CN115200502A - 一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，包括装置主架与MCU控制模块，所述装置主架上安装有编码器、精密马达与集成式水平与重力传感器，所述装置主架的后端位置安装有外壳，所述装置主架的前端位置安装有激光跟踪仪主体。本发明所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，采用PSD高速模拟传感器跟踪与智能相机大范围模式识别跟踪相结合的方式，通过坐标系变换和人工智能学习，保证PID控制在两个跟踪系统之间连续切换，没有突变，方法是根据当前的绝对速度，相对于靶球的速度完成惯量计算，切换时植入预制算法，保证马达输出连续，跟踪性能更为优异。

Description

一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及激光跟踪测量装置领域，特别涉及一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法。

背景技术

激光跟踪测量装置是一种进行工业测量的支撑设备，激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器，且激光跟踪测量装置，集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标，随着科技的不断发展，人们对于激光跟踪测量装置的制造工艺要求也越来越高。

激光跟踪测量装置具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。

现有的激光跟踪测量装置在使用时存在一定的弊端，首先，检测结构较为单一，由激光跟踪仪进行检测，降低装置的使用性能，不能很好的适应更多的场合，不利于人们的使用，还有，装置结构较大，不能很好的保证系统长时间稳定工作，给人们的使用过程带来了一定的不利影响，为此，我们提出一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，采用PSD高速模拟传感器跟踪与智能相机大范围模式识别跟踪相结合的方式，通过坐标系变换和人工智能学习，保证PID控制在两个跟踪系统之间连续切换，没有突变，方法是根据当前的绝对速度，相对于靶球的速度完成惯量计算，切换时植入预制算法，保证马达输出连续，跟踪性能更为优异，可以有效解决背景技术中的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，包括装置主架与MCU控制模块，所述装置主架上安装有编码器、精密马达与集成式水平与重力传感器，所述装置主架的后端位置安装有外壳，所述装置主架的前端位置安装有激光跟踪仪主体，所述激光跟踪仪主体上安装有PSD模拟位置光学传感器、智能视觉相机、激光头与快速冷却系统，所述快速冷却系统位于激光跟踪仪主体的顶部位置。

作为本申请一种优选的技术方案，所述装置主架的底部位置连接有连接线，所述装置主架的下端安装有高速采样机构，所述高速采样机构的外侧固定有防水外壳，所述高速采样机构上安装有高速采样芯片，所述高速采样芯片上连接有无线数据传输天线，所述高速采样机构的底部连接有电池供电座，所述电池供电座上设置有插电口。

作为本申请一种优选的技术方案，所述MCU控制模块的一个端口连接有编码模块，所述编码模块连接有第一电池供电模块、激光跟踪模块、智能视觉相机模块与PSD模拟位置光学传感模块，所述激光跟踪模块、智能视觉相机模块与PSD模拟位置光学传感模块均连接有智能一体化跟踪模块。

作为本申请一种优选的技术方案，所述MCU控制模块的另一个端口连接有数据采样模块，所述数据采样模块连接有无线数据传输模块与第二电池供电模块，所述无线数据传输模块的位置连接有测量数据存储模块。

作为本申请一种优选的技术方案，所述装置主架、外壳、激光跟踪仪主体之间定位安装，所述装置主架与编码器、精密马达、集成式水平与重力传感器之间定位安装，所述激光跟踪仪主体与PSD模拟位置光学传感器、激光头、智能视觉相机、快速冷却系统之间定位安装。

作为本申请一种优选的技术方案，所述高速采样机构与防水外壳之间定位安装，所述高速采样机构与高速采样芯片之间进行固定，所述高速采样芯片与无线数据传输天线之间电性连接，所述电池供电座通过插电口接入电源。

作为本申请一种优选的技术方案，所述MCU控制模块与编码模块之间双向电性连接，所述编码模块的输入端与激光跟踪模块、智能视觉相机模块、PSD模拟位置光学传感模块、第一电池供电模块的输出端电性连接，所述智能一体化跟踪模块的输出端与激光跟踪模块、智能视觉相机模块、PSD模拟位置光学传感模块之间双向电性连接。

作为本申请一种优选的技术方案，所述MCU控制模块与数据采样模块之间双向电性连接，所述数据采样模块的输入端与第二电池供电模块的输出端电性连接，所述数据采样模块的输出端与无线数据传输模块的输入端电性连接。

一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量方法，包括以下操作步骤：

S1：激光跟踪测量由智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器、控制器、用户计算机、反射器、以及测量附件等组成，在目标点上安置一个反射器，激光跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到激光跟踪头，当目标移动时，激光跟踪头调整光束方向来对准目标，同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置；

S2：在进行测量的时候增加智能相机，利用智能视觉系统进行控制，采用高速MIPI相机模组，通过数码变焦捕捉预定目标，识别工件形貌、手态以及测量路径规划；

S3：在进行跟踪测量的时候采用智能相机，以人工智能视觉做光靶跟踪，整个装置为一体化机械与对称设计，保证稳定工作；

S4：智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器进行组合，将测量信息导入编码器的位置，由编码器进行统一处理；

