一种可调平自发光特征靶标的制作方法
【专利摘要】本发明一种可调平自发光特征靶标属于计算机视觉测量领域，涉及一种可调平自发光特征靶标设计，以实现机床误差的测量。靶标由靶标基座、磁铁、散热装置、测量基准、自发光部件和4组调平螺钉六部分组成。靶标基座由铁金属制成，其底部具有凹槽，凹槽内安装磁铁，基座的前后左右4面开有矩形方孔；散热装置由散热板与散热风扇构成。靶标通过光刻同心圆环标志点以及高均匀打光保证了视觉成像以及提取精度，在三坐标机床上通过调节调平螺钉调整测量基准与靶标基座底面的平行度，避免了安装误差的引入，最终实现机床误差的高精度的检测。该特征靶标拆卸安装方便，适用于不同类型机床误差的测试，整体装置使用便携，性能可靠。
【专利说明】
一种可调平自发光特征靶标
技术领域
[0001 ]本发明属于计算机视觉测量领域，涉及一种可调平自发光特征靶标设计，以实现 机床误差的测量。
【背景技术】
[0002] 采用计算机视觉测量技术测量机床误差，当机床表面特征信息不明显时，易造成 图像处理过程中特征信息提取精度低、误匹配等现象。为此，需在机床表面布置特征靶标以 准确表征机床运动信息。在机床高精度测量场合，视觉测量精度对靶标的特征形式以及制 造精度提出很高要求。同时，不同测量要求及相应的相机拍摄参数下特征信息的高质量成 像急需具有合适打光方式的亮度可调的高均匀光源。此外，为了不引入其他误差，特征靶标 与机床工作台需保证较高的装配精度。综上所述，设计一种高精度便携可调平自发光特征 靶标对于提高视觉检测机床误差精度至关重要。
[0003] 河南科技大学李航等人发明的专利号为CN201410003023"一种辅助测量靶标"发 明了一种保证转战球位姿不变，旋转测杆使贴有标志点的一面面对每一个摄像机的有效视 场，记录测杆旋转角度以及转战球上均布的标记孔信息，经过空间拼接实现对大型零件三 维形貌的重构，但测量过程中需手持测棒两侧且测头需要紧紧靠住被测点，影响测量精度， 且不适用于对机床运动过程中的误差测量。湖北工业大学何涛等人发明的专利号为 CN201510318656"一种适用于双目或多目视觉尺寸测量的立体靶标"发明了一种正立方体 结构、四个测量面均布编码贴的立体靶标，通过测量探针接触被测点，双目或多目视觉系统 获取立体靶标图像，图像处理求取编码值及定位点的三维坐标，计算出被测点的三维坐标， 但是由于反光编码贴对环境光照要求高且制造精度较低，影响测量精度，另外该立体靶标 不能跟随被测物运动，难以实现机床运动过程中的误差测量。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明了一种适用于机床误差测 量的可调平自发光特征靶标，解决复杂光照条件下机床误差测量难题。通过在玻璃基材上 光刻高精度同心圆环标志点构成测量基准以保证机床运动信息描述特征的制造精度;采用 高均匀LED光源配合外部光源控制器背光照明，及漫反射板组成自发光部件，提高同心圆环 标志点的成像质量。使用散热装置释放LED光源产生热量达到降温效果。将上述各部分装配 在靶标基座上构成特征靶标，采用磁铁吸力固定特征靶标在机床上，使用时在三坐标测量 机上调整4组调平螺钉位置保证测量基准与靶标基座底面的平行度，避免引入靶标基座与 机床的安装误差。
[0005] 本发明所采用的技术方案是一种可调平自发光特征靶标，其特征是，靶标由靶标 基座4、磁铁8、散热装置、测量基准2、自发光部件和4组调平螺钉1六部分组成；
[0006] 所述靶标基座4由铁金属制成，其底部具有凹槽，凹槽内安装磁铁8,基座4的前后 左右四面开有矩形方孔；
[0007] 散热装置由散热板6与散热风扇7构成，散热风扇7安装在基座4的内腔底部上，散 热风扇7的电源线通过靶标基座4的侧面引出，被制作成矩阵排列的柱型散热板6安装在散 热风扇7的上方；
