[发明专利]一种基于视觉的六自由度小位移检测方法

权利要求书

1.一种基于视觉的六自由度小位移检测方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：首先对被测对象定义三维坐标系OXYZ，原点O和坐标轴X、Y在被测面上，按右手定则，坐标轴X、Y、Z两两相互垂直；定义沿3根坐标轴方向的3个平移自由度上的位移为Tx、Ty和Tz；定义绕3根坐标轴按右手定则转动的3个转动自由度上的转动位移为Rx、Ry和Rz；

步骤2：在被检测对象的上表面设置一矩形视觉标靶，并在被检测对象的上表面中心或中心区域设置一准直光光源一 ，并平行于Z轴出射，在距被检测对象L处设置光接收器一 ，准直光光源一 在其上形成光斑一 ，并对矩形视觉标靶成像，根据矩形视觉标靶图像的平移dx和dy得到被测对象发生的平移Tx和Ty，根据矩形视觉标靶图像的转动，得到被测对象发生的转动位移Rz；

步骤3：建立光接收器一 的坐标系Os1Xs1Ys1Zs1与OXYZ坐标系平行，并将Xs1Ys1平面设置在光接收器一 敏感面内，当被测对象发生了转动位移Rx和Ry时，准直光光源一 在光接收器一 敏感面上形成的光斑一 将由初始位置移动到新的位置，记光斑一 位移向量为(Δx，Δy)，则在转动位移Rx和Ry为小量的条件下，有：

Rx＝Δy/L

Ry＝-Δx/L

反过来，由光斑一 在光接收器一 敏感面上发生的位移得到被测对象的转动位移Rx和Ry；

步骤4：求检测被测对象沿Z向的平移位移Tz；

在被检测对象上表面偏离视觉标靶的位置设置一平面反射镜，并在被检测对象上表面的平行于YZ平面并过平面反射镜的平面内，设置一准直光光源二 和光接收器二 ，使准直光光源二 发出的准直光经反射面反射后由光接收器二 的敏感面接收，记准直光光源二发出的准直光入射角为θ；记光接收器二 到反射镜距离为W，建立光接收器二 的坐标系Os2Xs2Ys2Zs2，将Xs2Ys2平面设置在光接收器二 敏感面内，使Xs2轴与X轴平行，并使Ys2Zs2平面与YZ平面平行，Ys2和Zs2一同顺时针转θ角，当被测对象发生Z向平移Tz时，平面反射镜也向右发生位移Tz，则准直光光源二 发出的准直光在光接收器二 的敏感面的光斑二 将沿Ys2轴发生位移ΔYs，Tz与ΔYs之间的关系如下：

Tz＝ΔYs/(2sinθ)

反过来，由光斑二 在光接收器二 敏感面上发生的位移ΔYs得到被测对象的平移位移Tz。

2.按照权利要求1所述一种基于视觉的六自由度小位移检测方法，其特征在于：所述步骤4中准直光光源二 和光接收器二 相对于Z轴对称设置。

3.按照权利要求1所述一种基于视觉的六自由度小位移检测方法，其特征在于：所述步骤4中Rx将引起光斑二 沿Ys2轴的附加位移2W*Rx，因此，Tz按下式计算：

Tz＝(ΔYs-2W*Rx)/(2sinθ)。