶板，使得所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃始終與所述光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合。
[0012]所述合作目標(biāo)靶板放置于被測(cè)對(duì)象前方，使之能夠被所述動(dòng)態(tài)角度傳感器上的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)捕捉到。
[0013]本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量方法，包括以下步驟:
a、將空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置中的合作目標(biāo)靶板置于被測(cè)對(duì)象的前方，將動(dòng)態(tài)角度傳感器通過(guò)其上的通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)對(duì)象上，并將所述動(dòng)態(tài)角度傳感器中的兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)的俯仰角和方位角與被測(cè)對(duì)象的空間位姿指向調(diào)整為一致，將此刻所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)中內(nèi)置的絕對(duì)光電編碼器歸零；
b、利用空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制所述動(dòng)態(tài)角度傳感器自動(dòng)識(shí)別所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃，并使所述動(dòng)態(tài)角度傳感器中的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的該十字分劃圖像與高精度光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄此刻的所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值，并提示被測(cè)對(duì)象開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；
C、在被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，所述動(dòng)態(tài)角度傳感器在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制下實(shí)時(shí)跟蹤所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃，并使所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的該十字分劃圖像與高精度光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同時(shí)記錄被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的圖像序列和所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值；
d、被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，所述動(dòng)態(tài)角度傳感器在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制下，停止跟蹤所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄此刻的所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值；
e、所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟b、C、d中的所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值，通過(guò)空間角度傳遞模型和對(duì)動(dòng)態(tài)跟蹤誤差的補(bǔ)償計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象的空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0014]所述動(dòng)態(tài)角度傳感器通過(guò)所述通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)對(duì)象上；當(dāng)被測(cè)對(duì)象發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或空間位姿變化時(shí)，在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制下，實(shí)時(shí)跟蹤所述合作目標(biāo)靶板，使得所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃始終與所述光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合。
[0015]所述合作目標(biāo)靶板放置于被測(cè)對(duì)象前方，使之能夠被所述動(dòng)態(tài)角度傳感器上的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)捕捉到。
[0016]根據(jù)所述動(dòng)態(tài)角度傳感器與所述合作目標(biāo)靶板之間的距離，選擇跟蹤不同粗細(xì)的十字分劃，使得所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取到高清晰度的十字分劃圖像。
[0017]測(cè)量過(guò)程中對(duì)圖像序列進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，補(bǔ)償因所述動(dòng)態(tài)角度傳感器對(duì)所述合作目標(biāo)靶板十字分劃的跟蹤誤差而造成的角度偏差。
[0018]本發(fā)明將動(dòng)態(tài)角度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為合作目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤，通過(guò)動(dòng)態(tài)角度傳感器上的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)合作目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤，巧妙地將被測(cè)角度變化量傳遞至動(dòng)態(tài)角度傳感器上，形成兩軸伺服機(jī)構(gòu)的俯仰角和方位角的變化量，而該變化量可通過(guò)內(nèi)置的絕對(duì)光電編碼器獲取。本發(fā)明無(wú)需測(cè)量合作目標(biāo)與被測(cè)對(duì)象之間的距離，既保留了激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)角度測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，又大大降低了成本。本發(fā)明還可在動(dòng)態(tài)角度測(cè)量過(guò)程中利用動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償模塊進(jìn)行軟件誤差補(bǔ)償，從而進(jìn)一步提高測(cè)量精度。
[0019]本發(fā)明將激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性和視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的低成本性相結(jié)合，形成了一種全新的動(dòng)態(tài)角度測(cè)量方法，該方法的推廣應(yīng)用，將會(huì)大大降低角度測(cè)量設(shè)備的成本，提高角度測(cè)量精度、速度和自動(dòng)化程度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是動(dòng)態(tài)角度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明測(cè)量裝置的使用狀態(tài)參考圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量工作流程圖。
[0024]圖5是動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償算法工作流程圖。
[0025]圖中:1、動(dòng)態(tài)角度傳感器，2、合作目標(biāo)靶板，3、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，4、兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)，5、高精度光學(xué)成像系統(tǒng)，6、通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)，7、俯仰軸，8、滾轉(zhuǎn)軸，9、被測(cè)對(duì)象。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置和測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置包括有動(dòng)態(tài)角度傳感器1、合作目標(biāo)靶板2和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3。動(dòng)態(tài)角度傳感器I用于檢測(cè)被測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)角度的變化；合作目標(biāo)靶板2作為被測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)角度變化的參照物；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3與動(dòng)態(tài)角度傳感器I相連，對(duì)動(dòng)態(tài)角度傳感器I進(jìn)行合作目標(biāo)的搜索控制，并對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到被測(cè)對(duì)象的空間動(dòng)態(tài)角度值。
