CN109839065A - 一种视觉测量试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视觉测量试验平台，包括水平设置的底座和设置在底座上的竖向支架；所述竖向支架上装配有沿水平方向位置可调的两个悬伸臂，所述两个悬伸臂包括第一悬伸臂和第二悬伸臂；所述第一悬伸臂上设有第一相机以及激光器，第二悬伸臂上设有用于与所述第一相机配合进行双目视觉测量的第二相机，以及用于与所述激光器配合进行结构光测量的第三相机；所述底座上设有用于与两个悬伸臂在水平方向相对运动以实现结构光测量第一载物台。本发明通过沿水平方向位置可调的两个悬伸臂，可开展多个试验任务，包括单目视觉测量、双目视觉测量和结构光测量，实用性较高，适用性强，自动化程度高。

Description

一种视觉测量试验平台

技术领域

本发明属于视觉测量技术领域，具体涉及一种视觉测量试验平台。

背景技术

视觉测量试验，一般包括单目视觉测量试验、双目视觉测量试验、结构光测量试验和三维扫描试验。

单目视觉测量，只设置一个图像传感器对被测物体进行数据采集，并通过处理器对采集的数据进行处理与计算。

双目视觉测量，一般其测量试验平台如图4所示，设置两个图像传感器对被测物体进行数据采集，并通过处理器对采集的数据进行处理与计算。

结构光视觉测量，其基本原理是由结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像传感器获得图像，通过系统几何关系以及三角原理计算得到物体的三维坐标。图1～3是结构光测量中的安装方式示意图。图1是图像传感器垂直向下，激光器倾斜，与图像传感器成一定测量角度；图2是激光器垂直向下，图像传感器倾斜，与激光器成一定测量角度；图3是图像传感器和激光器均倾斜，两者形成一定测量角度。

三维扫描视觉测量，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。如图5所示为一般的三维扫描试验平台示意图，一般将被测物体放置在精密数控转台上，通过三维扫描仪对被测物体进行扫描，将扫描结果进行数模转换后通过电脑进行数据处理，最终得到三维点云数据和网络模型数据。

现有的测量试验平台，大部分都是只具备单一功能的测量试验平台，无法满足实际试验中需要进行多个功能测量、试验任务的需求，测量效率较低；如若准备多台不同功能的测量试验平台，占用空间大，适用性较低；而且，一般来说各采集装置的安装位置、角度或者高度都是固定不变的，从而使得该试验平台测量一些尺寸和形状的物体的精度较低，平台的实用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视觉测量试验平台，用以解决现有的测量试验平台测试项目单一、效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种视觉测量试验平台，包括如下方案：

方案一，包括水平设置的底座和设置在底座上的竖向支架；所述竖向支架上装配有沿水平方向位置可调的两个悬伸臂，所述两个悬伸臂包括第一悬伸臂和第二悬伸臂；

所述第一悬伸臂上设有第一相机以及激光器，第二悬伸臂上设有用于与所述第一相机配合进行双目视觉测量的第二相机，以及用于与所述激光器配合进行结构光测量的第三相机；

所述底座上设有用于与两个悬伸臂在水平方向相对运动以实现结构光测量第一载物台。

方案二，在方案一的基础上，所述第一相机和激光器可转动的装配在所述第一悬伸臂上；所述第二相机和第三相机可转动的装配在所述第二悬伸臂上。

方案三，在方案二的基础上，第一相机和激光器分别通过对应的分度盘装配在所述第一悬伸臂上，第二相机和第三相机分别通过对应的分度盘装配在第二悬伸臂上。

方案四，在方案一的基础上，所述两个悬伸臂通过一个同步传动机构装配在所述竖向支架上，所述同步传动机构包括一个丝杆，该丝杆具有两个传动段，这两个传动段分别传动连接第一悬伸臂、第二悬伸臂，这两个传动段的旋转方向相反。

方案五，在方案四的基础上，所述同步传动机构上设有沿水平方向设置的标尺。

方案六，在方案四的基础上，所述竖向支架包括一个支架本体，所述同步传动机构沿竖直方向可移动的装配在所述支架本体上。

方案七，在方案六的基础上，所述支架本体上还设有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上可移动的装配有用于进行三维扫描的第四相机和第五相机；在第四相机和第五相机的光路上设有用于与第四相机和第五相机配合进行三维扫描的第二载物台，所述第二载物台为转台。

