辅助测量靶标的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种辅助测量靶标，属于测量【技术领域】。本实用新型的测量靶标包括一测杆，测杆上方转动装配有转站球，该转站球表面上均匀布设有标记孔，该测杆上还固定安装有一能随测杆转动的测量棒，测量棒的一个面上设置有标志点，本实用新型在使用时，当摄像机在一个有效视场内测量完毕后，移动摄像机到另一个位置，保证转站球位姿不发生变化，同时旋转测杆使贴有标志点的一面正对摄像机，并记录测杆的旋转角度，同时通过转站球和转站球上每一个标记孔，可以得到转站后和转站前的相互关系，通过它们之间的相互关系可以将若干组坐标值进行空间拼接，实现对大型零件三维形貌的重构。
【专利说明】辅助测量朝标
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及辅助测量靶标，属于测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来大尺寸的曲面在汽车工业、船舶和航天器外形等方面得到广泛的应用，随着现代加工制造和生产作业的发展需要，大型零件三维几何尺寸的测量已成为现代逆向工程和产品数字化设计及制造的基础支撑技术，而且越来越多的装配、质量控制、在线检测、工业产品的工装定位等领域也迫切需要解决大型零件的三维测量。
[0003]随着计算机技术、电子学、光学技术的日趋完善以及图像处理、模式识别等技术的不断进步，计算机视觉测量技术得到快速发展，已逐渐成为大型零件表面三维信息最主要的测量手段。目前基于单目视觉的大型零件测量技术主要有:几何相似法测量、几何形状约束法测量、结构光法测量、几何光学法测量和辅助靶标测量，其中只有辅助靶标测量可以实现空间不可见点的测量。
[0004]靶标上一般设计有具有鲜明特征的标记来产生标志点，按照标志点发光与否，靶标可分为无光源靶标和有光源靶标两类，其中无光源靶标是利用靶标上的特制图案产生标志点，通常为获得理想标志点图像，还需使用特定光源照射靶标，此种靶标受环境影响较大；有光源祀标利用发光体，例如LED产生标志点,传统有光源祀标通过二值法确定光点区域，利用重心法或椭圆拟合法提取标志点中心，由于图像的二值化处理以及标志点不同角度成像，通过重心法或椭圆拟合法所提出的光点中心并非对应于空间中同一点，使得测量精度降低。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种辅助测量靶标，以解决目前的辅助测量靶标在测量过程中测量范围有限导致无法将大型零件中所有待测点测量完毕的问题。
[0006]本实用新型为解决上述技术问题而提供一种辅助测量靶标，该测量靶标包括一测杆，测杆上方转动装配有转站球，该转站球表面上均匀布设有标记孔，该测杆上还固定安装有一能随测杆转动的测量棒，该测量棒的一个面上设置有标志点，该面在测量时始终正对摄像机，所述转站球下方固定设置有刻有角度值的转站台，用于记录测杆的旋转角度。
[0007]所述转站球上的标记孔为圆柱孔，每个标记孔的轴线与转站球的球心相交。
[0008]所述的标志点包括16个圆形回光反射辅助标志点和4个测量用标志点,所述16个圆形回光反射辅助标志点中每4个辅助标志点呈长方形分布，所述的4个测量用标志点分别设置在4个长方形对角线的交点。
[0009]所述的标志点上设置有玻璃粒子，用于形成二值图像。
[0010]所述的测杆的下方设置有测头，测头上装有触发开关，用控制被测点的采样。
[0011]本实用新型的有益效果是:本实用新型的测量靶标包括一测杆，测杆上方转动装配有转站球，该转站球表面上均匀布设有标记孔，该测杆上还固定安装有一能随测杆转动的测量棒，测量棒的一个面上设置有标志点，本实用新型在使用时，当摄像机在一个有效视场内测量完毕后，移动摄像机到另一个位置，保证转站球位姿不发生变化，同时旋转测杆使贴有标志点的一面正对摄像机，并记录测杆的旋转角度，同时通过转站球和转站球上每一个标记孔，可以得到转站后和转站前的相互关系，通过它们之间的相互关系可以将若干组坐标值进行空间拼接，实现对大型零件三维形貌的重构，本实用新型能够在1000mmX 1000mmX 1000mm测量范围内，转站精度满足测量要求，实现了对大型零件的快速、高精度、大范围、低成本的自动测量和重建。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是单目视觉测量系统的结构图；
[0013]图2是本实用新型辅助测量靶标的结构示意图；
[0014]图3是本实用新型辅助测量靶标的转站球的结构示意图；
[0015]图4是本实用新型辅助测量靶标的转站台的结构示意图；
