一种动态位姿实时测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种动态位姿实时测量装置，可用于动态环境中待测目标的实时位姿精确测量，包括基准发射及传递系统、双屏激光成像系统、双目视觉检测系统和数据处理系统；基准发射及传递系统利用十字线激光为位姿测量提供三维角度基准，结合测距功能获得测量目标距测量基准的距离；双屏激光成像系统接收十字线激光并在接收屏上成像；双目视觉检测系统实时拍摄两接收屏上的十字激光图像，并提取十字激光中心在图像坐标系下的位置信息及十字横向线与图像坐标系横坐标的夹角；数据处理系统综合处理各系统数据信息，计算被测目标相对于测量基准的实时位姿。本发明专利技术测量精度高，且量程和精度可调，适用于震动环境中物体位姿的测量。

Real time measuring device and method for dynamic position and orientation

The invention discloses a device for real-time measurement of dynamic posture, can be used for real-time and accurate pose measurement in the dynamic environment of the target, including the reference emission and transmission system, dual laser imaging system, the binocular vision detection system and data processing system; reference launch and delivery system using cross line laser for 3D pose measurement angle reference, combining the ranging function from the measurement reference measuring target distance; cross line laser and receiver on the receiving screen imaging dual laser imaging system; real-time shooting binocular vision detection system for cross laser image two receiving screen, and extract the angle of cross laser center in the image coordinates of the position information and the horizontal line and the cross the image coordinates of the horizontal coordinate; data processing integrated processing system the system data information, calculating the measured target relative to the reference measurement Real time pose. The measuring accuracy of the invention is high, and the range and the precision can be adjusted, so it is suitable for measuring the position and pose of the object in the vibration environment.

【技术实现步骤摘要】
一种动态位姿实时测量装置及方法
本专利技术涉及一种动态位姿实时测量系统，可用于动态环境中待测目标的实时位姿精确测量。
技术介绍
位姿测量是几何量计量的重要内容，包括三维角度测量和三维位置测量，广泛应用于精密加工制造、航天航空、军事及通信等领域，其中动态位姿的实时在线测量技术越来越受到重视。目前，只有用于测量静态环境中可变角度大小的测量系统及方法，主要有以下几种：(1)基于迈克尔逊干涉仪的动态角测量方法，转角很小的情况下，光程变化与角度的变化近似线性，可得到较高的精度。随着转角的增加，线性关系不再成立，导致各种误差急剧增大，测量范围限制在几度之内，并且激光干涉仪须防止在干燥清洁及无振动的环境中使用。存在测量精度与量程相互制约等问题，且无法适应室外强光、潮湿以及震动等恶劣环境。(2)双定值角干涉仪测角系统，可在0-360°范围内实现任意角度的高精度测量，测量不确定度优于0.3角秒，但是该方法存在定值角的关键设备加工难度较大的问题，且系统过于复杂不利于实际应用。(3)激光外差干涉角度测量系方法，例如在此原理基础上设计出的双频激光楔形平板干涉法测量系统，可测量360°范围内的转角，分辨率达到0.1角秒，为消除90°和270°两个死点，采用相互垂直的两套光路，结构十分复杂，光路装调难度大，实际应用中受到限制。
技术实现思路
