專利名稱：一種基于三點(diǎn)編碼標(biāo)記點(diǎn)的車架的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆向工程的測(cè)量系統(tǒng)，更具體的說，本發(fā)明涉及一種用于逆向工 程的一種基于三點(diǎn)編碼標(biāo)記點(diǎn)車架的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
逆向工程的執(zhí)行，需對(duì)產(chǎn)品的特性與制作流程有充分的了解，而現(xiàn)實(shí)中許多產(chǎn)品 是由自由曲面組成的(如摩托車外形設(shè)計(jì)，模具制造等)，要完成這樣的模型的建構(gòu)，必須 對(duì)模型上的凹槽、開孔或其他特征做精確的辨識(shí)，以完成模型的建構(gòu)。單純靠有經(jīng)驗(yàn)的工程 師將各點(diǎn)的數(shù)據(jù)正確無誤的處理以測(cè)出關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)信息是不夠的，那樣可能耗時(shí)太長(zhǎng)或 誤差較大，如果配上相宜的儀器，則可達(dá)到事半功倍的效果。目前，用于逆向工程的傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器在使用中有諸多局限。例如接觸式測(cè)量，存 在速度慢、易造成工件磨損及探頭操作局限等問題，而傳統(tǒng)的非接觸式測(cè)量，又存在精度差 (IO-IOOum)、測(cè)量速度慢(1000-12000點(diǎn)/秒)、誤差大等重大缺陷。現(xiàn)有的較成熟的三維 測(cè)量?jī)x器主要有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，激光掃描儀和光柵測(cè)量?jī)x，它們?cè)谝欢ǔ潭壬峡梢赃M(jìn)行曲 面測(cè)量，但還分別存在以下不足所述的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是高精度的接觸式測(cè)量?jī)x器，每次只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，測(cè)量速 度慢，難于進(jìn)行曲面的造型設(shè)計(jì)，而且無法測(cè)量軟質(zhì)物體，操作起來非常繁瑣；所述的激光掃描儀屬于非接觸式光學(xué)測(cè)量?jī)x器，該儀器體積龐大，需要導(dǎo)軌(通 常是平移平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái))，從而使其精度、速度均受導(dǎo)軌限制，難以實(shí)現(xiàn)高精度、高速度的 測(cè)量，同時(shí)由于其有效平臺(tái)尺寸的限制，又使其測(cè)量范圍很窄，由于所述平臺(tái)加工精度及加 工尺寸的限制，激光掃描儀很難實(shí)現(xiàn)大型物體的三維數(shù)字化測(cè)量。在同一個(gè)企業(yè)，如果被測(cè) 產(chǎn)品尺寸變化很多，則需要多臺(tái)設(shè)備才能測(cè)量，因此會(huì)增加財(cái)政負(fù)擔(dān)。另外，激光對(duì)工作人 員的眼睛也有一定危害；所述的光柵式三維測(cè)量?jī)x采用光柵作為光源，該儀器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體外形的非接 觸三維面測(cè)量，大大提高了測(cè)量速度(例如德國(guó)的AT0S)。但是光柵式測(cè)量方法單次測(cè)量范 圍較小，對(duì)于大型物體，需采用多次拼接實(shí)現(xiàn)，因此會(huì)累計(jì)較大的誤差，且不容易實(shí)現(xiàn)誤差 的全局控制。由此可見，開發(fā)一種測(cè)量精度高、速度快、誤差小、測(cè)量范圍大的基于編碼點(diǎn)與計(jì) 算機(jī)視覺的三維測(cè)量方法和測(cè)量系統(tǒng)以適應(yīng)外形設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量，已成為各個(gè)行業(yè)對(duì) 幾何量檢測(cè)與設(shè)計(jì)的最迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可靠、實(shí)用、操作便捷的一 種基于三點(diǎn)編碼標(biāo)記點(diǎn)車架的關(guān)鍵點(diǎn)三維數(shù)字化測(cè)量方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。本發(fā)明的關(guān)于一種基于三點(diǎn)編碼標(biāo)記點(diǎn)的車架的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量方法的組成包括用于測(cè)量孔位的車架；
