一种大型复杂曲面构件三维形貌光学测量系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种大型复杂曲面构件三维形貌光学测量系统和方法，所述方法基于双目光栅投影测量技术，借助激光跟踪仪和相应的靶标球来获取多站位测量时各个站位的点云位姿，最后将各站位测得的点云根据相应的位姿数据转换到统一的激光跟踪仪坐标系下，实现大尺度复杂面型构件点云数据的全局拼合；所述系统以六自由度机器人为点云空间位姿跟踪单元及双目结构光测量设备的载体，测量开始前首先对双目结构光测量设备进行标定以保证单站位测量精度，然后通过测量路劲规划来保证数据完整性和测量效率。本发明专利技术可在非接触条件下实现对各种大尺度复杂面型构件的精确测量，为各种加工质量的评价提供实用可靠完整的三维形貌原始数据。

Large scale complex curved surface component three-dimensional shape optical measuring system and method

The invention provides a large complex curved surface 3D optical measurement system and method, the method based on binocular projection grating measuring technique, to obtain multi station measurement stations each point cloud pose using laser tracker and the corresponding target ball, finally were measured according to the point cloud data corresponding to the position the laser tracker is converted to a unified coordinate system, to achieve the overall combination of large scale complicated surface component of point cloud data; the system with six degrees of freedom robot as the carrier point cloud space pose tracking unit and binocular structured light measurement equipment, measurement before starting of binocular structured light measurement equipment calibration to ensure single station the measurement accuracy, and then by measuring the path planing to ensure data integrity and efficiency measurement. The invention can realize accurate measurement of various large-scale complex surface components under non-contact conditions, and provides a practical, reliable and complete three-dimensional shape original data for evaluation of various processing quality.

【技术实现步骤摘要】
一种大型复杂曲面构件三维形貌光学测量系统和方法
本专利技术属于机械工程和光学工程
，具体的，涉及一种面向大型复杂曲面构件三维形貌获取的光学测量系统和方法，特别是一种将双目光栅投影测量、激光跟踪仪和六自由度机器人集成的大型复杂曲面构件的测量系统和方法。
技术介绍
在汽车、航空、航天和船舶制造等国民经济重点工业领域中，存在大量的大型复杂曲面，这些曲面的成型质量评价对控制最终的产品质量至关重要。如汽车车身前后盖的成形质量影响装配精度，飞机蒙皮和船舶曲板的成形质量对其流体力学性能影响显著，火箭燃料贮箱壁板和瓜瓣的成形质量则最终会影响火箭飞行的安全性。这些表面一般都具有尺寸大，形状较为复杂的特点，针对这些特性，确定一种高精度的大型复杂曲面测量方法就显得尤为重要。传统方法一般采用接触式测量，如三坐标测量机等，这种方式可以获得较为精确的面型数据，但缺点是测量速度慢，且因其接触式测量原理会因被测对象受力而改变其形貌，故不适用于薄壁结构测量。另外，这种测量设备也很难设计为在位测量的工作方式。随着机器视觉和计算机技术的发展，出现了以光学测量为代表的非接触式测量。其中，近景摄影测量在大尺寸面型测量中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型复杂曲面构件三维形貌光学测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：激光跟踪仪(1)、点云空间位姿跟踪单元(2)、双目结构光测量设备(3)和六自由度机器人(4)，其中：所述点云空间位姿跟踪单元(2)和所述双目结构光测量设备(3)均固定于所述六自由度机器人(4)末端，工作过程中由所述六自由度机器人(4)承载所述点云空间位姿跟踪单元(2)和所述双目结构光测量设备(3)并定位于相应的测量点位，所述双目结构光测量设备(3)用于获取被测区域点云，所述点云空间位姿跟踪单元(2)用于获取该点云位姿，并转换到激光跟踪仪坐标系下以实现点云拼合；所述双目结构光测量设备(3)包括两个CCD工业相机(9)、一个数...

【技术特征摘要】
1.一种大型复杂曲面构件三维形貌光学测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：激光跟踪仪(1)、点云空间位姿跟踪单元(2)、双目结构光测量设备(3)和六自由度机器人(4)，其中：所述点云空间位姿跟踪单元(2)和所述双目结构光测量设备(3)均固定于所述六自由度机器人(4)末端，工作过程中由所述六自由度机器人(4)承载所述点云空间位姿跟踪单元(2)和所述双目结构光测量设备(3)并定位于相应的测量点位，所述双目结构光测量设备(3)用于获取被测区域点云，所述点云空间位姿跟踪单元(2)用于获取该点云位姿，并转换到激光跟踪仪坐标系下以实现点云拼合；所述双目结构光测量设备(3)包括两个CCD工业相机(9)、一个数字投影仪(10)和基座(11)，其中：两个CCD工业相机(9)、一个数字投影仪(10)均固定在基座(11)上，数字投影仪(10)位于中间，两个CCD工业相机(9)分居数字投影仪(10)的两侧；工作时，左右两个CCD工业相机(9)拍摄数字投影仪(10)投在被测对象表面的结构光条纹图片，然后经相位解码、匹配进行三维重建获取点云数据；所述点云空间位姿跟踪单元(2)，包括高精度步进电机(5)、摆动杆(6)、靶标球基座(7)和激光跟踪仪靶标球(8)，其中：高精度步进电机(5)的输出端连接摆动杆(6)，靶标球基座(7)固定于摆动杆(6)的末端，激光跟踪仪靶标球(8)放置于靶标球基座(7)上，高精度步进电机(5)驱动摆动杆(6)摆动，进而带动放置于靶标球基座(7)上的激光跟踪仪靶标球(8)摆动，激光跟踪仪(1)获取多次摆动后激光跟踪仪靶标球(8)的三维坐标，并据此建立末端坐标系，以获取点云位姿。2.一种采用权利要求1所述系统的大型复杂曲面构件三维形貌光学测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)机器人手眼关系标定在测量系统开始工作前，根据手眼关系标定原理，对双目结构光测量设备工作空间中一系列不同位置的激光跟踪仪靶标球进行测量，据此解算出双目结构光测量设备与六自由度机器人末端的转换关系，即为所要求的手眼关系；2)测量路径规划：根据被测对象形状和尺寸，结合六自由度机器人工作空间的可达性，对测量路径进行初步规划，使得相邻两个点位的测量面域具有一定的重合度，以避免出现空隙丢失关键测量特征，从而保证测量数据的完整性和测量效率；3)根据2)中结果，由六自由度机器人承载双目结构光测量设备至相应的测量点位进行单站位测量；计算机控制数字投影仪投射三频三步相移9幅图片至被测对象表面，同时，左右两个CCD工业相机采集经被测...

【专利技术属性】
技术研发人员：习俊通，陈晓波，吴卓琦，杜辉，余成义，张洪辉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31