CN113029124B - 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置 - Google Patents

一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113029124B
CN113029124B CN202110233256.7A CN202110233256A CN113029124B CN 113029124 B CN113029124 B CN 113029124B CN 202110233256 A CN202110233256 A CN 202110233256A CN 113029124 B CN113029124 B CN 113029124B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
target
component
axis
image acquisition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110233256.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113029124A (zh
Inventor
裴永臣
李振兴
谢海量
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202110233256.7A priority Critical patent/CN113029124B/zh
Publication of CN113029124A publication Critical patent/CN113029124A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113029124B publication Critical patent/CN113029124B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公布了一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，主要由激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B、激光部件C、图像采集部件D、靶标I、目标物体II组成。通过调整激光X轴旋转部件(B)和激光Y轴旋转部件(A)使激光部件(C)的测点处于目标物体(II)上的靶标(I)上，由图像采集部件(D)对靶标(I)进行图像采集，经过图像处理，不断优化激光测点位置，最终使激光测点位于靶标(I)中心，精确定位靶标(I)位置；在靶标(I)中心点附近的小区域内，利用激光部件(C)扫描获得一系列距离数据，再基于距离数据和传感器倾角，采用空间平面拟合方法，解算获得靶标(I)空间位置和姿态，从而准确、快速、稳定、连续地实现对空间目标物体的位置测量和姿态测量。

