基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及影像测量技术领域，具体涉及一种基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法，该靶标装置包括底座、三维姿态调整机构和基准靶标，三维姿态调整机构安装于底座，基准靶标固定于三维姿态调整机构；基准靶标为硬质合金钢材料，其形状为立方体；该方法包括步骤：设置X

【技术实现步骤摘要】
基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法


[0001]本专利技术涉及影像测量
，具体涉及一种基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法。

技术介绍

[0002]几何量测量是测量领域的重要分支之一，是指为确定被测几何量的量值而进行的实验过程。近年来，随着各种新技术尤其是计算机技术的发展，几何量测量设备与系统呈现为坐标化、自动化与智能化的趋势。这不仅显著提高了仪器设备的测量准确性，而且降低了仪器设备的制造成本，实现了仪器设备的通用性和适用性，从而适应了现代化工业生产多品种、小批量、快速变化的测量需求。其中，工业影像测量系统是一种较新型的几何量测量仪器，是图像处理技术和坐标测量技术的有机结合，是配置有非接触式的光学影像测头或工业相机的坐标测量机。工业影像测量系统为二维参数测量提供了测量手段，而最新的技术发展使之也可以测量三维物体表面的参数。因此，进入本世纪以来，工业影像测量系统在企业、科研机构和生产现场得到了越来越广泛的应用。
[0003]工业影像测量系统利用工业相机采集被测工件的影像，通过数字图像处理技术提取各种复杂形状工件表面的坐标点，再利用坐标变换和数据处理技术转换成坐标测量空间中的各种几何要素，从而计算得到被测工件的实际尺寸、形状和相互位置关系。在应用过程中，通常需要设置和建立基准坐标系。基准坐标系是以工业影像测量系统工作台上的一个固定不变的点为基准而建立的一个参考基准，使得在变换了工业相机，或者在关机后重新启动的情况下，仍然能够根据该参考基准简便、快捷地重新恢复出各个要素之间的相互位置关系。
[0004]对于传统的接触式三坐标测量机而言，基准坐标系通常设置在一个固定在工作台上的标准球上，通过测量一个固定在三坐标测量机工作台上的标准球，而后以它的球心为原点来建立基准坐标系。而对于非接触式的工业影像测量系统而言，其前端传感器为工业相机，不同于常规的接触式测头和激光三角法测头，其具有一定的景深范围，并且输出为被测物体的二维图像。同时，在工业相机的成像过程中，通过将三维场景投影到二维像面上而形成被测物体的二维图像，丢失了空间深度信息，并且无法使标准球处于工业相机的物方焦平面上。因此，具有空间三维特征的标准球等不适合作为工业影像测量系统的参考基准，无法应用其建立基准坐标系。由于工业相机的输出为被测物体的二维图像，并且对被测物体的棱边、尖角等突变部位较为敏感，因而需要根据其自身特点来设置参考基准，以用于确定和建立工业影像测量系统中的基准坐标系。
[0005]在以工业相机作为前端传感器的工业影像测量系统中，需要以一个固定不变的点作为参考基准来建立基准坐标系，从而使得在变换了工业相机，或者在关机后重新启动的情况下，仍能根据该参考基准重新恢复出各个要素之间的相互位置关系。工业影像测量系统通常用于实现二维平面测量，而通用的、具有空间三维特征的标准球等无法处于工业相机的物方焦平面上，因而不适合作为此类测量系统的参考基准。
[0006]因此，专利技术人提供了一种基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法。