[0008] 测量基准2由玻璃基底上光刻同心圆环标志点，并高均匀打光;漫反射板3安装在 测量基准2下面，两者通过4组调平螺钉1安装在靶标基座4上，每组调平螺钉1包括一个全螺 纹螺栓和上下安装的两个螺母，螺栓在靶标基座4上旋转至螺纹孔底部；
[0009] 自发光部件包括LED光源5，漫反射板3和外部光源控制器9，LED光源5安装在散热 板6的上面，LED光源5的电源线由靶标基座4的上方引出，与外部光源控制器9相连。
[0010] 本发明的有益效果是通过光刻同心圆环标志点以及高均匀打光保证了视觉成像 以及提取精度，在三坐标机床上通过调节4组调平螺钉1调整测量基准2与靶标基座4底面的 平行度，避免了安装误差的引入，最终实现机床误差的高精度的检测。此外，本发明设计的 特征靶标拆卸安装方便，适用于不同类型机床误差的测试，整体装置使用便携，性能可靠。
【附图说明】
[0011] 图1是特征靶标整体外观图，图2是该特征靶标主体部分的剖视图。其中：1-调平螺 钉，2-测量基准，3-漫反射板，4-靶标基座，5-LED光源，6-散热板，7-散热风扇，8-磁铁，9-外 部光源控制器。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。
[0013] 安装装置过程中，先将散热风扇7放置在靶标基座4空腔最底层，并将电源线从侧 面引出，放入散热板6,在散热板6上部放入LED光源5,并将LED光源5电源线从靶标基座4上 方引出，与外部光源控制器9连接，在调平螺钉1上下螺母中间放置漫反射板3和测量基准2。 将组装好的特征靶标在三坐标测量机上，通过4组调平螺钉1进行测量基准2位置的微调使 测量基准2表面与靶标基座4底面平面度达到测量要求。将调平后的特征靶标使用磁铁8固 定在工作台上。
[0014] 机床误差测量过程中，先将调平好的特征靶标固定在机床工作台上，机床工作台 运动带动特征革G标运动，双目相机通过拍摄高精度测量基准2并对不同时刻的序列图像进 行处理，得到每帧图像同心圆环标志点的中心坐标，运用对极几何原理将左右图像的同心 圆环标志点的中心像素坐标重建出三维中心坐标，与理想轨迹比较得到机床误差；
[0015] 如附图1、2所示，本发明的一种可调平自发光特征靶标由靶标基座4、磁铁8、测量 基准2、自发光部件、散热装置、调平螺钉1六部分组成，分别针对每一部分进行描述。
[0016] -、靶标基座
[0017] 本发明的靶标基座4是特征靶标的基础结构，用于组装支撑其他组成部分并通过 磁铁8将特征靶标固定在机床上。基座为侧面相同的空腔结构，由下到上分别放置散热风扇 7、散热板6、LED光源5,基座上方通过4组调平螺钉1与漫反射板3和测量基准2相连接。靶标 基座4侧面开槽，用于将散热风扇7导出的热量尽快发散出靶标基座4，同时引出LED光源5和 散热风扇7的电源线。此外，为能够准确表征机床的运动信息，靶标基座4底面需具备高的几 何精度与形状精度。由图2可看出底面圆柱形凹槽用于放置圆柱形磁铁8,以将其与机床工 作台固定，便于不同机床的快速安装和拆卸。
[0018] 二、测量基准
[0019] 考虑到玻璃基底不仅具有热膨胀系数小、防腐蚀性好，还具有精度高、硬度较大等 特点，便于制造出高精度同心圆环标志点，因此本发明制造的测量基准2采用玻璃基底。圆 形标志点存在很多摄影不变性，为保证精度进行光刻，并达到微米级精度。玻璃基底的外形 尺寸为20mmX20mm，中间同心圆环标志点的外圆为φ 8mm，内圆为φ 6mm，轮廓精度为±1μ m，且玻璃基底在四个角处开通孔，用于穿过4组调平螺钉1。
[0020] 三、自发光装置
