大尺度视觉跟踪坐标测量系统设计

【摘要】： 伴随世界科技迅速发展,航空航天及民用领域对高精度大尺度三维整体现场测试技术的需要日益迫切。由于传统的坐标测量技术已无法满足上述要求,所以急需一种新的坐标测量技术来解决上述问题。而视觉坐标测量技术作为一种建立在计算机技术及坐标测量技术研究基础上的新兴三维空间坐标测量技术,从一个全新的坐标测量思路上适应了现代化生产对测量技术在测量精度和测量范围等方面的新的更高要求。 本文提出了基于光学测头成像的单相机视觉跟踪坐标测量系统。该系统中引入了一个转动平台,使相机光轴始终对准运动的光学测头中某一个光点,保证光学测头成像在畸变比较小的像面中心附近。通过跟踪测量的方式,系统的测量范围得以扩大。本文首先给出了系统的组成结构并分析了系统的测量原理,通过空间变换和光学成像原理建立了系统的非线性跟踪测量数学模型,给出了利用牛顿非线性迭代算法求解跟踪方程的具体过程,通过仿真验证了所建立的模型和求解方法的正确性;然后介绍了相机投影模型,给出了系统参数的校正算法;接着,对于转台控制系统软件驱动接口和控制策略进行了分析;最后,进行了跟踪测量实验,实验数据表明系统能够实现跟踪光学测头的功能,分析了转动角度误差对测量结果的影响。在目前的实验条件下,坐标测量结果的标准差小于0.40mm,测量精度还只能满足精度要求不太高的大尺寸现场测量。