[发明专利]光笔跟踪系统

说明书

技术领域

本发明涉及应用于光笔式坐标测量机的跟踪系统，即涉及光笔跟踪系统。

背景技术

三坐标测量技术是工业发展中的一项重要支撑技术，广泛应用于汽车、船舶、航空航天等制造领域。随着科学技术的不断进步，现代制造业朝着高质量、高精度、高效率、大范围的方向发展，这就对测量技术提出了新的要求。能够实现在线、原位测量，便携性好，精度高，动态响应快，对测量环境要求低，已成为测量技术发展的主要方向。光笔式坐标测量机作为一种新型坐标测量机，是基于机器视觉的相关原理进行测量的，满足现代化的测量需求，并且由于其出色的隐藏点测量能力，被越来越多的应用于各种大型制造业的测量任务中。然而，现有的光笔式坐标测量机在测量时，由于相机的位置和姿态是固定的，因此测量范围被限定在了相机视场范围之内，并且当光笔靠近相机视场边缘时，镜头畸变会引入较大的测量误差，对系统精度造成严重影响。所以当前光笔式坐标测量系统在实际工程应用中存在一个问题，那就是扩大测量范围势必会降低系统精度，而要提高精度必须牺牲一定的测量范围。本发明提出的光笔跟踪系统，可以圆满的解决上述问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，解决现有光笔式坐标测量机中测量范围和系统精度这一矛盾点，本发明提出了一种光笔跟踪系统，该系统既保证了原测量系统较高的测量精度，同时大程度的提高了原测量系统的测量范围。为此，本发明采取的技术方案是，光笔跟踪系统，由光笔、移动工作站、数字相机构成，加入精密二维转台及其控制系统。精密二维转台包含水平和俯仰两个相互独立的精密传动机构，具有达到秒级的精准读数系统；转台控制系统设置在移动工作站上，相机安装于精密二维转台上，二者与移动工作站采用线缆方式连接通讯；测量时，移动工作站通过转台控制系统读取精准读数系统传送的二维转台位置信息、控制二维转台转动,使相机始终对准光笔，达到跟踪测量的目的。

在对每个被测点测量瞬时内，移动工作站通过转台控制系统控制转台保持静止并读取精密二维转台角度信息，同时控制相机完成曝光过程，从而保证图像采集和转台角度信息读取的同步性。

本发明的有益效果是：提高了光笔式坐标测量机的测量范围，增加了系统的灵活性和实用性，并且此时的相机视场不要求特别大，图像中光靶标信息更加清晰有效，也就使得系统精度得到保证和一定提升。

附图说明：

图1跟踪式光笔测量系统组成图。

具体实施方式

为了解决现有光笔式坐标测量机中测量范围和系统精度这一矛盾点，本发明提出了一种光笔跟踪系统，该系统既保证了系统较高的测量精度，同时大程度的提高了系统的测量范围。

本发明通过以下技术实现。现有的光笔式坐标测量系统组成主要包括：光笔(1)，移动工作站(2)，CCD(或CMOS)相机(3)。本发明提出的光笔跟踪系统硬件部分主要由精密二维转台(4)组成，用于支撑相机(3)和控制相机(3)视场方向，包含水平和俯仰两个相互独立的精密传动机构，并具有达到秒级的精准读数系统。光笔跟踪系统的软件部分设置在移动工作站(2)上，主要是采用相关算法，根据相机(3)所得图像中光笔位置的变化，计算有关光笔(1)的运动状态，然后对精密二维转台(2)进行相应控制和调整，使相机(3)始终正对光笔(1)进行跟踪测量，并且测量时保证图像采集和二维转台角度信息读取的同步性。

本发明的有益效果是：提高了光笔式坐标测量机的测量范围，增加了系统的灵活性和实用性，并且此时的相机视场不要求特别大，图像中光靶标信息更加清晰有效，也就使得系统精度得到保证和一定提升。

下面结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。

测量前，根据测量对象和测量要求在合适位置放置精密二维转台，并调整转台角度使固定在其上面的相机(3)对准光笔(1)，完成测量系统的初始标定工作。系统工作时，移动工作站(2)控制相机(3)对光笔(1)进行实时采集，并对图像中光靶标信息合理提取和处理，然后根据算法对光笔(1)的运动状态进行分析和预测，计算相机(3)需要调整的角度并控制二维精密转台(4)进行相应转动，确保光笔(1)上的光靶标图像始终位于相机(3)的中心视场内。在对每个被测点测量瞬时内，利用计算机多线程原理控制转台保持静止并读取精密二维转台(4)角度信息，同时控制相机(3)完成曝光过程，这样就保证了图像采集和转台角度信息读取的同步性，得到被测点在当前坐标系中的三维位置，最后根据二维转台的转动信息，将当前坐标系下的结果转换至系统工作的起始坐标系下，保证最终测量结果的一致性。