仿生计量学的新领域视觉坐标测量机

　　1　引　言

　　“坐标测量”是1959年夏季在法国巴黎召开的国际机床博览会上由英国Ferranti公司首先提出来的。这一新概念的提出是对传统测量概念的一次重大突破,其重要意义在于把对测量概念的理解从单纯的“比较”引伸到“模型化测量”的新领域,从而推动了测量技术的蓬勃发展。“视觉测量”从仿生计量学的意义上讲,是“测量概念”的又一次重大突破,其重要意义在于把“模型化测量”进一步推进到“仿生测量”的更新领域,而视觉坐标测量机(vision coordinatemeasuring machine)则可以看成是“仿生计量”领域中人眼视觉系统在坐标测量中的模拟。

　　从系统组成和测量原理来看,视觉坐标测量机通常是属于非笛卡儿坐标测量机,因此它不受三维导轨的限制,可以实现更大范围的坐标测量,且视觉坐标测量机较传统坐标测量机测量方法更加灵活,系统便于携带,非常适合于航空、航天、船舶、汽车制造和装配领域中的快速现场测量,因此视觉坐标测量机的应用前景非常广泛。

　　根据视觉坐标测量机的特点可以大致将其分为5种,即:固定点视觉坐标测量机;目标跟踪视觉坐标测量机;多视点视觉坐标测量机;三维扫描视觉坐标测量机和测头成像视觉坐标测量机。

　　2　固定点视觉坐标测量机

　　固定点视觉坐标测量机是目前应用比较完善的一种视觉坐标测量机,如应用在“白车”车身的检验中[1,2]。一个典型的“白车”车身检验系统包括上百个固定视觉传感器,每个视觉传感器监视一个被测点,并被统一安装在一个刚性良好的机架上,组成一个坐标测量机,采用固定点视觉检测方式。控制系统和图像分析系统进行被测点的特征识别和参数提取,如图1所示。

　　当工件通过传送系统被送到指定位置时,每个固定视觉传感器便开始测量其各自规定好的工件上点的三维坐标。在整个测量中固定点视觉坐标测量机和工件固定不动。目前,世界上很多汽车制造厂都在他们的生产线上采用这种视觉坐标测量机进行“白车”车身的检验,如美国三大汽车公司、Volov公司、HONDA公司、VAUXHALL公司等。这类视觉坐标测量机的测量误差一般为±(0.03～0.05) mm。限制这类坐标测量机准确度提高的主要因素是机架的刚性、长期稳定性和系统标定方法准确度。

　　3　目标跟踪视觉坐标测量机

　　目标跟踪视觉坐标测量机是通过对被测目标的跟踪来达到空间点坐标的测量,根据其在测量过程中采用的坐标系的不同,目标跟踪视觉坐标测量机可分为:球面坐标视觉坐标测量机;线坐标视觉坐标测量机和角坐标视觉坐标测量机。

　　3.1　球面坐标视觉坐标测量机