光筆跟蹤系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及應用于光筆式坐標測量機的跟蹤系統，即涉及光筆跟蹤系統。
【背景技術】
[0002]三坐標測量技術是工業發展中的一項重要支撐技術，廣泛應用于汽車、船舶、航空航天等制造領域。隨著科學技術的不斷進步，現代制造業朝著高質量、高精度、高效率、大范圍的方向發展，這就對測量技術提出了新的要求。能夠實現在線、原位測量，便攜性好，精度高，動態響應快，對測量環境要求低，已成為測量技術發展的主要方向。光筆式坐標測量機作為一種新型坐標測量機，是基于機器視覺的相關原理進行測量的，滿足現代化的測量需求，并且由于其出色的隱藏點測量能力，被越來越多的應用于各種大型制造業的測量任務中。然而，現有的光筆式坐標測量機在測量時，由于相機的位置和姿態是固定的，因此測量范圍被限定在了相機視場范圍之內，并且當光筆靠近相機視場邊緣時，鏡頭畸變會引入較大的測量誤差，對系統精度造成嚴重影響。所以當前光筆式坐標測量系統在實際工程應用中存在一個問題，那就是擴大測量范圍勢必會降低系統精度，而要提高精度必須犧牲一定的測量范圍。本發明提出的光筆跟蹤系統，可以圓滿的解決上述問題。
【發明內容】
[0003]為克服現有技術的不足，解決現有光筆式坐標測量機中測量范圍和系統精度這一矛盾點，本發明提出了一種光筆跟蹤系統，該系統既保證了原測量系統較高的測量精度，同時大程度的提高了原測量系統的測量范圍。為此，本發明采取的技術方案是，光筆跟蹤系統，由光筆、移動工作站、數字相機構成，加入精密二維轉臺及其控制系統。精密二維轉臺包含水平和俯仰兩個相互獨立的精密傳動機構，具有達到秒級的精準讀數系統；轉臺控制系統設置在移動工作站上，相機安裝于精密二維轉臺上，二者與移動工作站采用線纜方式連接通訊；測量時，移動工作站通過轉臺控制系統讀取精準讀數系統傳送的二維轉臺位置信息、控制二維轉臺轉動，使相機始終對準光筆，達到跟蹤測量的目的。
[0004]在對每個被測點測量瞬時內，移動工作站通過轉臺控制系統控制轉臺保持靜止并讀取精密二維轉臺角度信息，同時控制相機完成曝光過程，從而保證圖像采集和轉臺角度信息讀取的同步性。
[0005]本發明的有益效果是:提高了光筆式坐標測量機的測量范圍，增加了系統的靈活性和實用性，并且此時的相機視場不要求特別大，圖像中光靶標信息更加清晰有效，也就使得系統精度得到保證和一定提升。
【附圖說明】
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[0006]圖1跟蹤式光筆測量系統組成圖。
【具體實施方式】
[0007]為了解決現有光筆式坐標測量機中測量范圍和系統精度這一矛盾點，本發明提出了一種光筆跟蹤系統，該系統既保證了系統較高的測量精度，同時大程度的提高了系統的測量范圍。
[0008]本發明通過以下技術實現。現有的光筆式坐標測量系統組成主要包括:光筆(1)，移動工作站(2)，CCD (或CMOS)相機(3)。本發明提出的光筆跟蹤系統硬件部分主要由精密二維轉臺(4)組成，用于支撐相機(3)和控制相機(3)視場方向，包含水平和俯仰兩個相互獨立的精密傳動機構，并具有達到秒級的精準讀數系統。光筆跟蹤系統的軟件部分設置在移動工作站⑵上，主要是采用相關算法，根據相機(3)所得圖像中光筆位置的變化，計算有關光筆⑴的運動狀態，然后對精密二維轉臺⑵進行相應控制和調整，使相機⑶始終正對光筆(1)進行跟蹤測量，并且測量時保證圖像采集和二維轉臺角度信息讀取的同步性。
[0009]本發明的有益效果是:提高了光筆式坐標測量機的測量范圍，增加了系統的靈活性和實用性，并且此時的相機視場不要求特別大，圖像中光靶標信息更加清晰有效，也就使得系統精度得到保證和一定提升。
[0010]下面結合附圖和【具體實施方式】進一步詳細說明本發明。
[0011]測量前，根據測量對象和測量要求在合適位置放置精密二維轉臺，并調整轉臺角度使固定在其上面的相機(3)對準光筆(1)，完成測量系統的初始標定工作。系統工作時，移動工作站(2)控制相機(3)對光筆⑴進行實時采集，并對圖像中光靶標信息合理提取和處理，然后根據算法對光筆⑴的運動狀態進行分析和預測，計算相機⑶需要調整的角度并控制二維精密轉臺(4)進行相應轉動，確保光筆(1)上的光靶標圖像始終位于相機(3)的中心視場內。在對每個被測點測量瞬時內，利用計算機多線程原理控制轉臺保持靜止并讀取精密二維轉臺(4)角度信息，同時控制相機(3)完成曝光過程，這樣就保證了圖像采集和轉臺角度信息讀取的同步性，得到被測點在當前坐標系中的三維位置，最后根據二維轉臺的轉動信息，將當前坐標系下的結果轉換至系統工作的起始坐標系下，保證最終測量結果的一致性。
【主權項】
1.一種光筆跟蹤系統，由光筆、移動工作站、數字相機構成，其特征是，由光筆、移動工作站、數字相機構成，加入精密二維轉臺及其控制系統。精密二維轉臺包含水平和俯仰兩個相互獨立的精密傳動機構，具有達到秒級的精準讀數系統；轉臺控制系統設置在移動工作站上，相機安裝于精密二維轉臺上，二者與移動工作站采用線纜方式連接通訊；測量時，移動工作站通過轉臺控制系統讀取精準讀數系統傳送的二維轉臺位置信息、控制二維轉臺轉動，使相機始終對準光筆，達到跟蹤測量的目的。2.如權利要求1所述的光筆跟蹤系統，其特征是，在對每個被測點測量瞬時內，移動工作站通過轉臺控制系統控制轉臺保持靜止并讀取精密二維轉臺角度信息，同時控制相機完成曝光過程，從而保證圖像采集和轉臺角度信息讀取的同步性。
【專利摘要】本發明涉及應用于光筆式坐標測量機的跟蹤系統，為解決現有光筆式坐標測量機中測量范圍和系統精度這一矛盾點，既保證了較高的測量精度，同時很大程度的提高測量范圍，本發明采取的技術方案是，光筆跟蹤系統，由光筆、移動工作站、數字相機構成，加入精密二維轉臺及其控制系統，其包含水平和俯仰兩個相互獨立的精密傳動機構，具有達到秒級的精準讀數系統；轉臺控制系統設置在移動工作站上，相機安裝于精密二維轉臺上，二者與移動工作站采用線纜方式連接通訊；測量時，移動工作站通過轉臺控制系統讀取精準讀數系統傳送的二維轉臺位置信息、控制二維轉臺轉動,使相機始終對準光筆。本發明主要應用于光筆式坐標測量機的應用場合。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號】CN105423912
【申請號】CN201510744260
【發明人】劉書桂, 宋宣曉, 王森, 張新, 王有富
【申請人】天津大學, 九江精密測試技術研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月5日