Description

一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置
技术领域
本发明属于目标物体三维姿态位置测量领域，尤其涉及一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置。
背景技术
随着现代工业的不断发展，在一些需要进行大范围高精度现场实时测量的场合，如高速铁路的轨道板安装调校、精密数控机床的部件安装、大型水轮发电机组的安装调试、大型升船机与机电设备的安装检测、高能粒子加速器磁铁安装调校测量，以及在船舶工业、飞机装配和汽车制造业的产品组装检测，装配工艺的精细化程度越来越高，对安装精度的要求也越来越高，甚至要求在这些大结构尺寸上达到诸如0.01～0.05mm的计量级精度。传统的测量方法，存在测量范围窄，无法现场测量以及对环境的要求高的缺点，已无法满足现代测量的要求。目前国内研发的相关产品基本都存在测量效率低、测量精度低、稳定性较差、使用不方便的缺点，而国外产品普遍造价非常昂贵并且使用方法比较复杂。
综上所述，目标物体三维姿态位置测量技术的发展迫切需要一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，可以准确、快速、稳定、连续地对目标进行三维姿态和位置的测量。设计开发出一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，具有重要意义与实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，可以实现对空间目标物体的精确定位和三维姿态测量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置，主要由激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B、激光部件C、图像采集部件D、Z轴移动部件E、Y轴移动部件F、基座G、靶标I、目标物体II组成。其中，Y轴移动部件F固定在基座G上并通过车床拖板与Z轴移动部件E相连，Z轴移动部件E固定在支柱下表面，激光X轴旋转部件B通过连接件固定在支柱的上表面，激光Y轴旋转部件A通过连接件固定在激光X轴旋转部件B上，激光部件C通过连接件固定在激光Y轴旋转部件A上，图像采集部件D通过连接件固定在支柱下表面，目标物体II位于图像采集部件D的视场范围内，靶标I固定在目标物体II靠近图像采集部件D的侧面。为确保测量精度，激光X轴旋转部件B与激光Y轴旋转部件A的旋转中心应尽量相交于激光射线延长线上。
进一步地，激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B主要由Y轴转台、激光Y轴旋转编码器及X轴转台、激光X轴旋转编码器组成，实现激光位移传感器绕X轴和绕Y轴的旋转运动和绕X轴和绕Y轴的旋转角度数据输出。其中，Y轴旋转编码器通过一块U型连接件与Y轴转台相连，Y轴转台通过一块L型连接件固定在支柱上表面；X轴旋转编码器通过一块U型连接件与X轴转台相连，X轴转台固定在支柱上表面。
进一步地，Y轴移动部件F主要由步进电机和丝杠组成，实现图像采集部件I和激光部件II的+Y和-Y方向移动。
进一步地，Z轴移动部件E主要由步进电机和丝杠组成，实现图像采集部件I和激光部件II的+Z和-Z方向移动。
进一步地，图像采集部件D主要由红外相机和一块L型连接件组成，实现目标物体上靶标的图像采集。其中红外相机通过L型连接件固定在支柱上沿Z轴正向。
进一步地，激光部件C主要由激光位移传感器和一块L型连接件组成，实现目标物体上靶标的距离数据获取。其中，激光位移传感器通过L型连接件固定在X轴转台上。
进一步地，靶标I主要由靶标上板、红外二极管、纽扣电池、靶标下板、螺栓组成，通过提供红外相机图像辅助实现目标物体的定位和三维姿态测量。其中红外二极管固定在靶标内部的灯管孔中，通过纽扣电池供电。
本发明的优势在于：本装置基于红外相机和激光位移传感器，提供了一种全新的目标位置和姿态的测量方法；可以准确、快速、稳定、连续地实现对空间目标物体的位置进行测量和精确定位，并且可以实现对空间目标物***姿测量。
附图说明
图1为本发明整体结构后轴测图
图2为本发明整体结构前轴测图
图3为本发明激光X轴和Y轴旋转部件结构前轴测图
图4为本发明靶标分解结构轴侧图
图5为本发明采集图像示意图
图6为本发明测量流程示意图
其中：A、激光Y轴旋转部件；B、激光X轴旋转部件；C、激光部件；D、图像采集部件；E、Z轴移动部件；F、Y轴移动部件；G、基座；I、靶标；II、目标物体；1、激光Y轴旋转编码器；2、激光位移传感器连接件；3、激光位移传感器；4、L型连接件；5、U型连接件；6、红外相机；7、L型相机连接件；8、Y轴转台；9、激光X轴旋转编码器；10、X轴转台；11、支柱；12、靶标上板；13、红外二极管；14、纽扣电池；15、靶标下板；16、螺栓；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明：
本装置为一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置。参考附图2，在对三维空间中的目标物体进行测量时，首先需要建立三维坐标系。参考附图1、2、6，调整Y轴移动部件(F)、Z轴移动部件(E)，如图1上标注方向，使目标物体(II)上安装的靶标(I)处于图像采集部件(D)的视场中，为正确测量做好前提准备。
参考附图1、6，对目标物体进行位置测量时，调整激光X轴旋转部件(B)和激光Y轴旋转部件(A)使激光位移传感器(2)的测点处于目标物体(II)上的靶标(I)上，再由图像采集部件(D)的红外相机(6)获取目标物体(II)上安装的靶标(I)的图像数据，参考附图5，对图像数据进行处理然后拟合1-10红外二极管光斑，获得靶标(I)在图像中的图像坐标和激光点的图像坐标；再不断重复实现该过程，直至靶标(I)的图像坐标和激光点的图像坐标的图像距离差值小于自己设定的特定阈值时停止，再对激光X轴旋转编码器(9)、激光Y轴旋转编码器(1)、激光位移传感器(3)输出的数据进行该空间坐标系下三维坐标的换算获得靶标(I)的三维坐标，再根据靶标(I)与目标物体的安装位置关系解算出目标物体(II)的三维坐标，完成对目标物体(II)的位置测量，实现精确定位。
参考附图1、6，对目标物体进行姿态测量时，以精确定位点为初始点，在靶标中心点附近的小区域内，通过调整激光X轴旋转部件(B)和激光Y轴旋转部件(A)使激光位移传感器(3)的测点在目标物体(II)的靶标(I)上扫描测量获得一系列距离数据，再通过激光X轴旋转编码器(9)、激光Y轴旋转编码器(1)、激光位移传感器(3)输出的数据进行空间三维坐标的解算，获得空间三维点云数据；三维点云数据通过整体最小二乘法进行空间平面拟合，获得靶标(I)表面的空间平面方程，从而得到靶标(I)的空间姿态，再由靶标(I)与目标物体(II)的位置关系解算出目标物体的空间三维姿态，实现目标物体的三维姿态测量。
上述实例说明本发明专利的结构特点和技术方案，目的在于使在本领域进行研究工作的科研人员和工程技术人员了解本发明专利，并且能够据此实现该产品。

