[发明专利]一种六自由度测量系统和方法

权利要求书

1.一种六自由度测量系统，其特征在于，包括相机(1)、楔形棱镜(2)和靶标(3)，所述靶标(3)包括安装座(35)、主杆(34)、固定座(36)、滑套(32)、多根摆动杆(37)和驱动件(38)，所述主杆(34)的一端连接固定座(36)，另一端设置主标记点(31)，所述滑套(32)嵌套在主杆(34)上，所述固定座(36)固定安装在主杆(34)上并且位于滑套(32)和固定座(36)之间，所述多根摆动杆(37)分布在主杆(34)四周，每根摆动杆(37)的一端铰接固定座(36)，另一端设置辅助标记点(39)，所述摆动杆(37)的中央通过驱动件(38)连接滑套(32)，当滑套(32)沿着主杆(34)滑动时，通过驱动件(38)带动摆动杆(37)绕固定座(36)摆动，进行所有辅助标记点(39)的收缩或展开；

所述相机(1)的视轴与楔形棱镜(2)的平面光轴同轴布置，随着楔形棱镜(2)绕着平面光轴旋转，相机(1)和楔形棱镜(2)产生多个视场，所有视场的重叠处合形成重叠视场，所述靶标(3)的固定设置在被测目标上，通过辅助标记点(39)的收缩或展开，确保所有辅助标记点(39)和主标记点(31)位于重叠视场内。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度测量系统，其特征在于，所述驱动件(38)为拉杆，拉杆的两端分别铰接滑套(32)和摆动杆(37)。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度测量系统，其特征在于，所述驱动件(38)为拉杆，所述摆动杆(37)上设有滑轨，所述拉杆的一端固定连接摆动杆(37)，另一端连接滑轨和摆动杆(37)形成滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种六自由度测量系统，其特征在于，所述安装座(35)上设有吸盘。

5.根据权利要求1所述的一种六自由度测量系统，其特征在于，所述滑套(32)上设有锁紧螺钉(33)，用于固定滑套(32)和主杆(34)的相对位置。

6.一种如权利要求1所述的六自由度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将靶标(3)安装在被测目标上，使所有的标志点处于重叠视场范围内；

S2、构建相机坐标系O_m-X_mY_mZ_m、虚拟相机(4)坐标系O_v-X_vY_vZ_v、棱镜坐标系O_p-X_pY_pZ_p和被测目标坐标系O_s-X_sY_sZ_s；同时，标定相机(1)内参数，设置虚拟相机(4)数量阈值N；

S3、将楔形棱镜(2)旋转角度设置到初始位置，相机(1)捕获标志点的像点，采用位姿解算算法估计被测目标相对第一个虚拟相机(4)的旋转矩阵然后旋转楔形棱镜(2)改变总体视轴，再次捕获标志点像点，采用位姿解算算法估计被测目标相对第二个虚拟相机(4)的旋转矩阵重复上述步骤直至楔形棱镜(2)旋转到第N次，采用位姿解算算法估计被测目标相对第N个虚拟相机(4)的旋转矩阵

S4、计算相机(1)相对每个虚拟相机(4)的旋转矩阵即可得到被测目标相对相机坐标系旋转矩阵R，

S5、根据N个虚拟相机(4)多次估计旋转矩阵，即为估计被测目标相对相机坐标系旋转矩阵R的平均值，其计算表达式为：

得到的最优解R＝UDV^T，其中U和V满足M＝UΣV^T，Σ为单位矩阵，M被定义为D＝dig(1，1，det(UV^T))；

S6、估计针对每个标志点最小化物方残差，即为被测目标相对相机坐标系的平移矩阵T。