用于提供空間位置信息的編碼標(biāo)記點(diǎn)；用于建立高精度坐標(biāo)基準(zhǔn)的十字靶標(biāo)、標(biāo)尺；用于精度控制、圖像采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)；用于采集圖像的一個(gè)高精度彩色或者黑白照相機(jī)；用于標(biāo)記點(diǎn)與車架空位連接的零件。所述的用于提供空間位置信息的編碼標(biāo)記點(diǎn)的設(shè)計(jì)，其特征是編碼標(biāo)記點(diǎn)圖案 是矩形，若背景是黑色或灰色的情況下，其編碼圖案是白色的，或編碼標(biāo)記圖案是黑色背景 為白色，所述的編碼圖案是分段圓弧，各圓弧截自同一個(gè)圓環(huán)，各編碼標(biāo)記點(diǎn)的編碼方案和 編號(hào)事先已經(jīng)確定，通過標(biāo)記點(diǎn)圖案設(shè)計(jì)差別使得每個(gè)編碼標(biāo)記點(diǎn)都有唯一的編碼號(hào)，矩 形圖案的中心處、矩形的兩條對(duì)角線中的一條的兩端和此對(duì)角線的左側(cè)或右側(cè)分別存在這 一個(gè)與圓弧同色的圓，四個(gè)圓的大小相同，中心處的圓心與圓環(huán)的圓心相同，矩形對(duì)角線的 三個(gè)圓心的連線構(gòu)成一個(gè)三角形其中一個(gè)邊，線段的兩個(gè)端點(diǎn)分別與另一個(gè)圓的圓心分別 相連構(gòu)成三角形的另外兩條邊，關(guān)鍵點(diǎn)與中心圓心的距離固定，除標(biāo)記圖案中心的圓外，其 他三個(gè)圓即為所述的三點(diǎn)。一種基于三點(diǎn)編碼標(biāo)記點(diǎn)的車架的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量方法的工作步驟包括以下五個(gè)步 驟第一步在被測(cè)物體關(guān)鍵尺寸部位利用安裝零件安裝所述的編碼標(biāo)記點(diǎn)，將十字 靶標(biāo)和標(biāo)尺擺放在被測(cè)物體附近，利用高精度數(shù)碼照相機(jī)對(duì)含有十字靶標(biāo)和標(biāo)尺的被測(cè)物 體進(jìn)行拍照，更換拍攝位置和角度繼續(xù)拍攝被測(cè)物體，直到被測(cè)物體所有的編碼標(biāo)記點(diǎn)都 被拍攝完畢，拍照的原則是相鄰兩個(gè)圖像含有至少3個(gè)公共編碼標(biāo)記點(diǎn)；第二步利用第一步所拍攝到含有已知十字靶標(biāo)和標(biāo)尺的編碼標(biāo)記點(diǎn)信息，利用 其中含有靶標(biāo)和標(biāo)尺系統(tǒng)的三幅解算出所述照相機(jī)在空間中的3個(gè)拍攝位置；第三步利用第二步所得到的所述照相機(jī)的三個(gè)拍攝位置信息，通過計(jì)算機(jī)算法 計(jì)算十字靶標(biāo)和標(biāo)尺之外所拍攝到車架關(guān)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上面的編碼標(biāo)記點(diǎn)上四個(gè)圓心的三 維坐標(biāo)；第四步根據(jù)第三步所得到的標(biāo)記點(diǎn)上四個(gè)圓心的坐標(biāo)解算關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，假設(shè) C(x3, y3，z3)是標(biāo)記點(diǎn)圖案左上的圓心坐標(biāo)，B (x2，y2，z2)是標(biāo)記點(diǎn)圖案右下的圓心坐標(biāo)， 標(biāo)記點(diǎn)圖案左下的圓心坐標(biāo)，D (x4，y4，z4)標(biāo)記點(diǎn)圖案中間圓心坐標(biāo)，A (χ 1，y 1，ζ 1)是另一 個(gè)圓的圓心坐標(biāo)，待求的關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)為P5(x5，y5，z5)的解算過程如下
權(quán)利要求
一種基于三點(diǎn)編碼標(biāo)記點(diǎn)的車架的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量方法，其特征是，它包括用于測(cè)量孔位的車架，用于提供空間位置信息的編碼標(biāo)記點(diǎn)，用于建立高精度坐標(biāo)基準(zhǔn)的十字靶標(biāo)、標(biāo)尺，用于精度控制、圖像采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，用于采集圖像的一個(gè)高精度彩色或者黑白照相機(jī)，以及用于標(biāo)記點(diǎn)與車架空位連接的零件，所述的用于提供空間位置信息的編碼標(biāo)記點(diǎn)的設(shè)計(jì)，其特征是編碼標(biāo)記點(diǎn)圖案是矩形，若背景是黑色或灰色的情況下，其編碼圖案是白色的，或編碼標(biāo)記圖案是黑色或灰色背景為白色，所述的編碼圖案是分段圓弧，各圓弧截自同一個(gè)圓環(huán)，各編碼標(biāo)記點(diǎn)的編碼方案和編號(hào)事先已經(jīng)確定，通過標(biāo)記點(diǎn)圖案設(shè)計(jì)差別使得每個(gè)編碼標(biāo)記點(diǎn)都有唯一的編碼號(hào)，矩形圖案的中心處、矩形