一种坐标识别器及其使用方法、测量系统与流程

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种坐标识别器及其使用方法、测量系统。

背景技术：

在产品(如汽车)的研发和试制中，通常都需要对对标产品进行点云扫描和关键点坐标测量以获得产品设计的参考数据，也称产品对标。行业中通常采用三维扫描仪进行点云扫描，采用坐标测量机进行关键点坐标测量，由于不同的测量设备所测得的数据在不同的坐标系下，那么扫描得到的点云数据和关键点坐标数据也就还需进行后期拼接从而得到坐标系统一的数据。通行的处理办法是：在对标产品上找一些规则特征或是预先粘一定数量的球，在完成点云扫描和关键点坐标测量后，再通过第三方逆向软件利用规则特征或预先粘上的球特征进行拼接。这一处理方法，不仅存在工作量大、精度差、效率低的问题，而且还容易出错，甚至还会导致整个数据的失效，因而返工率颇高，且严重影响工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能直接拟合统一三维扫描仪坐标系和坐标测量机坐标系的坐标识别器。还提供一种该坐标识别器的使用方法。另外，还提供一种使用该坐标识别器的测量系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种坐标识别器，其包括基座和设于基座上的标准球，所述标准球的中心坐标能由坐标测量机测量得到，所述基座上设有若干个定位标识，所述定位标识的中心坐标能由三维扫描仪识别得到。

上述的坐标识别器中，所述定位标识设于所述标准球的周围。

上述的坐标识别器中，所述基座呈N棱柱体，所述标准球设于所述基座的上表面，其中，N大于或等于3。

上述的坐标识别器中，所述定位标识为2*N个，其中，N个所述定位标识分别设于所述基座的上表面的各个角上，其余N个所述定位标识分别设于所述基座各个侧面的中心处。

上述的坐标识别器中，所述定位标识为一贴纸，其包括位于贴纸中部的圆心区和位于圆心区四周的外周区。

上述的坐标识别器中，所述圆心区的颜色为白色，所述外周区的颜色为黑色。

上述的坐标识别器中，所述基座上设有用于放置所述标准球的球面槽。

上述的坐标识别器中，所述标准球固定于所述球面槽上。

本发明还提供一种上述坐标识别器的使用方法，其包括如下步骤：

步骤一，确定坐标识别器上的定位标识的中心坐标与标准球的中心坐标之间的位置关系，得到位置关系函数；

步骤二，在被测量件上至少设置三个坐标识别器，用三维扫描仪扫描被测量件并自动识别出坐标识别器上的定位标识在三维扫描仪坐标系下的中心坐标；利用位置关系函数计算出标准球在三维扫描仪坐标系下的理论中心坐标；

步骤三，用坐标测量机测量出标准球在坐标测量机坐标系下的实际中心坐标，然后将标准球的实际中心坐标与理论中心坐标逐一对应并拟合统一，实现三维扫描仪坐标系与坐标测量机坐标系的拟合统一。

本发明还提供一种测量系统，其包括三维扫描仪、坐标测量机以及不少于3个上述任一项内容所述的坐标识别器，所述坐标识别器设于被测量件的表面，所述三维扫描仪用于扫描被测量件和识别所述定位标识在所述三维扫描仪坐标系下的中心坐标，所述坐标测量机用于测量被测量件的关键点坐标和测量所述标准球在所述坐标测量机坐标系下的实际中心坐标。

实施本发明的坐标识别器及其使用方法、测量系统，相对于现有技术具有如下的优点：

通过坐标识别器上的标准球的中心坐标与定位标识的中心坐标之间的位置关系，得到标准球在三维扫描仪坐标系下的理论中心坐标，并将该理论中心坐标与标准球在坐标测量机坐标系下的实际中心坐标逐一对应并拟合统一，使三维扫描仪扫描得到的点云数据和坐标测量机测得的关键点坐标数据直接统一在同一坐标系下，从而实现三维扫描仪与坐标测量机的坐标系转换，而无需再用第三方逆向软件进行拼接，可大幅提高产品设计的参考数据的精确性，有效杜绝返工，提高工作效率；整个坐标识别器的结构非常简单且容易操作。

附图说明

图1是本发明的坐标识别器的结构透视图；

图2是本发明的坐标识别器的结构示意图；

图3是本发明的坐标识别器的剖视图；

图4是实施本发明的坐标识别器的使用方法的示意图；

其中，1、基座；2、标准球；3、定位标识；100、坐标识别器；200、三维扫描仪；300、坐标测量机.