[0021] 本发明通过在玻璃基准上光刻高精度同心圆环标志点构成测量基准2,在前置光 源情况下，由于光的折射与反射，使得标志点成像有阴影，影响同心圆环标志点中心提取精 度。因此，采用背光照明装置，光源采用LED光源5。使用外部光源控制器9的作用是通过调整 电压调整LED光源5的亮度，以满足复杂环境测量中同心圆环标志点成像对光源亮度的要 求。
[0022] 采用LED光源5直射，光照强度或弱或强，而且光照不均匀，使同心圆环标志点成像 质量低，影响同心圆环中心的定位精度。因此，需使用PC匀光漫反射板3，PC匀光漫反射板3， 也叫PC扩散板，透光率为60 %-80 %。将匀光漫反射板3置于LED光源5上方，借助其扩散作 用，均匀整个发光区域，使得发光面不含暗区，且在画面上不会形成残留影像，可有效改善 相机成像效果，从而进一步提高视觉测量精度。本发明设计的漫反射板3与测量基准2相同 尺寸，且四个角处有同样尺寸的通孔，以便穿过4组调平螺钉1。
[0023]四、散热装置
[0024] LED光源5在使用时，发热量大，若不及时进行散热，影响灯珠使用寿命。因此，散热 系统与LED光源5紧密相连，不可或缺。铝板是比较常用的散热板6,导热系数为237W/m · K， 并且成本低，机械性能好，能够加工成多种复杂形状增加散热面积。因此，本发明采用铝基 板作为散热板6，与LED光源5相连，快速导热。同时，为增加散热面积，将铝基板制作成矩阵 排列的柱型。在散热板6下放置散热风扇7可将散热板6导出的热量快速发散到特征靶标外。 [0025] 五、调平螺钉
[0026] 为了准确表征机床运动信息而不引入其他误差，需保证特征靶标与机床的装配/ 安装精度。因此，要求特征靶标的测量基准2表面与靶标基座4底面有较好的平行度。采用三 坐标测量机检测同心圆环标志点表面与靶标基座4底面的平行度，转动漫反射板3下方的四 个螺母实现同心圆环标志点表面位置的微调，并通过测量基准2上方的四个螺母固定，最终 使得测量基准2上表面与靶标基座4底面的平行度误差少于3μπι。
[0027] 本发明通过4组调平螺钉在三坐标测量机上预调平，使得精度测量基准能够精确 表征机床的运动信息，使用LED光源背光照射测量基准，外部光源控制器调整光源亮度，及 漫反射板匀光作用提高同心圆环标志点的成像质量，使用磁铁将特征靶标固定在工作台 上，方便快速安装和拆卸，整体装置使用便携，性能可靠。
【主权项】
1. 一种可调平自发光特征靶标，其特征是，靶标由靶标基座(4)、磁铁(8)、散热装置、测 量基准(2)、自发光部件和4组调平螺钉(1)六部分组成； 所述靶标基座(4)由铁金属制成，其底部具有凹槽，凹槽内安装磁铁(8)，基座(4)的前 后左右四面开有矩形方孔； 散热装置由散热板(6)与散热风扇（7)构成，散热风扇（7)安装在基座（4)的内腔底部 上，散热风扇（7)的电源线通过靶标基座(4)的侧面引出，被制作成矩阵排列的柱型散热板 (6)安装在散热风扇(7)的上方； 测量基准（2)由玻璃基底上光刻同心圆环标志点制成，并高均匀打光;漫反射板(3)安 装在测量基准（2)下面，两者通过4组调平螺钉（1)安装在靶标基座(4)上，每组调平螺钉包 括一个全螺纹螺栓和上下安装的两个螺母，螺栓在靶标基座(4)上旋转至螺纹孔底部； 自发光部件包括LED光源（5)，漫反射板(3)和外部光源控制器(9)，LED光源(5)安装在 散热板(6)的上面，LED光源（5)的电源线由靶标基座(4)的上方引出与外部光源控制器(9) 相连。
【文档编号】G01B11/00GK106091927SQ201610537019
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月9日
【发明人】刘巍, 严洪悦, 李肖, 刘阳, 马建伟, 贾振元
【申请人】大连理工大学