一种物体空间姿态测量装置

摘要

一种物体空间姿态测量装置，包括光学测定平台(1)、滑轨(2)、摄像机(4)、恒温浴(5)、浮液槽(6)、标准块(7)、温度传感器(8)和工控机(9)。恒温浴(5)固定在光学测定平台(1)的中央，光学测定平台(1)上固定有两条滑轨(2)，每一条滑轨(2)上安装一台摄像机(4)。浮液槽(6)固定在恒温浴(5)中，恒温浴(5)中装有水，浮液槽(6)中装有浮液，通过对水的加热或者冷却实现对浮液的温度控制。标准块(7)和温度传感器(8)固定于浮液槽(6)的内壁上，两台摄像机(4)通过标准块(7)进行标定。被测物体置于浮液中，通过两台摄像机(4)和温度传感器(8)实时获取被测物体的温度信息、高度信息和角度信息。

权利要求

1.一种物体空间姿态测量装置，其特征在于包括：光学测定平台(1)、滑轨(2)、摄像机(4)、恒温浴(5)、浮液槽(6)、标准块(7)、温度传感器(8)和工控机(9)；光学测定平台(1)为水平平台，恒温浴(5)固定在光学测定平台(1)的中央，光学测定平台(1)上在水平方向和竖直方向上分别固定有一条滑轨(2)，每一条滑轨(2)上均通过支架(3)安装一台摄像机(4)；浮液槽(6)固定在恒温浴(5)中，恒温浴(5)中装有水，浮液槽(6)中装有浮液，通过对水的加热或者冷却实现对浮液的温度控制；标准块(7)和温度传感器(8)固定于浮液槽(6)的内壁上，所述的标准块(7)上标有水平刻线，两台摄像机(4)通过标准块(7)上的水平刻线完成图像像素的坐标标定；温度传感器(8)获取的浮液的温度值实时传输至工控机(9)；被测物体置于浮液中，被测物体上也标有水平刻线，两台摄像机(4)实时获取被测物体的顶部与浮液槽(6)底部的高度差、被测物体最左端与最右端的高度差以及被测物体上的水平刻线与水平方向的夹角信息传输至工控机(9)，通过工控机(9)获得被测物体的高度信息和角度信息；温度传感器(8)获取当浮液的温度变化时被测物体在浮液中开始上浮和下沉的两个温度点传输给工控机(9)，通过工控机(9)获得被测物体的温度信息。

说明书

一种物体空间姿态测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种物体液浮平衡测试系统，特别是一种检测被测物体在浮液中姿态信息及温度信息的装置。

[0002] 背景技术

[0003] 浮子组件是惯性仪表的重要部件，是提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信息的关键部件。浮子组件的静不平衡量(质心不稳定)是影响惯性仪表性能的关键指标，其质心是否与浮心一致，其悬浮时的两端高度差和滚动角度等信息决定了其能否装入惯性仪表和作战使用。惯性仪表是精密仪表，使用寿命一般在十年以上，为了准确评定惯性仪表中浮子组件的性能指标，因此对浮子组件的静平衡势在必行。

[0004] 传统的测量方法是手动的对单个浮子逐一进行测试，没有规则化的测试系统和测试流程，平衡精度在很大程度上依赖于人眼和操作者从事浮子静平衡工作的经验，精度要求高时不同操作工人对于尺寸的读数误差直接影响了测量的准确性及精度，而且这种测试方法造成测试时个体差异很大，无法进行批量化的测试。

[0005] 发明内容

[0006] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于计算机视觉的物体空间姿态测量装置，可以提高物体空间姿态测量的效率和精度。

[0007] 本发明的技术解决方案是：一种物体空间姿态测量装置，包括光学测定平台、滑轨、摄像机、恒温浴、浮液槽、标准块、温度传感器和工控机；光学测定平台为水平平台，恒温浴固定在光学测定平台的中央，光学测定平台上在水平方向和竖直方向上分别固定有两条滑轨，每一条滑轨上均通过支架安装一台摄像机；浮液槽固定在恒温浴中，恒温浴中装有水，浮液槽中装有浮液，通过对水的加热或者冷却实现对浮液的温度控制；标准块和温度传感器固定于浮液槽的内壁上，所述的标准块上标有水平刻线，两台摄像机通过标准块上的水平刻线完成图像像素的坐标标定；温度传感器获取的浮液的温度值实时传输至工控机；被测物体置于浮液中，被测物体上也标有水平刻线，两台摄像机实时获取被测物体的顶部与浮液槽底部的高度差、被测物体最左端与最右端的高度差以及被测物体上的水平刻线与水平方向的夹角信息传输至工控机，通过工控机获得被测物体的高度信息和角度信息；温度传感器获取当浮液的温度变化时被测物体在浮液中开始上浮和下沉的两个温度点传输给工控机，通过工控机获得被测物体的温度信息。

