一种三维点坐标测量方法及测量装置，解决系统的柔性和测量速度，满足现场测量和不易测量点的测量和降低制造成本的问题，方法的方案是，建立摄像机坐标系，标定出测量探头固定标志点的在光笔坐标系的三维坐标，计算出测量探头上一组固定标志点在摄像机坐标系坐标系下实施测量时刻的空间三维坐标和测量探头坐标系下的三维坐标，建立实施测量时刻两个坐标系的逻辑关系，标定球形测头的球心点在测量探头坐标系的三维坐标，利用前述结果，在测量时刻测算出测量探头前端球形测量头与被测点接触获测量点的坐标。测量装置，包括支架、摄像机、测量探头和配套的计算机和配套软件构成，摄像机为两台,固定在支架上，球形测量头固定在T形杆的前端，一组标志点呈T形固定在T形杆上。其优点是，柔性好和测量速度快，可实施不易测量点的测量和成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密测量领域，将接触式测量和非接触式测量这两种方法有机结合， 特别是一种测量探头和任意移动的便携式三维坐标测量方法及测量装置。
技术介绍
三坐标测量机方面已经非常成熟，根据目前的测量设备的发展状况，按通常的分类，可以把测量系统分为三坐标测量系统、柔性三坐标测量系统和以三维激光扫描测量系统、光学照相扫描测量系统等为代表的结构光扫描测量系统等。接触式的三坐标测量系统测量技术已经非常成熟，即使是结构光扫描三维测量手段日益普及的今天，传统CMM仍是占市场份额最大的三维测量手段。一般来讲，传统CMM具有精度高、可靠性好、技术成熟等特点，但测量速度慢、对被测物体的大小和重量有一定要求，并且需要比较严格的实验室环境。所以，测点量要求较少的标准件的高精度测量一般都采用传统CMM。目前柔性测量臂的研制开发已成为逆向工程研究的热点。世界上柔性测量臂制造厂有十多家，主要的有美国CIMCORE (R0MER-USA)、法国ROMER公司、美国FARO公司、日本 Vectron公司，德国kttMess公司、意大利的Garda公司等。上述的便携式三坐标测量机相对于传统的三坐标测量机具有更好的便携性、灵活性和现场检测能力，因此大大降低了对测量环境的限制，扩大了三维测量的应用场合。但是，现有柔性测量臂具有制造成本高，设备复杂，对测量现场要求较高，一次测量范围受到臂长的限制，测量速度慢，测量效率低等弱点。以三维激光扫描测量系统和光学照相扫描测量系统等为代表的结构光扫描测量系统，具有测量速度快的优点，能够在短时间内获取大量的测量数据，但是却有两个重大的缺点，一是无法进行单点测量，不能有选择的、单独的获取某些点的坐标；二是有断光干扰， 不能对深孔、遮光部分等位置进行测量。
技术实现思路
为更好发挥便携式三坐标测量使用方便的优势，同时提高测量系统的柔性和测量速度，并尽可能满足各种现场测量，更适应对深孔、遮光部分等不易测量点的测量和降低便携式三坐标测量仪器的制造成本，本专利技术公开一种三维点坐标测量方法及测量装置，该方法结合接触式测量和非接触式测量这两种方法，建立的数学模型通过测量探头与被测点接触，对检测点三维坐标进行确定。有效地克服目前三坐标测量机柔性低、造价高以及非接触式扫描仪不能探测内表面等遮光部分、能够单独测量某个点的缺陷。本专利技术实现测量方法的专利技术目的采用的技术方案是，一种三维点坐标测量方法， 该方法是通过测量探头与被测点接触，两台CCD摄像机采集测量探头部分图像信息，通过配套的计算机软件确定被测点的三维点坐，该方法通过以下步骤实现⑴、建立摄像机坐标系，对固定设置的两台CCD摄相机，利用相机自标定算法，解算出摄相机的内部参数和两个摄相机的相对方位，从而建立摄相机坐标系；⑵、根据双目立体视觉匹配算法计算出测量探头上固定设置的一组标志点Pgl-PgN在摄像机坐标系下实施测量时刻的空间三维坐标，采用光束法平差的原理标定测量探头上固定设置的该组标志点Pgl-PgN在测量探头坐标系下的三维坐标；⑶、通过一组固定在测量探头上点Pgl-PgN在探头坐标系下的三维坐标和实施测量时刻在摄像机坐标系下的三维坐标，可以确定实施测量时刻的测量探头坐标系相对于摄像机坐标系的旋转矩阵R和平移向量T，从而建立实施测量时刻两个坐标系的逻辑关系；⑷、采用测量探头单点多姿态的标定算法，来标定出测量探头前端球形测头的球心点 Pg在测量头坐标系的三维坐标；(5)、在测量的时候，测量探头前端球形测量头与被测点接触，两台CCD摄像机采集测量探头上不少于3个以上标志点的图像信息，配套的计算机软件重复步骤(3)建立测量时刻的两个坐标系的逻辑关系并利用步骤(4)的标定结果，即可实时获得测量探头前端球形测量头的球心点I^g在摄像机坐标系下的三维坐标，配套的计算机软件在通过测量探头前端球形测量头的球心点1 的三维坐标值确定被测点在摄像机坐标系中的三维坐标，并保存在配套的计算机的数据库中，重复上述测量过程，可以完成对η个测量点的测量。本专利技术实现测量装置的专利技术目的采用的技术方案是，一种三维点坐标测量装置， 包括支架、CCD摄像机、测量探头和配套的计算机和配套软件构成，配套软件是采用本专利技术所述的三维点坐标测量方法实现的，所述的CCD摄像机为两台，并固定在支架上，所述的测量探头包括T形杆、球形测量头和一组标志点，球形测量头固定在T形杆的前端，一组标志点呈T形固定在T形杆上。