本發(fā)明涉及光筆式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中，一種結(jié)合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)現(xiàn)的光靶標(biāo)位置標(biāo)定的新方法。具體涉及基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)光筆的光靶標(biāo)位置標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

光筆式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種便攜式測(cè)量?jī)x器，具有精度高、測(cè)量范圍廣、便攜易操作等優(yōu)良特性，與此同時(shí)，還具有出色的隱藏點(diǎn)測(cè)量能力，是現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域常用的在線測(cè)量設(shè)備。光筆中光靶標(biāo)相對(duì)位置的參數(shù)直接參光筆測(cè)量模型求解，其標(biāo)定精度直接決定了光筆系統(tǒng)測(cè)量精度的高低，所以提高光靶標(biāo)位置標(biāo)定精度對(duì)光筆系統(tǒng)具有重大意義。當(dāng)前光筆光靶標(biāo)標(biāo)定主要有以下幾種方法：①對(duì)于所有光靶標(biāo)位于同一個(gè)平面的光筆，常采用影像儀進(jìn)行標(biāo)定；②對(duì)于光靶標(biāo)分布在多個(gè)平面的光筆，一般采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和影像儀結(jié)合的方法，通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定出平面間的距離，然后由影像儀標(biāo)定出各平面內(nèi)光靶標(biāo)的二維位置關(guān)系，最后轉(zhuǎn)換至同一坐標(biāo)系內(nèi)。上述標(biāo)定方法不僅操作復(fù)雜，而且精度低，標(biāo)定結(jié)果重復(fù)性差，制約了光筆系統(tǒng)測(cè)量精度的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決光筆系統(tǒng)光靶標(biāo)位置標(biāo)定方法操作復(fù)雜、精度低的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種結(jié)合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、基于機(jī)器視覺(jué)測(cè)量理論，實(shí)現(xiàn)光靶標(biāo)位置精確標(biāo)定的方法，操作簡(jiǎn)單可自動(dòng)化進(jìn)行，標(biāo)定精度高，為此，本發(fā)明提出的基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)光筆的光靶標(biāo)位置標(biāo)定方法技術(shù)方案是，借助一臺(tái)正交式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、一臺(tái)標(biāo)定好的工業(yè)相機(jī)、待標(biāo)定的光筆以及一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，將光筆固定在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量臂上，調(diào)整相機(jī)正對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量空間并保持不動(dòng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程控制三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探針進(jìn)行三維陣列式位移，即帶動(dòng)光筆進(jìn)行空間移動(dòng)，在移動(dòng)到的每個(gè)位置處，記錄當(dāng)前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探針的坐標(biāo)信息，并進(jìn)行光筆光靶標(biāo)圖像采集，根據(jù)三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量臂移動(dòng)位置和各個(gè)位置處光筆上各個(gè)光靶標(biāo)在像面的的成像點(diǎn)坐標(biāo)，并結(jié)合透視投影成像原理，即可標(biāo)定計(jì)算出光靶標(biāo)的相對(duì)位置關(guān)系。

一個(gè)實(shí)例中，將光筆固定在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量臂上，擺放相機(jī)使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作空間位于相機(jī)中心視場(chǎng)附近。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂帶動(dòng)光筆進(jìn)行三維陣列式位移，記錄每個(gè)位置的處三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探針的坐標(biāo)，并對(duì)光筆進(jìn)行圖像采集，光筆上光靶標(biāo)數(shù)目記為N_P，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)的位置點(diǎn)數(shù)記為N_M，至少3個(gè)位置，光靶標(biāo)在圖像上的投影坐標(biāo)記為(u_ij,v_ij)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)的位置坐標(biāo)為(x_Mj,y_Mj,z_Mj)，其中i＝1,2...N_P,j＝1,2...N_M，則均以第一個(gè)位置(x_M1,y_M1,z_M1)做原點(diǎn)的每支新光筆坐標(biāo)系中，各光靶標(biāo)的位置坐標(biāo)即為(x_Pj,y_Pj,z_Pj)＝(x_Mj,y_Mj,z_Mj)-(x_M1,y_M1,z_M1)，設(shè)各支新光筆的光靶標(biāo)在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x_Cij,y_Cij,z_Cij)，各支新光筆坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的位置姿態(tài)關(guān)系參數(shù)為(α,β,γ,t_xi,t_yi,t_zi)，代表的含義是：首先將相機(jī)坐標(biāo)原點(diǎn)按當(dāng)前坐標(biāo)系平移(t_xi,t_yi,t_zi)然后以右手螺旋方向?yàn)檎D(zhuǎn)相機(jī)坐標(biāo)系，先繞x軸旋轉(zhuǎn)α，再繞y軸旋轉(zhuǎn)β，最后繞z軸旋轉(zhuǎn)γ，則此時(shí)相機(jī)坐標(biāo)系與光筆坐標(biāo)系重合，依上述規(guī)則有：

