三维形貌测量仪的控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供了三维形貌测量仪的控制方法及其系统。所述方法包括：标定所述平移轴；标定所述旋转轴的轴向，以初始姿态矩阵表示目标点的当前位置，并且以X旋转轴不变矩阵表示目标点的目标位置；旋转所述旋转轴，以使所述初始姿态矩阵转换为准X旋转轴不变矩阵；所述准X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向与所述X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向相同；移动所述平移轴，以使所述准X旋转轴不变矩阵的原点与所述X旋转轴不变矩阵重合。

Method and system for controlling three-dimensional shape measuring instrument

The present invention provides a method and a system for controlling a three-dimensional shape measuring instrument. The method comprises the following steps: calibration of the translational axis; the axial calibration of the rotating shaft, the initial attitude matrix that represents the current position of the target point, and the X axis of rotation invariant matrix representation of the target object position; rotation of the rotating shaft, so that the initial attitude matrix is transformed into quasi X axis of rotation invariant matrix; the quasi X axis of rotation invariant matrix coordinate axis direction is the same as the X axis of rotation invariant matrix of coordinate axes; moving the translation axis, the axis of rotation invariant quasi origin matrix X and the X axis of rotation invariant matrix superposition.

【技术实现步骤摘要】
三维形貌测量仪的控制方法及其系统
本专利技术涉及测量仪控制
，尤其涉及三维形貌测量仪的控制方法及其系统。
技术介绍
目前对刑侦物证，如枪弹的弹头、弹壳及工具线条痕迹等方面的比对和检测，尚处在以实物样本存储来分析的状况，对痕迹信息的检测仍停留在借助单一仪器直接观察二维图像比对的技术层面上，无法解决在三维空间物体形貌技术和痕迹比对技术中存在的精确定位测量难题。近年来，随着原先主要用于工程方面的物体表面三维形貌重建的非接触检测技术的成熟及发展，现在已经出现有将物体三维形貌重建的非接触移相检测技术，应用于刑侦物证三维形貌重建的测量装置。它是基于投影条纹原理而设计的，其中条纹投影仪将电脑产生的正弦强度光栅条纹投射于物体上，CCD摄像机将含有被测物面大量信息的条纹图像采集回来，计算机利用相移技术及二进制编码技术，计算求得相对应点的高度值，进而重建出被测物面的表面形貌。其中，中国专利公开了一种三维形貌测量仪（专利申请号201210116597.7）。该装置具有6轴的可调节结构，用以高精度的调整CCD摄像机、条纹投影仪以及物证工作台。为实现对于物体三维形貌的完整重建，需要使用合理的方法对目标物体的姿态进行调整，这样的操作依赖于对于目标物在立体空间中准确的定义和变换。因此，现有技术还有待发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供三维形貌测量仪的目标姿态控制算法及其软件实现，旨在解决现有技术中尚无对三维形貌测量仪进行快速，准确控制测量目标姿态的问题。