[0028]如圖2所示，動(dòng)態(tài)角度傳感器I由兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4、高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5和通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)6所組成。其中，兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4的前部設(shè)置有承載平臺(tái)，承載平臺(tái)通過(guò)俯仰軸7與前部機(jī)體相接，前部機(jī)體通過(guò)滾轉(zhuǎn)軸8與后部機(jī)體相接，滾轉(zhuǎn)軸8的軸線與俯仰軸7的軸線在水平面內(nèi)相互垂直。在兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4中內(nèi)置有絕對(duì)光電編碼器，絕對(duì)光電編碼器可輸出伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作的俯仰角和方位角。高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5安裝在兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4前端的承載平臺(tái)上，在兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4的帶動(dòng)下，改變光學(xué)成像視場(chǎng)，并可獲取高質(zhì)量的圖像。動(dòng)態(tài)角度傳感器I中的通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)6將動(dòng)態(tài)角度傳感器I本身固定于被測(cè)對(duì)象9的前端(圖3)。
[0029]如圖3所示，合作目標(biāo)靶板2設(shè)置在被測(cè)對(duì)象9的前部，與被測(cè)對(duì)象9相對(duì)，其靶板上具有粗細(xì)不同的十字分劃，作為不同的參照物。根據(jù)被測(cè)對(duì)象9與合作目標(biāo)靶板2的距離的不同，可選擇粗細(xì)不同的十字分劃作為具體的參照目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，距離遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)選擇粗十字分劃，以保證高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5能夠捕獲到高清晰度的十字分劃圖像。
[0030]數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3由控制電路、視覺(jué)合作目標(biāo)識(shí)別跟蹤模塊、動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償模塊和數(shù)據(jù)記錄輸出模塊所組成。兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4和高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3相連。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3可控制動(dòng)態(tài)角度傳感器I跟蹤合作目標(biāo)靶板2上的十字分劃，獲取十字分劃圖像序列，讀取絕對(duì)光電編碼器的輸出值；同時(shí)可根據(jù)十字分劃圖像序列進(jìn)行高精度的動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償。
[0031]下面結(jié)合機(jī)器人手臂空間姿態(tài)角度的測(cè)量，說(shuō)明本發(fā)明動(dòng)態(tài)角度測(cè)量方法的具體步驟:
1、如圖3所示，將本發(fā)明空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置中的動(dòng)態(tài)角度傳感器I通過(guò)其上的通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)6固定于作為被測(cè)對(duì)象9的機(jī)器人手臂上；將合作目標(biāo)靶板2置于被測(cè)對(duì)象9的前方。此時(shí)，動(dòng)態(tài)角度傳感器I前端的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5的中心指向與機(jī)器人手臂的中心重合，兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4中的絕對(duì)光電編碼器輸出歸零。
[0032]2、如圖1所示，動(dòng)態(tài)角度傳感器I在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3中的視覺(jué)合作目標(biāo)識(shí)別跟蹤模塊的作用控制下，搜索合作目標(biāo)靶板2上的十字分劃，搜索到之后，繼續(xù)調(diào)整動(dòng)態(tài)角度傳感器I中的兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4 (圖2)，使得高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5獲取的十字分劃圖像與其上的電十字分劃相重合，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3記錄此刻絕對(duì)光電編碼器的輸出值，并提示可以開(kāi)始調(diào)整機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0033]3、在機(jī)器人手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)角度傳感器I在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3的控制下始終跟蹤合作目標(biāo)靶板2上的十字分劃，并使高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5獲取的十字分劃圖像與其上的電十字分劃相重合，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3實(shí)時(shí)存儲(chǔ)被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5獲取的十字分劃圖像序列，并實(shí)時(shí)記錄絕對(duì)光電編碼器的輸出值。
[0034]4、機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，動(dòng)態(tài)角度傳感器I在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3的控制下停止跟蹤合作目標(biāo)靶板2上的十字分劃，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3記錄此刻絕對(duì)光電編碼器的輸出值。
[0035]5、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3針對(duì)機(jī)器人手臂在轉(zhuǎn)動(dòng)前、轉(zhuǎn)動(dòng)中以及停止后通過(guò)高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5所獲取的圖像序列和在此過(guò)程中絕對(duì)光電編碼器的輸出值進(jìn)行分析，并通過(guò)建立的空間角度傳遞模型以及通過(guò)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償模塊對(duì)動(dòng)態(tài)跟蹤誤差補(bǔ)償?shù)挠?jì)算，即可得到機(jī)器人手臂調(diào)整過(guò)程中的空間動(dòng)態(tài)角度變化值；最后通過(guò)數(shù)據(jù)記錄輸出模塊可以輸出該測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0036]本發(fā)明空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量的上述工作流程如圖4所示。