設(shè)相機(jī)焦距為f，由光束平差法，可得目標(biāo)函數(shù)：

將已知參數(shù)代入目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小二乘求解，即得到各支新光筆與相機(jī)坐標(biāo)系的位姿關(guān)系(α,β,γ,t_xi,t_yi,t_zi)，(t_xi,t_yi,t_zi)即代表了原光筆各光靶標(biāo)在相機(jī)坐標(biāo)系下的位置，將其統(tǒng)一變換到光筆坐標(biāo)系下，即完成了光筆光靶標(biāo)位置關(guān)系的標(biāo)定。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是：

本發(fā)明一方面簡(jiǎn)化了光筆光靶標(biāo)位置標(biāo)定工作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化標(biāo)定；另一方面利用了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的高精度優(yōu)勢(shì)，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)原理實(shí)現(xiàn)光筆光靶標(biāo)的非接觸式高精度標(biāo)定。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明標(biāo)定方法原理圖。

圖中1.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，2.光筆，3.相機(jī)，4.計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的光靶標(biāo)位置標(biāo)定技術(shù)方案是：需要一臺(tái)正交式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，一臺(tái)標(biāo)定好的工業(yè)相機(jī)、待標(biāo)定的光筆以及一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)，將光筆固定在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量臂上，調(diào)整相機(jī)正對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量空間并保持不動(dòng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程控制三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探針進(jìn)行三維陣列式位移，即帶動(dòng)光筆進(jìn)行空間移動(dòng)，在移動(dòng)到的每個(gè)位置處，記錄當(dāng)前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探針的坐標(biāo)信息，并進(jìn)行光筆光靶標(biāo)圖像采集。將原光筆上每個(gè)光靶標(biāo)移動(dòng)位置組成的陣列看做是一支新光筆，則這支新光筆上各光靶標(biāo)間的空間相對(duì)位置關(guān)系，可由各個(gè)位置處三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探針坐標(biāo)推算出來(lái)，與此同時(shí)，還能從圖像中獲得各支新光筆上每個(gè)光靶標(biāo)在像面上投影點(diǎn)坐標(biāo)。以原光筆各光靶標(biāo)的第一個(gè)位置為各支新光筆坐標(biāo)原點(diǎn)，建立新光筆坐標(biāo)系，這樣根據(jù)各支新光筆光靶標(biāo)的空間坐標(biāo)信息和光靶標(biāo)在像面的成像坐標(biāo)，便可計(jì)算出各支新光筆原點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的位置，則各個(gè)位置的相對(duì)距離即為要標(biāo)定的原光筆各個(gè)光靶標(biāo)間的位置關(guān)系。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，將光筆固定在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量臂上，擺放相機(jī)使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作空間位于相機(jī)中心視場(chǎng)附近。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂帶動(dòng)光筆進(jìn)行三維陣列式位移，記錄每個(gè)位置的處三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探針的坐標(biāo)，并對(duì)光筆進(jìn)行圖像采集。光筆上光靶標(biāo)數(shù)目記為N_P，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)的位置點(diǎn)數(shù)記為N_M，至少3個(gè)位置，光靶標(biāo)在圖像上的投影坐標(biāo)記為(u_ij,v_ij)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)的位置坐標(biāo)為(x_Mj,y_Mj,z_Mj)，其中i＝1,2...N_P,j＝1,2...N_M，則均以第一個(gè)位置(x_M1,y_M1,z_M1)做原點(diǎn)的每支新光筆坐標(biāo)系中，各光靶標(biāo)的位置坐標(biāo)即為(x_Pj,y_Pj,z_Pj)＝(x_Mj,y_Mj,z_Mj)-(x_M1,y_M1,z_M1)，設(shè)各支新光筆的光靶標(biāo)在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x_Cij,y_Cij,z_Cij)，各支新光筆坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的位置姿態(tài)關(guān)系參數(shù)為(α,β,γ,t_xi,t_yi,t_zi)，代表的含義是：首先將相機(jī)坐標(biāo)原點(diǎn)按當(dāng)前坐標(biāo)系平移(t_xi,t_yi,t_zi)然后以右手螺旋方向?yàn)檎D(zhuǎn)相機(jī)坐標(biāo)系，先繞x軸旋轉(zhuǎn)α，再繞y軸旋轉(zhuǎn)β，最后繞z軸旋轉(zhuǎn)γ，則此時(shí)相機(jī)坐標(biāo)系與光筆坐標(biāo)系重合，(因?yàn)楣夤P保持固定，所以各支新光筆相對(duì)于相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)是一樣的)，依上述規(guī)則有：

設(shè)相機(jī)焦距為f，由光束平差法，可得目標(biāo)函數(shù)：

將已知參數(shù)代入目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小二乘求解，即可得到各支新光筆與相機(jī)坐標(biāo)系的位姿關(guān)系(α,β,γ,t_xi,t_yi,t_zi)，(t_xi,t_yi,t_zi)即代表了原光筆各光靶標(biāo)在相機(jī)坐標(biāo)系下的位置，將其統(tǒng)一變換到光筆坐標(biāo)系下，即完成了光筆光靶標(biāo)位置關(guān)系的標(biāo)定。