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种三维形貌测量仪的控制方法及其系统，所述三维形貌测量仪包括三个正交的平移轴以及对应的三个旋转轴，所述平移轴包括：X方向平移轴、Y方向平移轴以及Z方向平移轴；所述旋转轴包括：绕所述X方向平移轴旋转的X旋转轴，绕所述Y方向平移轴旋转的Y旋转轴以及绕所述Z方向平移轴旋转的Z旋转轴；其中，所述方法包括：标定所述平移轴；标定所述旋转轴的轴向，以初始姿态矩阵表示目标点的当前位置，并且以X旋转轴不变矩阵表示目标点的目标位置；旋转所述旋转轴，以使所述初始姿态矩阵转换为准X旋转轴不变矩阵；所述准X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向与所述X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向相同；移动所述平移轴，以使所述准X旋转轴不变矩阵的原点与所述X旋转轴不变矩阵重合。所述的方法，其中，所述标定所述平移轴的轴向，具体包括：控制所述三维形貌测量仪的平移轴和旋转轴均归零；将标定板放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；分别沿所述X方向平移轴、Y方向平移轴移动若干个脉冲单位；确定标定板的标定点在XY方向构成的平面上的移动；计算标定点的移动方向以标定所述X方向平移轴和Y方向平移轴。所述的方法，其中，所述标定所述平移轴的轴向，具体包括：控制所述三维形貌测量仪的平移轴和旋转轴均归零；将标定球放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；沿Z方向平移轴移动若干个脉冲单位以改变所述标定球的位置；分别计算所述标定球在不同位置上的三维数据；标定所述标定球在不同位置上的球心连线为Z方向平移轴。所述的方法，其中，所述标定所述平移轴的轴向，具体包括：在所述X方向和Y方向运动平面与所述三维形貌测量仪的感光元件之间的夹角大于预定阈值时；将标定球放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；分别沿所述X方向平移轴、Y方向平移轴移动若干个脉冲单位以改变所述标定球的位置；计算所述标定球在不同位置的三维数据及其球心位置；根据所述球心位置的变化标定所述X方向平移轴和Y方向平移轴。所述的方法，其中，所述标定旋转轴的轴向，具体包括：将标定球放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；选择移动一个旋转轴，使标定球移动至三个不同的位置；计算所述标定球在三个不同的位置的三维数据并确定所述标定球的球心位置；根据所述球心位置，确定一个圆的圆心以及圆面的法向，所述圆心及圆面的法向分别与所述旋转轴的轴向和旋转中心位置对应。所述的方法，其中，所述标定旋转轴的轴向还包括：在所述旋转轴移动过程中，标定球的位置超出所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围时，通过移动所述平移轴，将所述标定球移动至所述视场范围内。所述的方法，其中，所述初始姿态矩阵为4×4矩阵。所述的方法，其中，所述旋转所述旋转轴，以使所述初始姿态矩阵转换为准X旋转轴不变矩阵，具体包括：绕Z方向旋转轴旋转所述初始姿态矩阵，以使初始姿态矩阵的X方向旋转轴与Y方向旋转轴之间的第一夹角与X方向旋转轴与Y方向旋转轴之间的第二夹角相等；绕Y方向旋转轴旋转，以使初始姿态矩阵的X方向旋转轴与X方向旋转轴重合；绕X方向旋转轴旋转，以使所述初始姿态矩阵的Y方向旋转轴、Z方向旋转轴分别与Y方向旋转轴、Z方向旋转轴重合。所述的方法，其中，所述移动所述平移轴具体包括：确定所述准X旋转轴不变矩阵的第一原点和X旋转轴不变矩阵的第二原点之间的连线向量；计算所述连线向量在所述X方向、Y方向以及Z方向上的分量；分别在X方向、Y方向以及Z方向移动对应的分量。一种三维形貌测量仪的控制系统，其中，包括至少一个或多个处理器以及存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个或多个处理器执行的指令程序，所述指令程序被设置为执行如上所述的控制方法。有益效果：本专利技术提供的三维形貌测量仪的控制方法及其系统，通过使用特定的矩阵定义体系能够很好的实现对于物体在六轴立体空间体系中的姿态控制。通过对六轴的调整量，可以精确的将目标物体移动到正确的位置进行观测，具有良好的技术效果。附图说明图1为本专利技术实施例提供的三维形貌测量仪的第一结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的三维形貌测量仪的第二结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的三维形貌测量仪的控制方法的方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的三维形貌测量仪的标定方法的方法流程图；图5为本专利技术实施例提供的控制方法步骤400的方法流程图；图6为本专利技术实施例提供的控制系统的硬件结构示意图。