一种基于Tsai并联机构的视频测量方法及测量仪技术

本发明专利技术公开了一种基于Tsai并联机构的视频测量方法及测量仪，属于精密测量技术领域，其中，测量仪包括支架、Tsai并联运动模块和视频传感器，所述支架包括底座、立柱和静平台，静平台通过立柱与底座相连；所述Tsai并联运动模块包括Tsai并联机构、驱动电机、转动副、主动杆倾角传感器、从动杆倾角传感器和动平台；所述Tsai并联机构、驱动电机和转动副均与静平台固定连接，所述视频传感器安装在动平台上；所述Tsai并联机构包括三套连杆机构，三套连杆机构共同连接动平台，所述主动杆倾角传感器安装在主动杆上，从动杆倾角传感器安装在从动杆上。本发明专利技术不存在累积误差，机构响应速度快、易于加、精度高、适用于精密传动。

A video measurement method and instrument based on Tsai parallel mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种基于Tsai并联机构的视频测量方法及测量仪
本专利技术属于精密测量
，更具体地，涉及一种基于Tsai并联机构的视频测量方法及测量仪。
技术介绍
目前视频测量技术成熟，借助于图像处理技术和精密位移技术，能够较大范围的几何量测量，测量精度较高，满足现代机械加工、微电子、半导体等领域的测量分析要求，广泛用于科研院校、工业生产中。目前常用的视频测量仪主要使用笛卡尔坐标和球面坐标系，通用性强，但存在串联误差大，刚度小等缺点。若有较高的精度要求，使得传统测量仪加工难度大，成本高。并联机构具有刚度大，运动惯量小，具有误差平均效应等优点，在并联机器人、并联机床上应用成熟，但是在尺寸检测领域没有得到充分的应用。现有技术中公开了一种精密视频测绘分析仪，采用笛卡尔坐标系运动机构作为视频测量仪的移动机构，用龙门结构对垂直运动机构和视频传感器进行支撑，通过数控系统对移动机构进行运动控制，运用精密位移检测和图像测量技术对被测工件进行视频测量。该视频测量仪的移动机构由于采用了笛卡尔坐标系结构，存在累积误差，机构响应速度慢；同时，使用龙门结构支撑竖直位移机构和视频传感器，缩小了仪器的测量范围。现有技术中公开了一种基于Delta并联机构的三坐标测量机及测量方法，采用Delta并联机构作为视频测量仪的移动机构。相比于传统的笛卡尔三坐标移动机构，使用Delta并联机构使得三坐标测量机的动态响应速度提高，机构刚度也有较大提升。但是，由于Delta并联机构采用的是球铰链接，虽然使得机构部件数量减少，安装方便，但由于球铰需要对球面进行精密加工，相比于圆柱面加工难度增大，精度难以保证，所以Delta并联机构只适用于对精度要求较低的场合，而不适用于精密传动。由此可见，现有技术存在累积误差，机构响应速度慢、加工难度大、精度难以保证、不适用于精密传动的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于Tsai并联机构的视频测量方法及测量仪，由此解决现有技术存在累积误差，机构响应速度慢、加工难度大、精度难以保证、不适用于精密传动的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于Tsai并联机构的视频测量仪，包括：支架、Tsai并联运动模块和视频传感器，所述支架包括底座、立柱和静平台，静平台通过立柱与底座相连；所述Tsai并联运动模块包括Tsai并联机构、驱动电机、转动副、主动杆倾角传感器、从动杆倾角传感器和动平台；所述Tsai并联机构、驱动电机和转动副均与静平台固定连接，所述视频传感器安装在动平台上；所述Tsai并联机构包括三套连杆机构，三套连杆机构共同连接动平台，每套连杆机构包括主动杆、上连接杆、圆柱销、从动杆、下连接杆和轴承，所述主动杆与上连接杆通过轴承连接；所述上连接杆与从动杆通过圆柱销铰接，所述从动杆与下连接杆通过圆柱销铰接，所述主动杆倾角传感器安装在主动杆上，从动杆倾角传感器安装在从动杆上。进一步地，三套连杆在空间上围绕垂直于静平台中心的轴线呈圆周均匀分布。进一步地，下连接杆与动平台通过轴承连接。进一步地，立柱一端与底座固定连接，另一端与静平台固定连接。进一步地，转动副一端连接驱动电机，另一端连接主动杆。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于Tsai并联机构的视频测量仪的测量方法，包括：对位于动平台下方的被测工件，通过控制Tsai并联机构的运动来对视频传感器进行空间移动，利用视频传感器采集被测工件的图像；根据主动杆倾角传感器和从动杆倾角传感器的角度测量数据以及Tsai并联机构的零件尺寸数据计算出动平台的中心相对于静平台的中心的空间位置坐标；根据空间位置坐标、图像以及视频传感器的放大倍数和焦距得到被测工件的尺寸测量值。进一步地，Tsai并联机构的运动的控制包括：驱动电机驱动转动副转动，使得主动杆进行旋转运动，通过Tsai并联机构将三个主动杆的旋转运动转换为动平台的空间平移运动。进一步地，测量方法还包括：根据图像、视频传感器的放大倍数和焦距得到被测工件相对于视频传感器中心的空间位置坐标。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，，能够取得下列有益效果：(1)相比于传统的笛卡尔坐标系视频测量仪，本专利技术是基于Tsai并联机构的视频测量仪，具有动态响应速度快，结构紧凑，机构刚度高，承载能力大，无累计误差，具有较好的各向同性等特点；同时，相比于Delta并联机构的球铰链，圆柱铰链加工难度小，精度易于保证，测量精度高。