针对现有技术，本专利技术提出了一种动态位姿实时测量装置，本专利技术测量装置测量精度高，且量程和精度可调，而且可以测量动态环境中(如震动、挠曲变形下)测量目标相对于不动点的实时位姿信息。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种动态位姿实时测量装置，包括基准发射及传递系统、双屏激光成像系统、双目视觉检测系统和数据处理系统；所述基准发射及传递系统包括红外激光测距仪、532nm绿光十字线激光发生器和第一透反棱镜，所述第一透反棱镜的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜，所述红外激光测距仪发射的光路与绿光十字线激光发生器发射的光路垂直相交于点O，所述第一透反棱镜布置在点O，所述绿光十字线激光发生器发出的十字线激光的中点线经过所述第一透反棱镜后与所述红外激光测距仪发出的光线重合；所述双屏激光成像系统包括第一激光接收屏、第二激光接收屏和第二透反棱镜，第一激光接收屏和第二激光接收屏均涂覆有漫反射涂层，所述第二透反棱镜的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；所述第一激光接收屏和所述第二激光接收屏相互垂直放置，并且与所述第二透反棱镜的相邻两面分别平行，所述第一激光接收屏与第二激光接收屏分别到所述第二透反棱镜相邻两面的距离不等；所述双目视觉检测系统包括第一CCD相机和第二CCD相机，所述第一CCD相机用于对所述第一激光接收屏上的光斑图像进行提取，所述第二CCD相机用于对所述第二激光接收屏上的十字光斑图像进行提取；所述数据处理系统包括计算机，所述计算机内安装有数据处理单元，所述红外激光测距仪、第一CCD相机和第二CCD相机均与所述计算机联接，所述红外激光测距仪将测得的自测距基准至所述第一激光接收屏的距离实时传输给计算机，所述第一CCD相机和第二CCD相机将分别提取的十字光斑图像实时传输给计算机；所述数据处理系统对接收到的上述信息进行处理，从而得到被测对象相对于测量基准的位姿信息。本专利技术提出的一种动态位姿实时测量方法，是采用本专利技术中的上述动态位姿实时测量装置，所述数据处理系统在计算机的操作界面上设置两个用于显示从所述第一CCD相机和第二CCD相机接收到的十字光斑图像的窗口，分别记为窗口A和窗口B；并按照下述步骤实时测量被测对象的动态位姿：步骤一、安装动态位姿实时测量装置，包括：1-1)将所述基准发射及传递系统布置在不动点测量基础上，将所述双屏激光成像系统和所述双目视觉检测系统布置在被测对象上，启动所述基准发射及传递系统，并保证初始时刻所述绿光十字线激光发生器发出的十字线激光的中点线经过所述第一透反棱镜后与所述红外激光测距仪发出的重合光线能够被所述第一激光接收屏和第二激光接收屏接收；1-2)启动所述双目视觉检测系统和数据处理系统，在计算机屏幕上预览所述第一激光接收屏和第二激光接收屏接收到的十字光斑，并调整所述第二透反棱镜、第一CCD相机、第一激光接收屏、第二CCD相机和第二激光接收屏的位置，使得两个十字光斑分别处于窗口A和窗口B的中心位置；1-3)将动态位姿实时测量装置固定；步骤二、获取信息，包括：2-1)设置计算机数据处理系统提取信息的时间间隔；2-2)计算机数据处理系统每次提取的信息包括：所述红外激光测距仪测得的自测距基准至所述第一激光接收屏的距离；所述第一CCD相机拍摄的十字光斑图像A；所述第二CCD相机拍摄的十字光斑图像B；2-3)若十字光斑图像A未出现在窗口A和/或十字光斑图像B中未出现在窗口B，则返回步骤2-2)进行下一次的信息提取；否则，计算得出十字光斑图像A的中心点坐标、十字光斑图像B的中心点坐标和十字光斑图像A的横向线与第一CCD相机图像坐标系横轴的夹角θ；步骤三、获得测量结果：将第2次及以后每次获得的上述信息均与第一次获取的信息比对，实时得出被测对象相对于十字激光光线轴向的水平、竖直和沿十字激光光线轴向方向的位移以及相对于十字激光光线轴向的俯仰、偏航和滚转方向的角度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的测量精度可以通过加大光路通道的距离以及换用更高分辨率的CCD相机来提高，量程可以通过扩大激光接收屏的面积来实现，因此，本专利技术装置的量程和精度可调。(2)本专利技术以检测环境外的不动点为检测基准，可以测量动态环境中(如震动、挠曲变形下)测量目标相对于不动点的实时位姿信息，适用于震动环境中物体位姿的测量。(3)本专利技术结构简单，操作方便，光路易调，安装方便。(4)本专利技术系统，体积小，质量轻，便与搬迁，节省空间。附图说明图1是本专利技术动态位姿实时测量装置的构成示意图；图2是本专利技术中基准发射及传递系统的结构示意图；图3是本专利技术中双屏激光成像系统和双目视觉检测系统结构示意图；图4是本专利技术动态位姿实时测量方法原理图；图5-1和图5-2分别是第一激光接收屏和第二激光接收屏光斑位置提取示意图；图6是本专利技术动态位姿实时测量方法流程图。图中：图中：1-固定底座，2-532nm绿光十字线激光发生器，3-红外激光测距仪，4-第一透反棱镜，5-联接板，51-直角壳体，6-第二透反棱镜，7-第一CCD相机，8-第一激光接收屏，9-第二CCD相机，10-第二激光接收屏，11-耦合光线，12-平面反射镜，13-第一CCD相机支架，14-第一激光接收屏固定夹，15-第二激光接收屏固定夹，16-第二CCD相机支架。