Claims (1)

1.一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置,主要由激光Y轴旋转部件A、激光X轴旋转部件B、激光部件C、图像采集部件D、Z轴移动部件E、Y轴移动部件F、基座G、靶标I、目标物体II组成，其特征在于：
图像采集部件D主要由红外相机和一块L型连接件组成，实现目标物体II上靶标I的图像采集，其中红外相机通过L型连接件固定在支柱上沿Z轴正向；
靶标I主要由靶标上板12、红外二极管13、纽扣电池14、靶标下板15、螺栓16组成，通过提供红外相机图像辅助实现目标物体的定位和三维姿态测量；其中红外二极管13固定在靶标内部的灯管孔中，通过纽扣电池14供电；
Y轴移动部件F和Z轴移动部件E用于测量***的直线运动控制，实现图像采集部件D和激光部件C的+Y和-Y方向移动、+Z和-Z方向移动。
CN202110233256.7A 2021-03-03 2021-03-03 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置 Active CN113029124B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110233256.7A CN113029124B (zh) 2021-03-03 2021-03-03 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110233256.7A CN113029124B (zh) 2021-03-03 2021-03-03 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113029124A CN113029124A (zh) 2021-06-25
CN113029124B true CN113029124B (zh) 2024-01-16

Family

ID=76465552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110233256.7A Active CN113029124B (zh) 2021-03-03 2021-03-03 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113029124B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114355957A (zh) * 2021-12-29 2022-04-15 深圳市镭神智能***有限公司 无人飞行器自主着船方法、***和无人飞行器