(2)本专利技术中转动副一端连接驱动电机，另一端连接主动杆，进而通过驱动电机驱动转动副就可以保证动平台上的视频传感器能够进行空间内直线移动。(3)本专利技术中主动杆倾角传感器、从动杆倾角传感器可以分别采集主动杆、从动杆的角度数据，利用角度数据结合视频测量，可以有效提高视频测量仪的测量精度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于Tsai并联机构的视频测量仪的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于Tsai并联机构的视频测量仪的左视图；图3是本专利技术实施例提供的一种基于Tsai并联机构的视频测量仪的俯视图；图4是本专利技术实施例提供的主动杆与从动杆的关节连接示意图；图5是本专利技术实施例提供的从动杆与动平台的关节连接示意图；图6(a)为Tsai并联机构的测量模型图；图6(b)为Tsai并联机构的测量模型中的细节放大图；图7为Tsai并联机构的的简化模型图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为底座，2为立柱，3为静平台，4为驱动电机，5为转动副，6为主动杆，7为主动杆倾角传感器，8为从动杆倾角传感器，9为上连接杆，10为圆柱销，11为从动杆，12为下连接杆，13为视频传感器，14为被测工件，15为动平台，16为轴承。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，一种基于Tsai并联机构的视频测量仪，包括：支架、Tsai并联运动模块和视频传感器13，所述支架包括底座1、立柱2和静平台3；所述立柱2一端与底座1固定连接，另一端与静平台3固定连接，通过四根立柱2对静平台3进行支撑。所述Tsai并联运动模块包括三个驱动电机4、三个转动副5、Tsai并联机构、三个主动杆倾角传感器7和三个从动杆倾角传感器8和动平台15；所述转动副5一端连接驱动电机4，另一端连接主动杆6，通过控制驱动电机4的转动，从而控制Tsai并联机构的运动。所述Tsai并联机构由三套连杆机构构成，每套机构由主动杆6、上连接杆9、从动杆11、圆柱销10、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Tsai并联机构的视频测量仪，其特征在于，包括：支架、Tsai并联运动模块和视频传感器(13)，/n所述支架包括底座(1)、立柱(2)和静平台(3)，静平台(3)通过立柱(2)与底座(1)相连；/n所述Tsai并联运动模块包括Tsai并联机构、驱动电机(4)、转动副(5)、主动杆倾角传感器(7)、从动杆倾角传感器(8)和动平台(15)；所述Tsai并联机构、驱动电机(4)和转动副(5)均与静平台(3)固定连接，所述视频传感器(13)安装在动平台(15)上；/n所述Tsai并联机构包括三套连杆机构，三套连杆机构共同连接动平台(15)，每套连杆机构包括主动杆(6)、上连接杆(9)、圆柱销(10)、从动杆(11)、下连接杆(12)和轴承(16)，所述主动杆(6)与上连接杆(9)通过轴承(16)连接；所述上连接杆(9)与从动杆(11)通过圆柱销(10)铰接，所述从动杆(11)与下连接杆(12)通过圆柱销(10)铰接，所述主动杆倾角传感器(7)安装在主动杆(6)上，从动杆倾角传感器(8)安装在从动杆(11)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Tsai并联机构的视频测量仪，其特征在于，包括：支架、Tsai并联运动模块和视频传感器(13)，
所述支架包括底座(1)、立柱(2)和静平台(3)，静平台(3)通过立柱(2)与底座(1)相连；
所述Tsai并联运动模块包括Tsai并联机构、驱动电机(4)、转动副(5)、主动杆倾角传感器(7)、从动杆倾角传感器(8)和动平台(15)；所述Tsai并联机构、驱动电机(4)和转动副(5)均与静平台(3)固定连接，所述视频传感器(13)安装在动平台(15)上；
所述Tsai并联机构包括三套连杆机构，三套连杆机构共同连接动平台(15)，每套连杆机构包括主动杆(6)、上连接杆(9)、圆柱销(10)、从动杆(11)、下连接杆(12)和轴承(16)，所述主动杆(6)与上连接杆(9)通过轴承(16)连接；所述上连接杆(9)与从动杆(11)通过圆柱销(10)铰接，所述从动杆(11)与下连接杆(12)通过圆柱销(10)铰接，所述主动杆倾角传感器(7)安装在主动杆(6)上，从动杆倾角传感器(8)安装在从动杆(11)上。


2.如权利要求1所述的一种基于Tsai并联机构的视频测量仪，其特征在于，所述三套连杆在空间上围绕垂直于静平台(3)中心的轴线呈圆周均匀分布。


3.如权利要求1或2所述的一种基于Tsai并联机构的视频测量仪，其特征在于，所述下连接杆(12)与动平台(15)通过轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：常素萍，吴运权，谭耀昌，卢文龙，张芬，吴昊，赵言情，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42