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。本专利技术旨在解决现有动态位姿实时测量技术中的不足，提供一种全新的动态位姿实时测量系统，用于动态环境中的物体位姿的实时测量。如图1所示，本专利技术提出的一种动态位姿实时测量装置，包括基准发射及传递系统、双屏激光成像系统、双目视觉检测系统和数据处理系统。所述基准发射及传递系统包括红外激光测距仪3、532nm绿光十字线激光发生器2和第一透反棱镜4，所述第一透反棱镜4的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态位姿实时测量装置，包括基准发射及传递系统、双屏激光成像系统、双目视觉检测系统和数据处理系统；其特征在于，所述基准发射及传递系统包括红外激光测距仪(3)、532nm绿光十字线激光发生器(2)和第一透反棱镜(4)，所述第一透反棱镜(4)的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜，所述红外激光测距仪(3)发射的光路与绿光十字线激光发生器(2)发射的光路垂直相交于点O，所述第一透反棱镜(4)布置在点O，所述绿光十字线激光发生器(2)发出的十字线激光的中点线经过所述第一透反棱镜(4)后与所述红外激光测距仪(3)发出的光线重合；所述双屏激光成像系统包括第一激光接收屏(8)、第二激光接收屏(10)和第二透反棱镜(6)，第一激光接收屏(8)和第二激光接收屏(10)均涂覆有漫反射涂层，所述第二透反棱镜(6)的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；所述第一激光接收屏(8)和所述第二激光接收屏(10)相互垂直放置，并且与所述第二透反棱镜(6)的相邻两面分别平行，所述第一激光接收屏(8)与第二激光接收屏(10)分别到所述第二透反棱镜(6)相邻两面的距离不等；所述双目视觉检测系统包括第一CCD相机(7)和第二CCD相机(9)，所述第一CCD相机(7)用于对所述第一激光接收屏(8)上的光斑图像进行提取，所述第二CCD相机(9)用于对所述第二激光接收屏(10)上的十字光斑图像进行提取；所述数据处理系统包括计算机，所述计算机内安装有数据处理单元，所述红外激光测距仪(3)、第一CCD相机(7)和第二CCD相机(9)均与所述计算机联接，所述红外激光测距仪(3)将测得的自测距基准至所述第一激光接收屏(8)的距离实时传输给计算机，所述第一CCD相机(7)和第二CCD相机(9)将分别提取的十字光斑图像实时传输给计算机；所述数据处理系统对接收到的上述信息进行处理，从而得到被测对象相对于测量基准的位姿信息。...

【技术特征摘要】
1.一种动态位姿实时测量装置，包括基准发射及传递系统、双屏激光成像系统、双目视觉检测系统和数据处理系统；其特征在于，所述基准发射及传递系统包括红外激光测距仪(3)、532nm绿光十字线激光发生器(2)和第一透反棱镜(4)，所述第一透反棱镜(4)的半透面上涂覆有532nm带阻滤光膜，所述红外激光测距仪(3)发射的光路与绿光十字线激光发生器(2)发射的光路垂直相交于点O，所述第一透反棱镜(4)布置在点O，所述绿光十字线激光发生器(2)发出的十字线激光的中点线经过所述第一透反棱镜(4)后与所述红外激光测距仪(3)发出的光线重合；所述双屏激光成像系统包括第一激光接收屏(8)、第二激光接收屏(10)和第二透反棱镜(6)，第一激光接收屏(8)和第二激光接收屏(10)均涂覆有漫反射涂层，所述第二透反棱镜(6)的半透面上涂覆有500～600nm带通滤光膜；所述第一激光接收屏(8)和所述第二激光接收屏(10)相互垂直放置，并且与所述第二透反棱镜(6)的相邻两面分别平行，所述第一激光接收屏(8)与第二激光接收屏(10)分别到所述第二透反棱镜(6)相邻两面的距离不等；所述双目视觉检测系统包括第一CCD相机(7)和第二CCD相机(9)，所述第一CCD相机(7)用于对所述第一激光接收屏(8)上的光斑图像进行提取，所述第二CCD相机(9)用于对所述第二激光接收屏(10)上的十字光斑图像进行提取；所述数据处理系统包括计算机，所述计算机内安装有数据处理单元，所述红外激光测距仪(3)、第一CCD相机(7)和第二CCD相机(9)均与所述计算机联接，所述红外激光测距仪(3)将测得的自测距基准至所述第一激光接收屏(8)的距离实时传输给计算机，所述第一CCD相机(7)和第二CCD相机(9)将分别提取的十字光斑图像实时传输给计算机；所述数据处理系统对接收到的上述信息进行处理，从而得到被测对象相对于测量基准的位姿信息。2.一种动态位姿实时测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述动态位姿实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘祖荣，李浩鹏，路遥环，胡文川，刘佳琛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12