技术实现思路

[0007](1)要解决的技术问题
[0008]本专利技术实施例提供了一种基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法，解决了标准球无法满足工业影像测量系统的参考基准的技术问题。
[0009](2)技术方案
[0010]本专利技术提供了一种基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法，所述靶标装置包括底座、三维姿态调整机构和基准靶标，所述三维姿态调整机构安装于所述底座，所述基准靶标固定于所述三维姿态调整机构；所述基准靶标为硬质合金钢材料，其形状为立方体；其中，该方法包括以下步骤：
[0011]确定基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
的X
S
轴、Y
S
轴和Z
S
轴的正方向分别与工业影像测量系统的机器坐标系O
‑
XYZ的X轴、Y轴和Z轴的正方向相同；
[0012]移动工业相机，当所述基准靶标前表面处于所述工业相机的物方焦平面上时，确定X直线运动轴的光栅尺读数为基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
原点O
S
的X
S0
坐标分量；
[0013]锁定X轴并沿Y轴方向移动所述工业相机，当基准靶标前棱边处于所述工业相机的视场中心时，确定Y直线运动轴的光栅尺读数为基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
原点O
S
的Y
S0
坐标分量；
[0014]锁定X轴并沿Z轴方向移动所述工业相机，当基准靶标上棱边处于所述工业相机的视场中心时，确定Z直线运动轴的光栅尺读数为基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
原点O
S
的Z
S0
坐标分量；
[0015]依据X
S
轴、Y
S
轴和Z
S
轴的正方向以及解算出的原点O
S
的三维坐标(X
S0
,Y
S0
,Z
S0
)，建立基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
。
[0016]进一步地，所述基准靶标的各个表面均为光滑、平整、纹理均匀的亚光表面。
[0017]进一步地，所述基准靶标的各个表面的平面度误差均≤2μm。
[0018]进一步地，所述基准靶标的各条棱边均为锋利、连续且完整的直边。
[0019]进一步地，所述三维姿态调整机构包括一维手动角位台A、一维手动角位台B、一维手动旋转台、多个锁紧螺母及多个调节手柄，所述基准靶标安装于所述一维手动旋转台；
[0020]所述一维手动角位台A、所述一维手动角位台B依次叠加安装且分别用于在对应的所述调节手柄带动下调整所述基准靶标绕X轴的转动角度α和绕Y轴的转动角度β，并通过对应的所述锁紧螺母进行位置锁紧；
[0021]所述一维手动旋转台叠加安装于所述一维手动角位台A或所述一维手动角位台B且用于在对应的所述调节手柄带动下调整所述基准靶标绕Z轴的转动角度γ，并通过对应的所述锁紧螺母进行位置锁紧。
[0022]进一步地，所述用作参考基准的靶标装置还包括防护罩，所述防护罩罩设于所述底座、所述三维姿态调整机构及所述基准靶标。
[0023]进一步地，所述防护罩为透明材质的立方体中空壳体。
[0024]进一步地，所述防护罩的防护罩前表面上开设有窗口。
[0025]进一步地，所述防护罩用于固定在工业影像测量系统的工作台上。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于用作参考基准的靶标装置的基准坐标系的建立方法，其特征在于，所述靶标装置包括底座(1)、三维姿态调整机构(2)和基准靶标(3)，所述三维姿态调整机构(2)安装于所述底座(1)，所述基准靶标(3)固定于所述三维姿态调整机构(2)；所述基准靶标(3)为硬质合金钢材料，其形状为立方体；其中，该方法包括以下步骤：确定基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
的X
S
轴、Y
S
轴和Z
S
轴的正方向分别与工业影像测量系统的机器坐标系O
‑
XYZ的X轴、Y轴和Z轴的正方向相同；移动工业相机(5)，当所述基准靶标前表面(31)处于所述工业相机(5)的物方焦平面上时，确定X直线运动轴的光栅尺读数为基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
原点O
S
的X
S0
坐标分量；锁定X轴并沿Y轴方向移动所述工业相机(5)，当基准靶标前棱边(35)处于所述工业相机(5)的视场中心时，确定Y直线运动轴的光栅尺读数为基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
原点O
S
的Y
S0
坐标分量；锁定X轴并沿Z轴方向移动所述工业相机(5)，当基准靶标上棱边(34)处于所述工业相机(5)的视场中心时，确定Z直线运动轴的光栅尺读数为基准坐标系O
S
‑
X
S
Y
S
Z
S
原点O
S
的Z
S0
坐标分量；依据X
S
轴、Y
S
轴和Z
S
轴的正方向以及解算出的原点O
S
的三维坐标(X
S0

【专利技术属性】
技术研发人员：毕超，徐微雨，崔晓，刘京亮，李迪，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：