[0037]本發(fā)明所述的動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償算法的工作流程圖如圖5所示，在兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)4動(dòng)作過(guò)程中實(shí)時(shí)采集高精度光學(xué)成像系統(tǒng)5所獲取的十字分劃圖像，根據(jù)其與電十字分劃的偏移量建立和角度誤差之間的補(bǔ)償模型，對(duì)每個(gè)時(shí)刻的俯仰角和方位角的數(shù)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而獲得高精度動(dòng)態(tài)角度測(cè)量結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，包括有: 動(dòng)態(tài)角度傳感器，與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，用于檢測(cè)被測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)角度的變化； 合作目標(biāo)靶板，作為被測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)角度變化的參照物設(shè)置于被測(cè)對(duì)象的前方；以及 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，與所述動(dòng)態(tài)角度傳感器相連，用于對(duì)所述動(dòng)態(tài)角度傳感器進(jìn)行合作目標(biāo)的搜索控制，并對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到被測(cè)對(duì)象的空間動(dòng)態(tài)角度值； 所述動(dòng)態(tài)角度 傳感器由兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)、高精度光學(xué)成像系統(tǒng)和通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)所組成；所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)安裝于所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)的承載平臺(tái)上，通過(guò)所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，改變光學(xué)成像視場(chǎng)；在所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)中內(nèi)置有絕對(duì)光電編碼器，所述絕對(duì)光電編碼器用以輸出俯仰角和/或方位角的變化值。
2.如權(quán)利要求1所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，在所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)中內(nèi)置有絕對(duì)光電編碼器，用以輸出伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作的俯仰角和方位角。
3.如權(quán)利要求1所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，在所述合作目標(biāo)靶板的靶板上設(shè)有粗細(xì)不同的十字分劃。
4.如權(quán)利要求1所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由控制電路、視覺(jué)合作目標(biāo)識(shí)別跟蹤模塊、動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償模塊和數(shù)據(jù)記錄輸出模塊所組成；所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)和所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)分別與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。
5.如權(quán)利要求1所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，所述動(dòng)態(tài)角度傳感器通過(guò)所述通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)對(duì)象上；當(dāng)被測(cè)對(duì)象發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或空間位姿變化時(shí)，在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制下，實(shí)時(shí)跟蹤所述合作目標(biāo)靶板，使得所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃始終與所述光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合。
6.如權(quán)利要求1所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，所述合作目標(biāo)靶板放置于被測(cè)對(duì)象前方，使之能夠被所述動(dòng)態(tài)角度傳感器上的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)捕捉到。
7.一種空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量方法，其特征是，包括以下步驟: a、將空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置中的合作目標(biāo)靶板置于被測(cè)對(duì)象的前方，將動(dòng)態(tài)角度傳感器通過(guò)其上的通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)對(duì)象上，并將所述動(dòng)態(tài)角度傳感器中的兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)的俯仰角和方位角與被測(cè)對(duì)象的空間位姿指向調(diào)整為一致，將此刻所述兩軸精密伺服機(jī)構(gòu)中內(nèi)置的絕對(duì)光電編碼器歸零； b、利用空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制所述動(dòng)態(tài)角度傳感器自動(dòng)識(shí)別所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃，并使所述動(dòng)態(tài)角度傳感器中的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的該十字分劃圖像與高精度光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄此刻的所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值，并提示被測(cè)對(duì)象開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)； C、在被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，所述動(dòng)態(tài)角度傳感器在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制下實(shí)時(shí)跟蹤所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃，并使所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的該十字分劃圖像與高精度光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同時(shí)記錄被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所述高精度光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的圖像序列和所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值； d、被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，所述動(dòng)態(tài)角度傳感器在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制下，停止跟蹤所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄此刻的所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值； e、所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟b、C、d中的所述絕對(duì)光電編碼器的輸出值，通過(guò)空間角度傳遞模型和對(duì)動(dòng)態(tài)跟蹤誤差的補(bǔ)償計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象的空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
8.如權(quán)利要求7所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，所述動(dòng)態(tài)角度傳感器通過(guò)所述通用機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)對(duì)象上；當(dāng)被測(cè)對(duì)象發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或空間位姿變化時(shí)，在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制下，實(shí)時(shí)跟蹤所述合作目標(biāo)靶板，使得所述合作目標(biāo)靶板上的十字分劃始終與所述光學(xué)成像系統(tǒng)中的電十字分劃相重合。
9.如權(quán)利要求7所述的空間動(dòng)態(tài)角度測(cè)量裝置，其特征是，所述合作目標(biāo)靶板放置于被測(cè)對(duì)象前方，使之 能夠被所述動(dòng)態(tài)角度傳感器上的高精度光學(xué)成像系統(tǒng)捕捉到。
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK104006789SQ201410260143
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】張勇, 馬東璽 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總裝備部軍械技術(shù)研究所