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图4所示，本发明的优选实施例，一种坐标识别器100，其包括基座1和设于基座1上的标准球2，标准球2的中心坐标能由坐标测量机300测量得到，基座1上设有若干个定位标识3，定位标识3的中心坐标能由三维扫描仪200识别得到。标准球2的中心坐标和定位标识3的中心坐标之间具有确定的位置关系，通过利用这一位置关系，可以将三维扫描仪200和坐标测量机300的坐标系拟合统一，使三维扫描仪200扫描得到的点云数据和坐标测量机300测得的关键点坐标数据直接统一在同一坐标系下，而无需再用第三方逆向软件进行拼接，能大幅提高产品设计的参考数据的精确性，有效杜绝返工，提高工作效率；整个坐标识别器100的结构非常简单且容易操作。

本实施例的定位标识3设于标准球2的周围，这样就可以通过三维扫描仪200从任何方位和角度所识别的定位标识3的中心坐标都能得到三维扫描仪坐标系下标准球2的理论中心坐标，而且还可以经过相互对比选取最优的标准球2的理论中心坐标，提高坐标系拟合统一的精度。

本实施例的基座1呈N棱柱体，标准球2设于基座1的上表面，定位标识3为2*N个，其中，N个定位标识3分别设于基座1的上表面的各个角上，其余N个定位标识3分别设于基座1各个侧面的中心处，N大于或等于3。这样的设计，不仅可以降低确定每个定位标识3的中心坐标与标准球2的中心坐标之间位置关系的难度，而且还能使每个定位标识3的中心坐标与标准球2的中心坐标之间位置关系更精确，以提高坐标系拟合统一的精度，另外，还可以通过该坐标识别器100对被测量件进行多角度识别和定位，便于三维扫描仪200从任意角度扫描被测量件，使扫描的效率和精度都大幅提高。

本实施例的定位标识3为一贴纸，其包括位于贴纸中部的圆心区和位于圆心区四周的外周区。为了提高点云数据的质量，圆心区的颜色优选为白色，外周区的颜色优选为黑色，即以黑色的外周区为背景，而这样的背景不会被扫描到点云数据中，减少三维扫描仪200的识别误差；以白色的圆心区为坐标点的获取位置，能清晰地被扫描到到点云数据中，达到有效识别。

本实施例的基座1上设有用于放置标准球2的球面槽，以便于标准球2在基座1上安装时能更好的定位，标准球2固定于球面槽上，如，标准球2可以通过焊接或粘胶固定在球面槽上。

本发明还提供一种坐标识别器的使用方法，其包括如下步骤：

步骤一，确定坐标识别器100上的定位标识3的中心坐标与标准球2的中心坐标之间的位置关系，得到位置关系函数；

步骤二，在被测量件上至少设置三个坐标识别器100，用三维扫描仪200扫描被测量件并自动识别出坐标识别器100上的定位标识3在三维扫描仪坐标系下的中心坐标；利用位置关系函数计算出标准球2在三维扫描仪坐标系下的理论中心坐标；

步骤三，用坐标测量机300测量出标准球2在坐标测量机坐标系下的实际中心坐标，然后将标准球2的实际中心坐标与理论中心坐标逐一对应并拟合统一，实现三维扫描仪坐标系与坐标测量机坐标系的拟合统一。实际上就是确定坐标测量机坐标系与三维扫描仪坐标系中的坐标点之间一一映射的关系，使坐标测量机300测得的任何坐标都可以直接对应到三维扫描仪坐标系中的坐标，从而使三维扫描仪200扫描得到的点云数据和坐标测量机300测得的关键点坐标数据直接统一在同一坐标系下。

本实施例的定位标识3的中心坐标与标准球2的中心坐标之间的位置关系函数为极坐标函数。通过利用极坐标函数F(r,θ)实现定位标识3的中心坐标与标准球2的中心坐标的转换，从而就能计算出标准球2在三维扫描仪坐标系下的理论中心坐标。

由此，实施上述坐标识别器的使用方法，通过坐标识别器100上的标准球2的中心坐标与定位标识3的中心坐标之间的位置关系，得到标准球2在三维扫描仪坐标系下的理论中心坐标，并将该理论中心坐标与标准球2在坐标测量机坐标系下的实际中心坐标逐一对应并拟合统一，使三维扫描仪200扫描得到的点云数据和坐标测量机300测得的关键点坐标数据直接统一在同一坐标系下，从而实现三维扫描仪200与坐标测量机300的坐标系转换，而无需再用第三方逆向软件进行拼接，可大幅提高产品设计的参考数据的精确性，有效杜绝返工，提高工作效率。另外，使用本实施例的坐标识别器100进行坐标系拟合统一时，由于标准球2的设计，坐标测量机300和三维扫描仪200可以任意布置在坐标识别器的周围，也就是说坐标识别器100并不会限制到坐标测量机300和三维扫描仪200之间的相对位置。

另外，本发明还提供一种应用上述坐标定位器100的测量系统，其包括三维扫描仪200、坐标测量机300以及不少于3个上述的坐标识别器100，坐标识别器100设于被测量件的表面，三维扫描仪200用于扫描被测量件和识别定位标识3在三维扫描仪坐标系下的中心坐标，坐标测量机300用于测量被测量件的关键点坐标和测量标准球2在坐标测量机坐标系下的实际中心坐标。

由此，实施上述测量系统，通过坐标识别器100上的标准球2的中心坐标与定位标识3的中心坐标之间的位置关系，得到标准球2在三维扫描仪坐标系下的理论中心坐标，并将该理论中心坐标与标准球2在坐标测量机坐标系下的实际中心坐标逐一对应并拟合统一，使三维扫描仪200扫描得到的点云数据和坐标测量机300测得的关键点坐标数据直接统一在同一坐标系下，从而实现三维扫描仪200与坐标测量机300的坐标系转换，而无需再用第三方逆向软件进行拼接，可大幅提高产品设计的参考数据的精确性，有效杜绝返工，提高工作效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。