[0016]图5是本实用新型辅助测量靶标中测棒上标志点的分布示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0018]本实用新型的辅助测量靶标如图2所示，包括测杆1，测杆I上转动装配有转站球2，转站球2下方固定安装有转站台3，测杆I上还固定安装有能随测杆I旋转的测棒4，测棒3的一个面上设置有标志点，测杆I下方设置有测头5。转站球2为一球体，如图3所示，其外表面上按照一定角度均匀的在经线和纬线的相交位置上布设有标记孔，标记孔为低于球体表面的圆柱孔G1, G2,…，Gn,各标记孔的轴线与球心相交，各标记孔上分别粘贴各种颜色不同的彩色回光反射圆形薄贴，各标记孔在辅助靶标中的位置由颜色标识唯一确定，通过转站球上标记孔进行空间转站和拼接，实现对大型零件的三维形貌的重构。转站台3如图4所示，转站台3上刻有360度均匀编码的角度，用于显示转战测量时测杆的旋转的角度，测棒3如图5所示，为一纯黑色长方体，其中一个表面上设置有尺寸信息已知的16个圆形回光反射辅助标志点N1, N2,…，N16和4个测量用标志点P1, P2, P3, Ρ4?每4个辅助标志点成长方形分布，分别处于长方形的4个顶点，16个辅助标志点分成4个长方形分布区域，4个测量用标志点分别处于上述4个长方形区域对角线的交点上，每个标志点设置有一种高折射率的玻璃粒子，反射强度 高，与黑色测棒形成鲜明对比，易于与背景光源相分离，以形成清晰而突出的二值图像，测棒有标志点的一面与转站台相切处为起始位置，测量时，手持测棒两侧使贴有标志点的一面正对摄像机6。
[0019]测头4具有良好的刚性和球度，能够灵活探测到各种内外表面上的点，测头4上安装有触发开关，以方便控制被测点的采样，一般选用球度高有高硬度陶瓷材料制成的的工业用红宝石，测量时测头紧紧靠住被测点，保证靶标在图像采集中的稳定性，测杆5的长度可以根据被测零件进行调节，为满足测量刚性要求，测杆长度越短越好，增加测杆长度会降低测量精度，但是对于有些难测的位置或者盲点，测杆长度可根据实际测量情况进行调节，特别适合飞机机翼或机身、汽车底盘或者车身、车间平台等物体的测量，综合考虑吧测杆的长度应该选择50-110mm。[0020]该辅助测量靶标的工作原理如下:
[0021]首先将测棒标记的相切点位于转站台O刻度处，测量时手持测棒两侧，令测棒贴有标志点一面正对摄像机，当辅助靶标上的刚体测量头与零件待测点垂直接触时，测头上的触发开关同步控制摄像机来获取靶标标记孔和标志点的特征图像信息，图像采集卡对图像进行采集；当摄像机在一个有效视场内测量完毕后，移动摄像机到另一个位置，保证转站球位姿不发生变化，同时旋转测棒使贴有标志点的一面正对摄像机，转站台上刻有360度均匀编码的角度值，可记录测棒旋转的角度值，然后开始测量，直到将大型零件的所有曲面测量完毕；将图像采集卡采集的图像传输给计算机，采用最小二乘椭圆拟合算法计算16个辅助标志点中心像素坐标，每4个辅助标志点中心可构造四边形，利用四边形对角线交点可求出4个测量标志点中心像素坐标值，保证了靶标不同姿态成像时，所提取出的标志点中心对应于空间中同一点，从而提高了测量精度。转站球和转站球上每一个特殊的标记孔，可以得到转站后和转站前的相互关系，通过它们之间的相互关系可以将若干组坐标值进行空间拼接，实现对大型零件三维形貌的重构。在IOOOmmX IOOOmmX IOOOmm测量范围内，转站精度满足测量要求。本实用新型克服了立体视觉及其他视觉测量技术标志点匹配难、三维空间拼接复杂的技术难关，实现对大型零件的快速、高精度、大范围、低成本的自动测量和重建。
【权利要求】
1.一种辅助测量靶标，其特征在于，该测量靶标包括一测杆，测杆上方转动装配有转站球，该转站球表面上均匀布设有标记孔，该测杆上还固定安装有一能随测杆转动的测量棒，该测量棒的一个面上设置有标志点，该面在测量时始终正对摄像机，所述转站球下方固定设置有刻有角度值的转站台，用于记录测杆的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的辅助测量靶标，其特征在于，所述转站球上的标记孔为圆柱孔，每个标记孔的轴线与转站球的球心相交。
3.根据权利要求1所述的辅助测量靶标，其特征在于，所述的标志点包括16个圆形回光反射辅助标志点和4个测量用标志点，所述16个圆形回光反射辅助标志点中每4个辅助标志点呈长方形分布，所述的4个测量用标志点分别设置在4个长方形对角线的交点。
4.根据权利要求3所述的辅助测量靶标，其特征在于，所述的标志点上设置有玻璃粒子，用于形成二值图像。
5.根据权利要求3所述的辅助测量靶标，其特征在于，所述的测杆的下方设置有测头，测头上装有触发开关，用控制被测点的采样。
【文档编号】G01B11/00GK203657743SQ201420003942
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】刘丽丽, 李航, 司东宏, 王想到, 付林伯, 刘志威, 张伟, 孙景文 申请人:河南科技大学