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058503A (ja) * 2007-08-10 2009-03-19 Leica Geosystems Ag 非接触で対象表面の座標を測定する測定方法および測定システム
KR20120063145A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 현대자동차주식회사 레이저 센서와 비전 센서를 이용한 물체거리 측정방법
CN205071219U (zh) * 2015-11-02 2016-03-02 中国科学院遥感与数字地球研究所 目标探测***
CN105806242A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 同济大学 采用激光旋转扫描的面型测量装置
CN107246866A (zh) * 2017-06-24 2017-10-13 天津大学 一种高精度六自由度测量***及方法
CN109444912A (zh) * 2018-10-31 2019-03-08 电子科技大学 一种基于协同控制与深度学习的驾驶环境感知***及方法
CN109466766A (zh) * 2018-11-28 2019-03-15 中电科（德阳广汉）特种飞机***工程有限公司 一种自转旋翼机及侦查***
CN110017810A (zh) * 2019-05-16 2019-07-16 湖北工业大学 一种光电位置传感器与单目视觉组合姿态测量***及方法
CN110617814A (zh) * 2019-09-26 2019-12-27 中国科学院电子学研究所 单目视觉和惯性传感器融合的远距离测距***及方法
CN110796703A (zh) * 2019-11-18 2020-02-14 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种位姿跟踪***、方法和存储介质
CN111044994A (zh) * 2020-02-25 2020-04-21 航天金鹏科技装备（北京）有限公司 一种用于飞机机载激光测距机的光轴校准装置和方法
CN111301259A (zh) * 2020-04-10 2020-06-19 贵刚 一种运输车与载货车的自动对接装填***、方法及计算机存储介质
CN111811395A (zh) * 2020-06-09 2020-10-23 天津大学 基于单目视觉的平面位姿动态测量方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7957583B2 (en) * 2007-08-02 2011-06-07 Roboticvisiontech Llc System and method of three-dimensional pose estimation
CN104482934B (zh) * 2014-12-30 2016-10-19 华中科技大学 一种多传感器融合的超近距离自主导航装置与方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058503A (ja) * 2007-08-10 2009-03-19 Leica Geosystems Ag 非接触で対象表面の座標を測定する測定方法および測定システム
KR20120063145A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 현대자동차주식회사 레이저 센서와 비전 센서를 이용한 물체거리 측정방법
CN205071219U (zh) * 2015-11-02 2016-03-02 中国科学院遥感与数字地球研究所 目标探测***
CN105806242A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 同济大学 采用激光旋转扫描的面型测量装置
CN107246866A (zh) * 2017-06-24 2017-10-13 天津大学 一种高精度六自由度测量***及方法
CN109444912A (zh) * 2018-10-31 2019-03-08 电子科技大学 一种基于协同控制与深度学习的驾驶环境感知***及方法
CN109466766A (zh) * 2018-11-28 2019-03-15 中电科（德阳广汉）特种飞机***工程有限公司 一种自转旋翼机及侦查***
CN110017810A (zh) * 2019-05-16 2019-07-16 湖北工业大学 一种光电位置传感器与单目视觉组合姿态测量***及方法
CN110617814A (zh) * 2019-09-26 2019-12-27 中国科学院电子学研究所 单目视觉和惯性传感器融合的远距离测距***及方法
CN110796703A (zh) * 2019-11-18 2020-02-14 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种位姿跟踪***、方法和存储介质
CN111044994A (zh) * 2020-02-25 2020-04-21 航天金鹏科技装备（北京）有限公司 一种用于飞机机载激光测距机的光轴校准装置和方法
CN111301259A (zh) * 2020-04-10 2020-06-19 贵刚 一种运输车与载货车的自动对接装填***、方法及计算机存储介质
CN111811395A (zh) * 2020-06-09 2020-10-23 天津大学 基于单目视觉的平面位姿动态测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
激光测距-成像组合扫描仪多源数据采集技术的研究;舒嵘, 赵淑华, 薛永祺;遥感学报(第02期);全文 *
采用红外扫描激光与超声技术的室内空间定位;吴军;于之靖;诸葛晶昌;薛彬;;光学精密工程(第10期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113029124A (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021208230A1 (zh) 智能装配控制***
CN109357631B (zh) 一种基于激光位移传感器的测量***中心标定方法
CN108839027B (zh) 基于激光测距传感器的机器人自动对准控制方法
CN108692688B (zh) 一种机器人测量-加工***扫描仪坐标系自动标定方法
CN100387931C (zh) 实现大量程自由曲面的高精度测量方法
US20190294267A1 (en) Complex surface three-coordinate measuring device and error compensation method
CN108151660B (zh) 一种飞机部件对接间隙和阶差的测量装备、方法及***
CN108534679A (zh) 一种筒形件轴线位姿的无靶标自动测量装置及方法
CN110500978A (zh) 点激光传感器的光束方向矢量和零点位置在线标定方法
CN106903687A (zh) 基于激光测距的工业机器人校准***与方法
CN204373601U (zh) 一种用于中墙板的形位公差检测装置
CN110530296B (zh) 一种线激光安装误差角确定方法
CN105737735B (zh) 便携式自校准末端执行器重复定位精度测量装置及方法
CN110186400B (zh) 摩擦焊接同轴度精度检测装置及其检测方法
CN110355788A (zh) 移动操作机器人大尺度空间高精度在线标定***
CN109781005A (zh) 采用双激光传感器的差壳类工件装配尺寸测量***及方法
TWM530737U (zh) 機器人校正系統
CN113029124B (zh) 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置
CN112648938A (zh) 一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置及方法
CN108088389B (zh) 一种旋转式双激光轮廓测量方法、存储装置及测量装置
CN202109888U (zh) 多激光传感测量仪
CN110977612B (zh) Cnc数控加工在线测量误差修正方法及***
CN111351435A (zh) 一种五轴三维测量机
CN106546270B (zh) 一种机器人定位精度测试仪及接触式测量方法
CN111502863B (zh) 一种液氧煤油火箭发动机大部件对接自动测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant