立体标定板及其校准方法与流程

1.本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种立体标定板及其校准方法。


背景技术：

2.标定板主要应用于机器视觉、图像测量、摄像测量、三维重建等领域中。而现有大多数标定场景主要以平面标定板为主，但使用平面标定板需要进行多图标定，导致标定流程繁琐且标定时间长，目前通过使用立体标定板来解决上述问题。但是，现有的立体标定板包括六块平面标定板，六块平面标定板围合形成立方体结构，但是在加工过程中难以保证两两相对的两块平面标定板之间的平行度，从而难以满足高精度需求。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种立体标定板及其校准方法，旨在能够简化标定流程并缩短标定时间的基础上，能够提升标定精度。
4.为实现上述目的，本发明提出的一种立体标定板，包括：
5.由下至上依次层叠设置的至少两块平面标定板，所述平面标定板的上表面设有图案，在相邻的两所述平面标定板中，位于下层的所述平面标定板的至少部分图案显露于位于上层的所述平面标定板之外。
6.在本发明的一实施例中，相邻的两所述平面标定板的横截面面积不等。
7.在本发明的一实施例中，在相邻的两所述平面标定板中，位于上层所述平面标定板的横截面面积小于位于下层的所述平面标定板的横截面面积。
8.在本发明的一实施例中，在相邻的两所述平面标定板中，定义与位于下层的所述平面标定板的下表面平行的表面为投影面，位于上层的所述平面标定板在所述投影面上的投影落入位于下层的所述平面标定板在所述投影面上的投影内。
9.在本发明的一实施例中，在相邻的两所述平面标定板中，位于上层所述平面标定板部分嵌入位于下层的所述平面标定板内。
10.在本发明的一实施例中，相邻的两所述平面标定板之间设有粘接层。
11.在本发明的一实施例中，所述图案包括若干阵列分布的子图案。
12.本发明还提出一种基于如上所述的立体标定板的校准方法，所述校准方法包括以下步骤：
13.将所述立体标定板放置于测量机的机台上；
14.通过所述测量机的测量头测量每一所述平面标定板的图案上的至少三个不共线的角点，记录每一所述角点的三维坐标数据；
15.通过记录的同一所述平面标定板中的至少三个所述角点的三维坐标数据计算得到该平面标定板的位置方程，得到至少两块所述平面标定板之间的位置关系。
16.在本发明的一实施例中，所述“通过记录的同一所述平面标定板中的至少三个所述角点的三维坐标数据计算得到该平面标定板的位置方程，得到至少两块所述平面标定板
之间的位置关系”的步骤之后还包括：
17.调整所述测量机的视觉机构，以使所述视觉机构的至少两个视觉光轴相交并形成有光轴交点，并使所述光轴交点位于所述立体标定板的景深范围内；
18.移动所述测量机的测量头，以使所述光轴交点依次对准每一所述平面标定板的图案上的任一角点，并记录每一所述平面标定板中任一角点的三维坐标数据；
19.通过记录的每一所述平面标定板的任一角点的三维坐标数据计算得到不同所述平面标定板的角点的相对位置关系；
20.根据不同所述平面标定板的角点的相对位置关系结合至少两块所述平面标定板之间的位置关系，得到所述立体标定板任意两所述图案的相对位置关系。
21.在本发明的一实施例中，所述“将所述立体标定板放置于测量机的机台上”的步骤之后还包括：
22.通过所述机台上的夹持机构夹持固定所述立体标定板。
23.本发明提出的立体标定板，包括由下至上依次层叠设置的至少两块平面标定板，也即，立体标定板直接通过至少两块平面标定板依次层叠而成，可以更加容易保证每一块平面标定板的平面度，同时可以使用高精度仪器(例如三坐标测量机)来校准立体标定板，即可获得高精度标定的立体标定板，从而可以在简化标定流程并缩短标定时间的基础上，能够保证标定精度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
25.图1为本发明立体标定板一实施例的结构示意图；
26.图2为本发明立体标定板的校准方法中至少两块平面标定板之间的位置关系的校准流程图；
27.图3为本发明立体标定板的校准方法中立体标定板任意两图案的相对位置关系的校准流程图。
28.附图标号说明：
29.标号名称标号名称100立体标定板11图案10平面标定板11a角点
30.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
34.本发明提出一种立体标定板100及其校准方法，旨在能够简化标定流程并缩短标定时间的基础上，能够提升标定精度。
35.以下将就本发明立体标定板100及其校准方法的具体结构及其校准方法进行说明：
36.结合参阅图1，在本发明立体标定板100的一实施例中，该立体标定板100包括由下至上依次层叠设置的至少两块平面标定板10，所述平面标定板10的上表面设有图案11，在相邻的两所述平面标定板10中，位于下层的所述平面标定板10的至少部分图案11显露于位于上层的所述平面标定板10之外。
37.可以理解的是，本发明提出的立体标定板100，包括由下至上依次层叠设置的至少两块平面标定板10，也即，立体标定板100直接通过至少两块平面标定板10依次层叠而成，可以更加容易保证每一块平面标定板10的平面度，同时可以使用高精度仪器(例如三坐标测量机)来校准立体标定板100，即可获得高精度标定的立体标定板100，从而可以在简化标定流程并缩短标定时间的基础上，能够保证标定精度。
38.在实际应用过程中，立体标定板100所需的平面标定板10的数量、材质、大小、图案11形状(例如等形状)、刻度、颜色等外观可根据实际的应用场景进行选择，并且，至少两块平面标定板10上的图案11形状(例如棋盘格、圆形等形状)、刻度、颜色等外观可以相同也可以不同，在此不作限定。具体而言，平面标定板10的数量可以为两块、三块、四块等等；平面标定板10的材质可以为玻璃、塑胶等等；平面标定板10的图案11形状可以为棋盘格、圆形等等。
39.在实际应用过程中，相邻的两块平面标定板10可以采用吸附、卡接、粘接、嵌入等方式进行固定连接，以保证相邻的两块平面标定板10之间不会发生相对移动。在一实施例中，在相邻的两所述平面标定板10中，可以使位于上层所述平面标定板10部分嵌入位于下层的所述平面标定板10内，也即，可以在位于下层的平面标定板10的上表面开设有嵌槽，以将位于上层的平面标定板10的部分嵌入嵌槽内，即可实现相邻的两块平面标定板10之间的连接。在另一实施例中，也可以在相邻的两所述平面标定板10之间设有粘接层，也即，可以在位于上层的平面标定板10的下表面上涂覆有粘贴胶，然后将位于上层的平面标定板10放置在位于下层的平面标定板10的上表面，待粘贴胶凝固后，即可在相邻的两块平面标定板10之间形成有粘接层，以实现相邻的两块平面标定板10之间的连接。
40.在实际应用过程中，相邻的两块平面标定板10的横截面面积可以相等也可以不相等，当相邻的两块平面标定板10的横截面面积相等时，相邻的两块平面标定板10需要错位
设置，以使位于下层的平面标定板10的至少部分图案11显露于位于上层的平面标定板10之外。
41.进一步地，结合参阅图1，在本发明立体标定板100的一实施例中，相邻的两所述平面标定板10的横截面面积不等。如此设置，在层叠至少两块平面标定板10时，可以便于位于下层的平面标定板10的至少部分图案11显露于位于上层的平面标定板10之外。
42.在实际应用过程中，可以使位于上层的平面标定板10的横截面面积小于位于下层的平面标定板10的横截面面积，也可以使位于上层的平面标定板10的横截面面积大于位于下层的平面标定板10的横截面面积。
43.进一步地，结合参阅图1，在本发明立体标定板100的一实施例中，在相邻的两所述平面标定板10中，位于上层所述平面标定板10的横截面面积小于位于下层的所述平面标定板10的横截面面积。如此设置，通过将横截面面积较小的平面标定板10设置在横截面面积较大的平面标定板10的上方，可以保证立体标定板100在标定过程中的平稳性，以防止在进行标定过程中出现头重脚轻的现象而发生倾斜，进而影响标定精度。
44.在实际应用过程中，可以使位于上层的平面标定板10完全处于位于下层的平面标定板10的上方区域内，也可以使位于上层的平面标定板10的部分处于位于下层的平面标定板10的上方区域内，部分处于位于下层的平面标定板10的上方区域之外。
45.进一步地，结合参阅图1，在本发明立体标定板100的一实施例中，在相邻的两所述平面标定板10中，定义与位于下层的所述平面标定板10的下表面平行的表面为投影面，位于上层的所述平面标定板10在所述投影面上的投影落入位于下层的所述平面标定板10在所述投影面上的投影内。也即，位于上层的平面标定板10将完全处于位于下层的平面标定板10的上方区域内，如此设置，不仅可以便于位于下层的平面标定板10的至少部分图案11显露于位于上层的平面标定板10之外，还可以进一步保证立体标定板100在标定过程中的平稳性。
46.进一步地，结合参阅图1，在本发明立体标定板100的一实施例中，所述图案11包括若干阵列分布的子图案11。如此设置，便可以使图案11具有多个角点11a，以便于高精度仪器的校准。
47.结合参阅图1，本发明还提出一种基于如上所述的立体标定板100的校准方法，该立体标定板100的具体结构参照上述实施例，所述校准方法包括以下步骤：