本专利技术的有益效果是，测量探头可以灵活探测到各种内外表面的点，如可以伸入深孔、内表面等，而测量探头上的标志点暴露于CCD摄像机可探测到的区域。本专利技术作为三坐标测量以及非接触式测量的有力补充，扩大了物体的测量范围。本专利技术测量系统简单可靠，又可以消除非接触式测量时的测量死角，具有体积小、重量轻、测量范围大、使用灵活方便、便于携带及现场使用等突出优点。本专利技术的与其它测量系统相比具有一些优点(1)测量探头、CCD摄像机和被测物体三者之间或摄像机与摄像机之间不需要严格精确的安装定位，因此可根据被测物体特点灵活调整摄像机的位置，大大方便了现场使用，增强了系统的柔性。(2)测量探头和视觉测量系统的结合提供了传统三坐标测量机的所有优点，并且不带来任何限制。同时，该系统的适用性鼓励了广泛领域的操作者，他们不必是操作视觉检测系统的照相测量专家。传统的三坐标测量机，以及参考系统，移动部分，和很难操纵的操纵杆系统，不能提供对任意选中点的及时，简易的测量，但这对于测量探头来说，是很容易做到的。(3)测量探头、摄像机和被测物体三者之间不需要严格精确的安装定位，因此可根据被测物体特点灵活调整摄像机的位置，方便现场使用，增强了系统的柔性。(4)摄像机摄取得是测量探头上标志点的图像而不是测点处的图像，所以测量不受被测物体表面的几何形状、表面曲率和材质的影响，这是以往的光学测量法最为头痛的事。而且有些难测的位置或盲点，可通过改变测量探头的长度和形状来进行测量。下面结合附图对本专利技术进行详细描述。附图说明附图1为本专利技术的装置示意图。附图2为测量探头示意图。附图中，1、C⑶摄像机，2、支架，3测量探头，3-1、T形杆、3-2、球形测量头，3-3、标志点，4、计算机。具体实施例方式一种三维点坐标测量方法，该方法是通过测量探头与被测点接触，两台C⑶摄像机采集测量探头图像信息，通过配套的计算机软件确定被测点的三维点坐，该方法通过以下步骤实现⑴、建立摄像机坐标系，对固定设置的两台CCD摄相机，利用相机自标定算法，解算出摄相机的内部参数和两个摄相机的相对方位，从而建立摄相机坐标系。⑵、根据双目立体视觉匹配算法计算出测量探头上固定设置的一组标志点 I^gl-PgN在摄像机坐标系坐标系下实施测量时刻的空间三维坐标，采用光束法平差的原理标定测量探头上固定设置的该组标志点Pgl-PgN在测量探头坐标系下的三维坐标。标定出在测量探头坐标系下一组标志点的三维坐标1^1(秘1，781，秘1)沖82(秘2， yg2, zg2),…，PgN (xgN, ygN, zgN)。本专利技术实施例中，一组标志点设置为5个，即N=5。⑶、通过一组固定在测量探头上的标志点Pgl-PgN，在探头坐标系下的三维坐标和实施测量时刻在摄像机坐标系的三维坐标，可以确定实施测量时刻的测量探头坐标系相对于摄像本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种三维点坐标测量方法，该方法是通过测量探头与被测点接触，两台ＣＣＤ摄像机采集测量探头图像信息，通过配套的计算机软件确定被测点的三维点坐，其特征在于：该方法通过以下步骤实现：⑴、建立摄像机坐标系，对固定设置的两台ＣＣＤ摄相机，利用相机自标定算法，解算出摄相机的内部参数和两个摄相机的相对方位，从而建立摄相机坐标系；⑵、根据双目立体视觉匹配算法计算出测量探头上固定设置的一组标志Ｐｇ１－ＰｇＮ点在摄像机坐标系下实施测量时刻的空间三维坐标，采用光束法平差的原理标定测量探头上固定设置的该组标志点Ｐｇ１－ＰｇＮ在测量探头坐标系下的三维坐标；⑶、通过一组固定在测量探头上的标志点Ｐｇ１－ＰｇＮ在探头坐标系下的三维坐标和实施测量时刻在摄像机坐标系的三维坐标，可以确定实施测量时刻的测量探头坐标系相对于摄像机坐标系的旋转矩阵Ｒ和平移向量Ｔ，从而建立实施测量时刻两个坐标系的逻辑关系；⑷、采用测量探头单点多姿态的标定算法，来标定出测量头前端球形测头的球心点Ｐｇ在测量探头坐标系的三维坐标；⑸、在测量的时候，测量探头前端球形测量头与被测点接触，两台ＣＣＤ摄像机采集测量探头上不少于３个以上标志点的图像信息，配套的计算机软件重复步骤（３）建立测量时刻的两个坐标系的逻辑关系并利用步骤（４）的标定结果，即可实时获得测量探头前端球形测量头的球心Ｐｇ点在摄像机坐标系下的三维坐标，配套的计算机软件在通过测量探头前端球形测量头的球心Ｐｇ的三维坐标值确定被测点在摄像机坐标系中的三维坐标，并保存在配套的计算机的数据库中，重复上述测量过程，可以完成对ｎ个测量点的测量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦大辉，毛婷，王泽根，刘福臻，杨艳梅，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：90
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