专利名称：一种基于三点编码标记点的车架的关键点测量方法
技术领域：
本发明涉及一种逆向工程的测量系统，更具体的说，本发明涉及一种用于逆向工 程的一种基于三点编码标记点车架的关键点测量系统及其测量方法。
背景技术：
逆向工程的执行，需对产品的特性与制作流程有充分的了解，而现实中许多产品 是由自由曲面组成的(如摩托车外形设计，模具制造等)，要完成这样的模型的建构，必须 对模型上的凹槽、开孔或其他特征做精确的辨识，以完成模型的建构。单纯靠有经验的工程 师将各点的数据正确无误的处理以测出关键点的坐标信息是不够的，那样可能耗时太长或 误差较大，如果配上相宜的仪器，则可达到事半功倍的效果。目前，用于逆向工程的传统测量仪器在使用中有诸多局限。例如接触式测量，存 在速度慢、易造成工件磨损及探头操作局限等问题，而传统的非接触式测量，又存在精度差 (IO-IOOum)、测量速度慢(1000-12000点/秒)、误差大等重大缺陷。现有的较成熟的三维 测量仪器主要有三坐标测量机，激光扫描仪和光栅测量仪，它们在一定程度上可以进行曲 面测量，但还分别存在以下不足所述的三坐标测量机是高精度的接触式测量仪器，每次只能测量一个点，测量速 度慢，难于进行曲面的造型设计，而且无法测量软质物体，操作起来非常繁琐；所述的激光扫描仪属于非接触式光学测量仪器，该仪器体积庞大，需要导轨(通 常是平移平台和旋转平台)，从而使其精度、速度均受导轨限制，难以实现高精度、高速度的 测量，同时由于其有效平台尺寸的限制，又使其测量范围很窄，由于所述平台加工精度及加 工尺寸的限制，激光扫描仪很难实现大型物体的三维数字化测量。在同一个企业，如果被测 产品尺寸变化很多，则需要多台设备才能测量，因此会增加财政负担。另外，激光对工作人 员的眼睛也有一定�：Γ凰龅墓庹な饺饬恳遣捎霉庹ぷ魑庠矗靡瞧骺梢允迪侄晕锾逋庑蔚姆墙� 触三维面测量，大大提高了测量速度(例如德国的AT0S)。但是光栅式测量方法单次测量范 围较�。杂诖笮臀锾澹璨捎枚啻纹唇邮迪郑虼嘶崂奂平洗蟮奈蟛睿也蝗菀资迪治蟛� 的全局控制。由此可见，开发一种测量精度高、速度快、误差小、测量范围大的基于编码点与计 算机视觉的三维测量方法和测量系统以适应外形设计中的关键点测量，已成为各个行业对 几何量检测与设计的最迫切需求。
发明内容
本发明的目的就是克服以上现有技术的不足，提供一种可靠、实用、操作便捷的一 种基于三点编码标记点车架的关键点三维数字化测量方法，以弥补现有技术存在的缺陷。本发明的关于一种基于三点编码标记点的车架的关键点测量方法的组成包括用于测量孔位的车架；
用于提供空间位置信息的编码标记点；用于建立高精度坐标基准的十字靶标、标尺；用于精度控制、图像采集和数据处理的计算机；用于采集图像的一个高精度彩色或者黑白照相机；用于标记点与车架空位连接的零件。所述的用于提供空间位置信息的编码标记点的设计，其特征是编码标记点图案 是矩形，若背景是黑色或灰色的情况下，其编码图案是白色的，或编码标记图案是黑色背景 为白色，所述的编码图案是分段圆弧，各圆弧截自同一个圆环，各编码标记点的编码方案和 编号事先已经确定，通过标记点图案设计差别使得每个编码标记点都有唯一的编码号，矩 形图案的中心处、矩形的两条对角线中的一条的两端和此对角线的左侧或右侧分别存在这 一个与圆弧同色的圆，四个圆的大小相同，中心处的圆心与圆环的圆心相同，矩形对角线的 三个圆心的连线构成一个三角形其中一个边，线段的两个端点分别与另一个圆的圆心分别 相连构成三角形的另外两条边，关键点与中心圆心的距离固定，除标记图案中心的圆外，其 他三个圆即为所述的三点。