[0008] 本发明与现有技术相比的优点在于：本发明测量装置使用工控机控制和测量浮液的温度，使用计算机视觉测量的方法，对被测物体进行姿态信息和温度信息的实时检测，使用简单方便，无须专门的检测人员，适用于被测物体在浮液中姿态及温度信息的测试，使用时不需人工读数，提高了测量精度及准确性，并且使用简单方便，降低了这类仪表测试的成本，解决了仪表测试误差大、时间长的问题。

附图说明

[0009] 图1为本发明测量装置的组成原理图；

[0010] 图2为本发明测量装置的浮液槽结构及器件布置示意图；

[0011] 图3为本发明工控机的工作流程图。

具体实施方式

[0012] 如图1所示，为本发明的物体空间姿态测量装置，即本发明的基本形式，它由光学测定平台1、滑轨2、支架3、摄像机4、恒温浴5、浮液槽6、标准块7、温度传感器8、工控机9组成。

[0013] 安装步骤如下：(1)将光学测定平台1通过紧固螺钉安装在四个支柱上，调整四个支柱使光学测定平台1水平；(2)通过紧固螺钉将恒温浴5固定在光学测定平台1的中央，其中装满水；通过安装螺钉将滑轨2固定在光学测定平 台1的正前方和正侧方两个方向，使滑轨2与恒温浴5垂直，并通过恒温浴5进行定位；(3)将浮液槽6安装在恒温浴5中的托架10上；(4)支架3安装在滑轨2上，并通过滑轨2定位；将摄像机4通过安装座固定在支架3上；(5)通过标准块7调整摄像机4和支架3与浮液槽6的距离来调整焦距和放大倍数，图像覆盖被测物体运动的上下位置范围，焦距达到清晰，放大倍数达到精度要求值；(6)通过被测物体的高度调整摄像机4和支架3的高度，调整好后拧紧安装螺钉，固定好支架3、摄像机4；(7)工控机9与恒温浴5通过串口相连，完成工控机9对恒温浴5的温度控制和测量功能，浮液槽6充满浮液后将被测物体放置其中，然后即可检测被测物体的位置-温度信息。

[0014] 如图2所示，为本发明的物体空间姿态测量装置的恒温浴5及其中布置的相关元器件的示意图，其中标准块7固定在浮液槽6的内壁上，温度传感器8固定在浮液槽6中，温度传感器8测量浮液槽6内浮液的准确温度值并实时通过串口将温度信息传输至工控机9。通过浮液槽6的位置结合被测物体尺寸固定滑轨2和摄像机4的位置，拧紧滑轨固定螺钉，保证一次校准有效即达到要求。

[0015] 需要注意的是，光学测定平台1、滑轨2、支架3所用材料及加工方法应保证尺寸精度稳定。恒温浴5、浮液槽6所用材料应保证平整度高，折射率低，温度精度小于0.05℃。

[0016] 初始时刻，两台摄像机4(这里分别称作正面摄像机和侧面摄像机)通过标准块7正面和侧面的刻线进行摄像机4的坐标标定，精确计算出图像中像素点的实际尺寸，浮液槽6的下边缘线标定为摄像机4坐标中的0高度刻度线。开始测量后，两台摄像机4独立对被测物体的正面视频图像和侧面视频图像进行采集，正面安装的摄像机4实时反馈被测物体的高度信息、被测物体最左端和最右端的高度差，侧面安装的摄像机4实时反馈被测物体侧面标志线与水平方向的夹角信息。正面和侧面安装的摄像机4通过串口分别将数据传输给工控机9，工控机9对正面摄像机传输的视频图像进行预处理及边缘提取等处理后 综合反馈被测物体的姿态-温度信息。通过工控机9对恒温浴5的温度进行控制，当恒温浴5的温度上升或下降时，温度变化传递到浮液槽6中，实现被测物体的上浮或下沉，由此可以获得被测物体上浮或下沉时的温度点。该系统的工作流程如图3所示。

[0017] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。