具体实施方式本专利技术提供三维形貌测量仪的控制方法及其系统。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1和图2为本专利技术实施例提供的一种三维形貌测量仪。如图1和图2所示，该三维形貌测量仪包括：Z轴垂直移动电机10、被测物体旋转电机20、X轴旋转电机30、Y轴平移电机40、Y轴旋转电机50、X轴旋转电机60、Z轴旋转电机70、Z轴平移电机90以及用于固定待测物体的载物台80。通过上述驱动电机，在控制系统的控制下，载物台上固定设置的待测物体可以具有三个正交的平移轴以及对应的三个旋转轴。亦即，待测物体可以在电机活动机构下，带动其沿六轴方向移动，调整在空间中的位置。该三维形貌测量仪具体的硬件结构以及驱动机构等，均可以使用中国专利技术专利三维形貌测量仪（专利申请号201210116597.7）中公开的技术方案，为陈述简便，在此不作赘述。图3为本专利技术实施例提供的，用以控制所述三维形貌测量仪的控制方法。如图3所示，该方法包括：S100、标定所述平移轴。S200、标定所述旋转轴的轴向。惯常的，在进行控制前，为保证控制的精确，需要将上述六个轴进行标定，确定或者标定其轴向。具体的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形貌测量仪的控制方法，所述三维形貌测量仪包括三个正交的平移轴以及对应的三个旋转轴，所述平移轴包括：X方向平移轴、Y方向平移轴以及Z方向平移轴；所述旋转轴包括：绕所述X方向平移轴旋转的X旋转轴，绕所述Y方向平移轴旋转的Y旋转轴以及绕所述Z方向平移轴旋转的Z旋转轴；其特征在于，所述方法包括：标定所述平移轴；标定所述旋转轴的轴向，以初始姿态矩阵表示目标点的当前位置，并且以X旋转轴不变矩阵表示目标点的目标位置；旋转所述旋转轴，以使所述初始姿态矩阵转换为准X旋转轴不变矩阵；所述准X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向与所述X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向相同；移动所述平移轴，以使所述准X旋转轴不变矩阵的原点与所述X旋转轴不变矩阵重合。

【技术特征摘要】
1.一种三维形貌测量仪的控制方法，所述三维形貌测量仪包括三个正交的平移轴以及对应的三个旋转轴，所述平移轴包括：X方向平移轴、Y方向平移轴以及Z方向平移轴；所述旋转轴包括：绕所述X方向平移轴旋转的X旋转轴，绕所述Y方向平移轴旋转的Y旋转轴以及绕所述Z方向平移轴旋转的Z旋转轴；其特征在于，所述方法包括：标定所述平移轴；标定所述旋转轴的轴向，以初始姿态矩阵表示目标点的当前位置，并且以X旋转轴不变矩阵表示目标点的目标位置；旋转所述旋转轴，以使所述初始姿态矩阵转换为准X旋转轴不变矩阵；所述准X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向与所述X旋转轴不变矩阵的坐标轴方向相同；移动所述平移轴，以使所述准X旋转轴不变矩阵的原点与所述X旋转轴不变矩阵重合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定所述平移轴的轴向，具体包括：控制所述三维形貌测量仪的平移轴和旋转轴均归零；将标定板放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；分别沿所述X方向平移轴、Y方向平移轴移动若干个脉冲单位；确定标定板的标定点在XY方向构成的平面上的移动；计算标定点的移动方向以标定所述X方向平移轴和Y方向平移轴。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定所述平移轴的轴向，具体包括：控制所述三维形貌测量仪的平移轴和旋转轴均归零；将标定球放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；沿Z方向平移轴移动若干个脉冲单位以改变所述标定球的位置；分别计算所述标定球在不同位置上的三维数据；标定所述标定球在不同位置上的球心连线为Z方向平移轴。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定所述平移轴的轴向，具体包括：在所述X方向和Y方向运动平面与所述三维形貌测量仪的感光元件之间的夹角大于预定阈值时；将标定球放置在所述三维形貌测量仪的感光元件的视场范围内；分别沿所述X方向平移轴、Y方向平移轴移动若干个脉冲单位以改变所述标定球的位置；计算所述标定球在不同位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵兵，
申请(专利权)人：安徽金盾三维高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34