一种基于三点编码标记点的车架的关键点测量方法的工作步骤包括以下五个步 骤第一步在被测物体关键尺寸部位利用安装零件安装所述的编码标记点，将十字 靶标和标尺摆放在被测物体附近，利用高精度数码照相机对含有十字靶标和标尺的被测物 体进行拍照，更换拍摄位置和角度继续拍摄被测物体，直到被测物体所有的编码标记点都 被拍摄完毕，拍照的原则是相邻两个图像含有至少3个公共编码标记点；第二步利用第一步所拍摄到含有已知十字靶标和标尺的编码标记点信息，利用 其中含有靶标和标尺系统的三幅解算出所述照相机在空间中的3个拍摄位置；第三步利用第二步所得到的所述照相机的三个拍摄位置信息，通过计算机算法 计算十字靶标和标尺之外所拍摄到车架关每个关键点上面的编码标记点上四个圆心的三 维坐标；第四步根据第三步所得到的标记点上四个圆心的坐标解算关键点的坐标，假设 C(x3, y3，z3)是标记点图案左上的圆心坐标，B (x2，y2，z2)是标记点图案右下的圆心坐标， 标记点图案左下的圆心坐标，D (x4，y4，z4)标记点图案中间圆心坐标，A (χ 1，y 1，ζ 1)是另一 个圆的圆心坐标，待求的关键点的坐标设为P5(x5，y5，z5)的解算过程如下
权利要求
一种基于三点编码标记点的车架的关键点测量方法，其特征是，它包括用于测量孔位的车架，用于提供空间位置信息的编码标记点，用于建立高精度坐标基准的十字靶标、标尺，用于精度控制、图像采集和数据处理的计算机，用于采集图像的一个高精度彩色或者黑白照相机，以及用于标记点与车架空位连接的零件，所述的用于提供空间位置信息的编码标记点的设计，其特征是编码标记点图案是矩形，若背景是黑色或灰色的情况下，其编码图案是白色的，或编码标记图案是黑色或灰色背景为白色，所述的编码图案是分段圆�。髟不〗刈酝桓鲈不罚鞅嗦氡昙堑愕谋嗦敕桨负捅嗪攀孪纫丫范ǎü昙堑阃及干杓撇畋鹗沟妹扛霰嗦氡昙堑愣加形ㄒ坏谋嗦牒牛匦瓮及傅闹行拇�、矩形的两条对角线中的一条的两端和此对角线的左侧或右侧分别存在这一个与圆弧同色的圆，且四个圆的大小相同，中心处的圆心与圆环的圆心相同，矩形对角线的三个圆心的连线构成一个三角形其中一个边，线段的两个端点分别与另一个圆的圆心分别相连构成三角形的另外两条边，关键点与中心圆心的距离固定，除标记图案中心的圆外，其他三个圆即为所述的三点。
2.根据权利要求书1所述的编码标记点、十字靶标系统、标尺系统，通过计算机算法根 据权利要求1所述的照相机拍到图像确定测量基准后，通过计算机算法计算权利要求1所 述的车架关键点的三维坐标，其特征是，包括以下步骤第一步在被测物体关键尺寸部位利用零件安装上权利要求1所述的编码标记点，将 十字靶标和标尺摆放在被测物体附近，利用高精度数码照相机对含有十字靶标和标尺的被 测物体进行拍照，更换拍摄位置和角度继续拍摄被测物体，直到被测物体所有的编码标记 点都被拍摄完毕，拍照的原则是相邻两个图像含有至少3个公共编码标记点第二步利用第一步所拍摄到含有已知十字靶标和标尺的编码标记点信息，解算出所 述照相机在空间中的3个拍摄位置第三步利用第二步所得到的所述照相机的三个拍摄位置信息，通过计算机算法计算 十字靶标和标尺之外所拍摄到车架关每个关键点上面的编码标记点上四个圆心的三维坐 标第四步根据第三步所得到的标记点上四个圆心的坐标解算关键点的坐标，假设 C(x3, y3，z3)是标记点图案左上的圆心坐标，B (x2，y2，z2)是标记点图案右下的圆心坐标， 标记点图案左下的圆心坐标，D (x4，y4，z4)标记点图案中间圆心坐标，A (χ 1，y 1，ζ 1)是另一 个圆的圆心坐标，待求的关键点的坐标设为P5(x5，y5, z5)的解算过程如下
全文摘要
本发明属于逆向工程领域，涉及一种基于编码点与计算机视觉的车架的关键点测量方法。该方法需要在所述车架的关键部位粘贴数字化立体编码标记点，并将粘贴有编码标记点的十字靶标和标尺摆放在物体附近，采用一个高精度数码照相机，首先对被测物体不同方位进行图像采集；通过获得图像解算标记点的某些像素点对应的三维坐标；通过采集的图像和标记点的三维坐标信息，结合算法进而获得该车架的关键点的坐标信息，为后续的车架匹配提供数据基础。本发明所提出的解算车架关键点的算法，丰富了三维视觉测量基础理论，为逆向工程和三维视觉检测理论奠定基�。岣咧泄圃煲邓�。
文档编号G01B11/03GK101995219SQ201010532480
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者宋丽梅, 张春波 申请人:天津工业大学
专业数控铣床产品供应商
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