方案八，在方案七的基础上，第四相机和第五相机固定在对应的滑块上，所述滑块导向移动装配在所述竖向滑轨上。

方案九，在方案一的基础上，所述第一载物台沿水平方向移动装配在所述底座上。

方案十，在方案九的基础上，所述底座上设有驱动电机，所述驱动电机传动连接所述第一载物台。

方案十一，在方案十的基础上，所述驱动电机为步进电机。

方案十二，在方案一的基础上，所述激光器为一字型线激光器。

本发明的有益效果：

本发明的视觉测量试验平台，通过第一相机和第二相机配合可进行双目视觉测量，通过第三相机、激光器和第一载物台配合可进行结构光测量，同时，第一相机或第二相机可进行单目视觉测量。因第一相机和激光器装配在第一悬伸臂上，第二相机和第三相机装配在第二悬伸臂上，从而使得通过沿水平方向位置可调的两个悬伸臂，可开展多个试验任务，包括单目视觉测量、双目视觉测量和结构光测量，避免使用多个功能单一的视觉测量平台时造成的占用空间大的问题出现，大幅度提高了试验效率，实用性较高，适用性强，自动化程度高。而且，第一载物台的位置可调，可灵活的实现对物体的测量。

进一步地，该试验平台还可通过第四相机、第五相机和转台配合，实现对被测物体的三维扫描测量试验，进一步完善了该试验平台的功能。第四相机和第五相机的高度可随转台的高度进行调节，使得测量结果更加准确。

附图说明

图1是结构光测量中的第一种安装方式示意图；

图2是结构光测量中的第二种安装方式示意图；

图3是结构光测量中的第三种安装方式示意图；

图4是双目视觉测量试验平台示意图；

图5是三维扫描试验平台示意图；

图6是本发明的某一视角的视觉测量试验平台结构示意图；

图7是本发明的另一视角的视觉测量试验平台结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的试验平台，可以开展多个试验任务，包括单目视觉测量、双目视觉测量、结构光测量和三维扫描，具体不同角度的结构示意图如图6、图7所示。为了使得对该试验平台的描述、相机设置的位置及中心轴朝向更加清楚，设置一个基准坐标系，在不同角度下观测该试验平台的基准坐标的方向如图6、7所示。

如图7所示，该试验平台中，包括水平设置的底座17，在底座17的一边设置有垂直方向的竖向支架21。

在底座17上设置有沿X轴方向的滑轨，滑轨上设置有滑动平台，滑动平台上设置有用于放置被测物体的第一载物台11，由步进电机12驱动滑动平台沿滑轨在X轴方向上水平移动。

在竖向支架21的一侧设置有一个同步传动机构20，通过该同步传动机构装配有第一悬伸臂19和第二悬伸臂18。在第一悬伸臂19上分别通过分度盘7、分度盘10连接第一相机1和激光器6，在第二悬伸臂18上分别通过分度盘8、分度盘9连接第二相机2和第三相机3。而且，第一相机和第二相机配合可进行单目、或者双目视觉测量；第三相机、激光器和第一载物台配合可进行结构光视觉测量。第一相机1和第二相机2的光轴方向均水平朝Y轴方向，第三相机3的光轴方向竖直向下，激光器选择一字型线激光器。

其中，同步传动机构20包括一个丝杠，该丝杠包括两个传动段，这两个传动段分别传动连接第一悬伸臂和第二悬伸臂，而且，这两个传动段的旋转方向相反。通过该同步传动机构，使得第一悬伸臂和第二悬伸臂能够根据试验的需求沿相反方向移动，改变第一悬伸臂和第二悬伸臂之间的距离。同时，在该同步传动机构上设置有沿X轴方向的标尺，以准确测定第一悬伸臂和第二悬伸臂之间的距离。