的兩條對(duì)角線中的一條的兩端和此對(duì)角線的左側(cè)或右側(cè)分別存在這一個(gè)與圓弧同色的圓，且四個(gè)圓的大小相同，中心處的圓心與圓環(huán)的圓心相同，矩形對(duì)角線的三個(gè)圓心的連線構(gòu)成一個(gè)三角形其中一個(gè)邊，線段的兩個(gè)端點(diǎn)分別與另一個(gè)圓的圓心分別相連構(gòu)成三角形的另外兩條邊，關(guān)鍵點(diǎn)與中心圓心的距離固定，除標(biāo)記圖案中心的圓外，其他三個(gè)圓即為所述的三點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的編碼標(biāo)記點(diǎn)、十字靶標(biāo)系統(tǒng)、標(biāo)尺系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)算法根 據(jù)權(quán)利要求1所述的照相機(jī)拍到圖像確定測(cè)量基準(zhǔn)后，通過計(jì)算機(jī)算法計(jì)算權(quán)利要求1所 述的車架關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其特征是，包括以下步驟第一步在被測(cè)物體關(guān)鍵尺寸部位利用零件安裝上權(quán)利要求1所述的編碼標(biāo)記點(diǎn)，將 十字靶標(biāo)和標(biāo)尺擺放在被測(cè)物體附近，利用高精度數(shù)碼照相機(jī)對(duì)含有十字靶標(biāo)和標(biāo)尺的被 測(cè)物體進(jìn)行拍照，更換拍攝位置和角度繼續(xù)拍攝被測(cè)物體，直到被測(cè)物體所有的編碼標(biāo)記 點(diǎn)都被拍攝完畢，拍照的原則是相鄰兩個(gè)圖像含有至少3個(gè)公共編碼標(biāo)記點(diǎn)第二步利用第一步所拍攝到含有已知十字靶標(biāo)和標(biāo)尺的編碼標(biāo)記點(diǎn)信息，解算出所 述照相機(jī)在空間中的3個(gè)拍攝位置第三步利用第二步所得到的所述照相機(jī)的三個(gè)拍攝位置信息，通過計(jì)算機(jī)算法計(jì)算 十字靶標(biāo)和標(biāo)尺之外所拍攝到車架關(guān)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上面的編碼標(biāo)記點(diǎn)上四個(gè)圓心的三維坐 標(biāo)第四步根據(jù)第三步所得到的標(biāo)記點(diǎn)上四個(gè)圓心的坐標(biāo)解算關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，假設(shè) C(x3, y3，z3)是標(biāo)記點(diǎn)圖案左上的圓心坐標(biāo)，B (x2，y2，z2)是標(biāo)記點(diǎn)圖案右下的圓心坐標(biāo)， 標(biāo)記點(diǎn)圖案左下的圓心坐標(biāo)，D (x4，y4，z4)標(biāo)記點(diǎn)圖案中間圓心坐標(biāo)，A (χ 1，y 1，ζ 1)是另一 個(gè)圓的圓心坐標(biāo)，待求的關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)為P5(x5，y5, z5)的解算過程如下
全文摘要
本發(fā)明屬于逆向工程領(lǐng)域，涉及一種基于編碼點(diǎn)與計(jì)算機(jī)視覺的車架的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量方法。該方法需要在所述車架的關(guān)鍵部位粘貼數(shù)字化立體編碼標(biāo)記點(diǎn)，并將粘貼有編碼標(biāo)記點(diǎn)的十字靶標(biāo)和標(biāo)尺擺放在物體附近，采用一個(gè)高精度數(shù)碼照相機(jī)，首先對(duì)被測(cè)物體不同方位進(jìn)行圖像采集；通過獲得圖像解算標(biāo)記點(diǎn)的某些像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)；通過采集的圖像和標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，結(jié)合算法進(jìn)而獲得該車架的關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)信息，為后續(xù)的車架匹配提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本發(fā)明所提出的解算車架關(guān)鍵點(diǎn)的算法，豐富了三維視覺測(cè)量基礎(chǔ)理論，為逆向工程和三維視覺檢測(cè)理論奠定基礎(chǔ)，提高中國(guó)制造業(yè)水平。
文檔編號(hào)G01B11/03GK101995219SQ201010532480
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者宋麗梅, 張春波 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)