一种单相机实现位移量快速检测的方法与流程

本发明涉及一种使用单相机实现位移量快速检测的方法，适用于狭小、复杂等空间结构内，运动构件位移量、运动轨迹的快速测量，属于航空制造工程/数字化测量领域。

背景技术：

1、单相机摄影测量技术为静态测量，测量过程中仅需手持一台相机，具有较高的灵活型，适用范围大，可较多张照片匹配平差计算，精度可达±5μm，但需要在被测对象及其周围粘贴回光反射标志和编码标志，每一个编码标志点对应一个可被数字图像处理技术进行自动识别的唯一编码，这种编码标志点是辅助普通回光反射标志的一种测量手段，主要作为相片中的控制点来辅助同名像点完成初始自动匹配，最后通过图像处理和计算，将2d的图像恢复成数字的3d的模型。

2、单相机测量过程中存在如下问题：

3、1、使用单相机对运动构件位移量进行测量，需要分别对运动构件运动前、运动后两组静态姿态进行测量，然后对两组测量获取的3d数据进行匹配，将运动前、后的3d数据统一至一个坐标系再得到位移量，该过程效率非常低。

4、2、要求被测对象相对编码标志点的位置稳定，编码点法线方向与拍照方向应在一定的角度范围内(45°)才能保证编码点准确识别，实际测量环境空间狭小复杂，结构中难以找到合适的位置粘贴符合角度要求的编码点。

5、针对上述问题，发明一种基于单相机数字化测量技术可用于复杂环境下运动构件位移量的快速测量方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于单相机数字化测量技术，可用于复杂空间结构内，运动件空间位移量的快速准确测量，该方法使用单相机拍照后进行一次软件的匹配平差即可获取活动件不同的空间位置坐标，从而获取位移量或构造运动轨迹，并设计一种编码点快速布置设备，可在测量现场快速布置编码标志，编码标志方向方便调整，提高测量效率和对象的可测量性。

2、本发明的技术方案：

3、一种单相机实现位移量快速检测的方法，步骤如下：

4、单相机一次软件匹配平差即可获取位移量：可通过一次软件的匹配平差即可实现对运动构件位置变化的测量，该方法主要利用多照片匹配平差算法原理，将运动构件的空间位置转换为多个静态状态，单相机对每个静止状态拍照测量，每次拍照不少于4张照片。该方法流程图如图2所示。具体为：

5、1)测量现场分析

6、对待测现场的空间结构及待测运动对象的被测点位、运动轨迹进行分析，分析单相机测量空间的可达性。

7、2)照相点位设计

8、根据待测对象空间形式及运动轨迹，设计4个拍照的点位，4处拍照点位以近似矩形排列，距离和角度应满足照相测量需求。

9、3)静态转化设计

10、根据测量的需求，将运动构件的整个运动过程分解为若干个静态位置，或者仅含起点和终点两个位置。

11、4)编码标志点空间位置规划。

12、测量对象周围应布置不少于4个编码标志点作为测量的空间基准，根据空间结构的布局，选定编码标志点的粘贴或布置位置，尽量包络被测对象。

13、5)确定测量标志点

14、分析测量对象，根据待测对象的运动结构形式及所需的测量物理量，确定反光标志点(单点)的具体粘贴位置，反光标志点(单点)中心即代表运动构件的空间位置。

15、6)布置标志点

16、按第4)、5)步确定的编码标志点位置和测量标志点位置，在测量现场布置、粘贴编码标志点和测量标志点。在运动构件上依据测量需求粘贴不少于1个测量标志点。

17、7)第1组拍照

18、机构运动前，保证姿态稳定，使用单相机按第2)步设计的拍照点位以接近矩形的方位拍照，不少于4张照片，拍照需要覆盖编码标志点和回光反射标志点。

19、8)运动构件运动

20、使运动机构运动至第3)步设计的第1处静态位置，然后保持姿态静止。

21、9)第2组拍照

22、使用单相机再次以第2)步设计的矩形方位进行拍照，不少于4张照片，所有拍摄照片存放在一组照片集合。

23、10)重复

24、根据第3)步设计的各个静态位置，重复第8)、9)步操作，至运动至第3)步设计的最终状态。

25、11)照片匹配平差

26、使用摄影测量匹配平差方法，将照片集合进行一次综合匹配平差计算，由于运动构件上的回光反射标志点运动过程中位置发生了变化，在平差计算时，会将变化后的回光发射标志点作为新出现的标志点，得到新的3d点数据，最后可以获取运动构件在所有运动分解位置的回光反射标志点3d坐标。

27、12)运动测量或轨迹构造

28、将获取的3d点数据在建模软件(sa、catia等)中打开，使用建模软件的测量工具测量需求点的间距尺寸，即位移量，也可以跟据运动构件的理论运动轨迹(如圆弧、直线等)，利用摄影测量得到的已知点坐标数据和建模软件的曲线构造功能构造实际运动轨迹。

29、设计真空吸盘式柔性编码点固定设备，可在复杂、狭小空间结构中固定编码点，建立测量基准，满足单相机不同的测量位置和角度。真空吸盘式柔性编码点固定设备包括柔性吸盘装置1、软管2和真空发生装置3。柔性吸盘装置1通过软管2与真空发生器3连接。

30、优选的，软管2使用通用型快插式接头分别与柔性吸盘装置1、真空发生装置3的管接口气密安装。

31、优选的，柔性吸盘装置1共6个，软管2共6根，真空发生器3共1个，含有6个管接口。

32、优选的，柔性吸盘装置1包括真空吸盘4、真空吸盘4的底座、三脚支座5、固定支架6、上支座7、磁铁8、编码标志点9，真空吸盘4的底座嵌入三脚支座5内部的孔内，固定支架6底部的螺纹拧入真空吸盘4的底座孔内，拧紧后真空吸盘4、三脚支座5、固定支架6稳定固定在一起，磁铁8嵌在固定支架6上部的孔内，固定支架6上部有一个锥槽，上支座7的球形座安放在固定支架6的锥槽里，磁铁8吸引上支座7的球形座，使上支座7旋转不同角度均可保持稳定不动，不同编号的编码标志点9粘贴在上支座7的上部。

33、本发明的有益效果：

34、1、不需在产品上贴编码标志点，真空吸盘工作后，三脚支座被真空吸盘牢牢固定在产品上，三脚支座的三脚设计能够在各种曲面外形上固定，适用性广。上支座可通过球形座调整不同角度，磁铁吸附后稳定不动，使上面的编码标志点位于最佳拍照测量角度，提高编码点的可测性和测量的精度。

35、2、该发明基于单相机摄影测量技术，实现了一组拍照即可获取运动件不同位置坐标，解决了复杂空间内位移量难以快速检测的难题，不需在产品上粘贴编码标志点，柔性吸盘装置的三脚设计能够在各种曲面外形上固定，适用性广,并可以自由调整角度，保证上部的编码标志点位于最佳的拍照方向，一次数据提取即可获取运动构件的运动数据，极大的提高了工作磁铁效率。

技术特征：

1.一种单相机实现位移量快速检测的方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种单相机实现位移量快速检测的方法，其特征在于，采用真空吸盘式柔性编码点固定设备实现编码标志点空间位置规划，所述的真空吸盘式柔性编码点固定设备包括柔性吸盘装置(1)、软管(2)和真空发生装置(3)；柔性吸盘装置(1)通过软管(2)与真空发生器(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种单相机实现位移量快速检测的方法，其特征在于，软管(2)使用通用型快插式接头分别与柔性吸盘装置(1)、真空发生装置(3)的管接口气密安装。

4.根据权利要求2所述的一种单相机实现位移量快速检测的方法，其特征在于，柔性吸盘装置(1)共6个，软管(2)共6根，真空发生器(3)共1个，含有6个管接口。

5.根据权利要求2所述的一种单相机实现位移量快速检测的方法，其特征在于，柔性吸盘装置(1)包括真空吸盘(4)、真空吸盘(4)的底座、三脚支座(5)、固定支架(6)、上支座(7)、磁铁(8)、编码标志点(9)，真空吸盘(4)的底座嵌入三脚支座(5)内部的孔内，固定支架(6)底部的螺纹拧入真空吸盘(4)的底座孔内，拧紧后真空吸盘(4)、三脚支座(5)、固定支架(6)稳定固定在一起，磁铁(8)嵌在固定支架(6)上部的孔内，固定支架(6)上部有一个锥槽，上支座(7)的球形座安放在固定支架(6)的锥槽里，磁铁(8)吸引上支座(7)的球形座，使上支座(7)旋转不同角度均可保持稳定不动，不同编号的编码标志点(9)粘贴在上支座(7)的上部。

技术总结
一种单相机实现位移量快速检测的方法，属于航空制造工程/数字化测量领域。本发明可用于复杂空间结构内，运动件空间位移量的快速准确测量，该方法使用单相机拍照后进行一次软件的匹配平差即可获取活动件不同的空间位置坐标，从而获取位移量或构造运动轨迹，并设计一种编码点快速布置设备，可在测量现场快速布置编码标志，编码标志方向方便调整，提高测量效率和对象的可测量性。

技术研发人员：周晓星,王国辉,李梅平,邓洪亮,徐敬坤
受保护的技术使用者：沈阳飞机工业（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15