进一步地，该同步传动机构20可沿竖向支架移动，即沿Z轴方向移动，以根据试验需求改变第一悬伸臂和第二悬伸臂与被测物体之间的距离。

图7中，在竖向支架21的支架本体的另一侧设置有沿Z轴方向的竖向滑轨13，竖向滑轨13上设置有两个具有自锁功能的滑块，分别为滑块14和滑块15。滑块14可以锁住第四相机4，滑块15可以锁住第五相机5。第四相机4和第五相机5均可以沿着竖向滑轨13沿Z轴方向竖直移动，这两个相机之间的距离由滑块14和滑块15调节，且可以在竖向滑轨的某一位置锁定。设置第四相机4和第五相机5的光轴方向均水平朝Y轴方向，可以正对着用于放置被扫描物体的电动转台16。该电动转台可以在某一位置上水平360°旋转，可实现对被扫描物体的全方位扫描，同样由步进电机控制。当然，也可将电动转台设置在地面上。

另外，该试验平台中所使用的相机，可为工业相机，也可为单反相机。

基于上述描述的试验平台，可实现如下测试：

通过第一相机1和第二相机2，可进行双目视觉测量试验和/或单目视觉测量试验，通过分度盘7、分度盘10可精确调整第一相机1和第二相机2的角度。

第三相机3配合激光器6、以及第一载物台11，可进行结构光视觉测量试验。通过分度盘9精确调整第三相机3的角度，并配合滑动平台来调整被测物体的位置，实现以下三种测量模式：

第三相机垂直向下，激光器倾斜，与第三相机成一定的测量角度；

激光器垂直向下，第三相机倾斜，与激光器成一定的测量角度；

第三相机和激光器均倾斜，两者形成一定的测量角度。

第四相机4、第五相机5配合电动转台16，可进行三维扫描试验。通过滑块14、滑块15来调整第四相机4、第五相机5之间的相对距离，在步进电机的驱动下，电动转台360°旋转，对放置在电动转台的被测物体进行全方位的三维扫描。

在上述平台安装完毕后，可进行测量工作。首先，确定相机的视场位置和一字型线激光器安装角度；然后，通过相机、以及光线投射对被测物体进行图像采集，并标定相对位置关系；启动X轴和Z轴控制系统，采集被测运动物体的图像；接着，对采集的图像进行存储，并进行相关处理；最后，计算物体表面点云坐标，重建模型。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种视觉测量试验平台，其特征在于，包括水平设置的底座和设置在底座上的竖向支架；所述竖向支架上装配有沿水平方向位置可调的两个悬伸臂，所述两个悬伸臂包括第一悬伸臂和第二悬伸臂；

所述第一悬伸臂上设有第一相机以及激光器；第二悬伸臂上设有用于与所述第一相机配合进行双目视觉测量的第二相机，以及用于与所述激光器配合进行结构光测量的第三相机；

所述底座上设有用于与两个悬伸臂在水平方向相对运动以实现结构光测量第一载物台。

2.根据权利要求1所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述第一相机和激光器可转动的装配在所述第一悬伸臂上；所述第二相机和第三相机可转动的装配在所述第二悬伸臂上。

3.根据权利要求2所述的视觉测量试验平台，其特征在于，第一相机和激光器分别通过对应的分度盘装配在所述第一悬伸臂上，第二相机和第三相机分别通过对应的分度盘装配在第二悬伸臂上。

4.根据权利要求1所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述两个悬伸臂通过一个同步传动机构装配在所述竖向支架上，所述同步传动机构包括一个丝杆，该丝杆具有两个传动段，这两个传动段分别传动连接第一悬伸臂、第二悬伸臂，这两个传动段的旋转方向相反。

5.根据权利要求4所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述同步传动机构上设有沿水平方向设置的标尺。

6.根据权利要求4所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述竖向支架包括一个支架本体，所述同步传动机构沿竖直方向可移动的装配在所述支架本体上。

7.根据权利要求6所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述支架本体上还设有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上可移动的装配有用于进行三维扫描的第四相机和第五相机；在第四相机和第五相机的光路上设有用于与第四相机和第五相机配合进行三维扫描的第二载物台，所述第二载物台为转台。

8.根据权利要求7所述的视觉测量试验平台，其特征在于，第四相机和第五相机固定在对应的滑块上，所述滑块导向移动装配在所述竖向滑轨上。

9.根据权利要求1所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述第一载物台沿水平方向移动装配在所述底座上。

10.根据权利要求9所述的视觉测量试验平台，其特征在于，所述底座上设有驱动电机，所述驱动电机传动连接所述第一载物台。