48.s10，将所述立体标定板100放置于测量机的机台上；具体地，测量机可以为三坐标测量机，三坐标测量机可以包括机台，以及设置在机台上的测量头、视觉机构等等，具体可以通过人工或者机械手的方式将立体标定板100放置在测量机的机台上，并使立体标定板100位于测量头的下方，即可通过测量头测量立体标定板100上各个角点11a的三维坐标系；
49.s30，通过所述测量机的测量头测量每一所述平面标定板10的图案11上的至少三个不共线的角点11a，记录每一所述角点11a的三维坐标数据；由于三个不共线的点可以确定一个平面，因此，通过测量机的测量头测量每一平面标定板10的图案11上的至少三个不共线的角点11a，并记录每一角点11a的三维坐标数据，即可确定每一平面标定板10上表面的位置；
50.s40，通过记录的同一所述平面标定板10中的至少三个所述角点11a的三维坐标数据计算得到该平面标定板10的位置方程，得到至少两块所述平面标定板10之间的位置关
系；当测量机获取同一平面标定板10中的至少三个角点11a的三维坐标数据后，即可通过计算得到该平面标定板10的位置方程，进而得到至少两块平面标定板10之间的位置关系，此时，即可以以测量机的机床坐标系的原点作为基准，并可以根据校准后的位置关系推导出立体标定板100上其他角点11a的相对坐标。
51.需要说明的是，平面标定板10的图案11上的角点11a可以为两条线相交的点，也可以为中心点或圆点。
52.进一步地，结合参阅图3，在本发明校准方法的一实施例中，所述“通过记录的同一所述平面标定板10中的至少三个所述角点11a的三维坐标数据计算得到该平面标定板10的位置方程，得到至少两块所述平面标定板10之间的位置关系”的步骤之后还包括：
53.s50，调整所述测量机的视觉机构，以使所述视觉机构的至少两个视觉光轴相交并形成有光轴交点，并使所述光轴交点位于所述立体标定板100的景深范围内；具体地，视觉机构可以为两个相机，也可以为一个相机和一个激光传感器，只要可以发出两个视觉光轴即可，具体可以通过人工转动或者机械的方式驱动视觉机构运动，以使视觉机构的至少两个视觉光轴相交并形成有光轴交点，然后再人工转动或者机械的方式驱动视觉机构运动，以使光轴交点位于立体标定板100的景色深范围内；
54.s60，移动所述测量机的测量头，以使所述光轴交点依次对准每一所述平面标定板10的图案11上的任一角点11a，并记录每一所述平面标定板10中任一角点11a的三维坐标数据；如此，便可以通过测量机的测量头测量并记录每一平面标定板10中任一角点11a的三维坐标数据；
55.s70，通过记录的每一所述平面标定板10的任一角点11a的三维坐标数据计算得到不同所述平面标定板10的角点11a的相对位置关系；当测量机获取每一平面标定板10的任一交点的三维坐标数据后，通过计算即可得到不同平面标定板10的角点11a的相对位置关系，例如，当测量机获取其中一平面标定板10的图案11上的其中一角点11a的三维坐标数据为(1,1,1)，并获取另一平面标定板10的图案11上的其中一角点11a的三维坐标数据为(2,2,2)时，即可确定不同平面标定板10的角点11a之间的相对位置关系；
56.s80，根据不同所述平面标定板10的角点11a的相对位置关系结合至少两块所述平面标定板10之间的位置关系，得到所述立体标定板100任意两所述图案11的相对位置关系；如此，即可根据不同平面标定板10的角点11a之间的相对位置关系并结合至少两块平面标定板10之间的位置关系，确定出立体标定板100任意两图案11的相对位置关系，那么，即可完成对立体标定板100的校准，以得到可高精度标定的立体标定板100，此时校准后的立体标定板100可在实际场景下直接使用，例如可以以立体标定板100上的任一图案11刻度作为基准，并可根据校准后的位置关系推导处立体标定板100上其他图案11刻度的相对坐标。
57.进一步地，结合参阅图2，在本发明校准方法的一实施例中，所述“将所述立体标定板100放置于测量机的机台上”的步骤之后还包括：
58.s20，通过所述机台上的夹持机构夹持固定所述立体标定板100。如此设置，通过人工或者机械手将立体标定板100放置在测量机的机台后，可以通过机台上的夹持机构将立体标定板100夹持固定，以保证立体标定板100放置在机台上的稳定性，以防止在通过测量机的测量头进行测量的过程中，立体标定板100发生位置偏移，而影响对立体标定板100的测量精度，进而影响对立体标定板100的校准精度。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。