S5：编码器将测量数据归纳整理后对数据进行分析与采样，将数据存储并远程传输到计算机，方便查看。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，具备以下有益效果：该一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，采用PSD高速模拟传感器跟踪与智能相机大范围模式识别跟踪相结合的方式，构造坐标系系统，相机是角度测量元件，PSD是直线度测量元件，两者无缝衔接，自然过渡，通过坐标系变换和人工智能学习，保证PID控制在两个跟踪系统之间连续切换，没有突变，方法是根据当前的绝对速度，相对于靶球的速度完成惯量计算，切换时植入预制算法，保证马达输出连续，跟踪性能更为优异，检测到系统震荡时，自适应修改PID参数，消除震荡，不断通过跟踪性能反馈，使用模糊逻辑自适应系统的摩擦力变化，光学系统强度衰减等自然磨损，保证跟踪性能，整个激光跟踪测量装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法的整体结构示意图。

图2为本发明一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法中激光跟踪仪主体的结构示意图。

图3为本发明一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法中高速采样机构的结构示意图。

图4为本发明一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法中整体系统的结构示意图。

图5为本发明一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法中MCU控制模块一端连接的结构示意图。

图6为本发明一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法中MCU控制模块另一端连接的结构示意图。

图中：1、装置主架；2、编码器；3、精密马达；4、外壳；5、集成式水平与重力传感器；6、无线数据传输天线；7、高速采样芯片；8、高速采样机构；9、电池供电座；10、插电口；11、防水外壳；12、连接线；13、快速冷却系统；14、激光跟踪仪主体；15、PSD模拟位置光学传感器；16、智能视觉相机；17、激光头；18、智能一体化跟踪模块；19、测量数据存储模块；20、智能视觉相机模块；21、激光跟踪模块；22、第一电池供电模块；23、编码模块；24、MCU控制模块；25、PSD模拟位置光学传感模块；26、无线数据传输模块；27、第二电池供电模块；28、数据采样模块。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1-6所示，一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，包括装置主架1与MCU控制模块24，装置主架1上安装有编码器2、精密马达3与集成式水平与重力传感器5，装置主架1的后端位置安装有外壳4，装置主架1的前端位置安装有激光跟踪仪主体14，激光跟踪仪主体14上安装有PSD模拟位置光学传感器15、智能视觉相机16、激光头17与快速冷却系统13，快速冷却系统13位于激光跟踪仪主体14的顶部位置。

进一步的，装置主架1的底部位置连接有连接线12，装置主架1的下端安装有高速采样机构8，高速采样机构8的外侧固定有防水外壳11，高速采样机构8上安装有高速采样芯片7，高速采样芯片7上连接有无线数据传输天线6，高速采样机构8的底部连接有电池供电座9，电池供电座9上设置有插电口10。

进一步的，装置主架1、外壳4、激光跟踪仪主体14之间定位安装，装置主架1与编码器2、精密马达3、集成式水平与重力传感器5之间定位安装，激光跟踪仪主体14与PSD模拟位置光学传感器15、激光头17、智能视觉相机16、快速冷却系统13之间定位安装。

进一步的，高速采样机构8与防水外壳11之间定位安装，高速采样机构8与高速采样芯片7之间进行固定，高速采样芯片7与无线数据传输天线6之间电性连接，电池供电座9通过插电口10接入电源。

实施例二：

在实施例一的基础上，如图1-6所示，一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置及测量方法，包括装置主架1与MCU控制模块24，装置主架1上安装有编码器2、精密马达3与集成式水平与重力传感器5，装置主架1的后端位置安装有外壳4，装置主架1的前端位置安装有激光跟踪仪主体14，激光跟踪仪主体14上安装有PSD模拟位置光学传感器15、智能视觉相机16、激光头17与快速冷却系统13，快速冷却系统13位于激光跟踪仪主体14的顶部位置。

进一步的，MCU控制模块24的一个端口连接有编码模块23，编码模块23连接有第一电池供电模块22、激光跟踪模块21、智能视觉相机模块20与PSD模拟位置光学传感模块25，激光跟踪模块21、智能视觉相机模块20与PSD模拟位置光学传感模块25均连接有智能一体化跟踪模块18。

进一步的，MCU控制模块24的另一个端口连接有数据采样模块28，数据采样模块28连接有无线数据传输模块26与第二电池供电模块27，无线数据传输模块26的位置连接有测量数据存储模块19。

进一步的，MCU控制模块24与编码模块23之间双向电性连接，编码模块23的输入端与激光跟踪模块21、智能视觉相机模块20、PSD模拟位置光学传感模块25、第一电池供电模块22的输出端电性连接，智能一体化跟踪模块18的输出端与激光跟踪模块21、智能视觉相机模块20、PSD模拟位置光学传感模块25之间双向电性连接。

进一步的，MCU控制模块24与数据采样模块28之间双向电性连接，数据采样模块28的输入端与第二电池供电模块27的输出端电性连接，数据采样模块28的输出端与无线数据传输模块26的输入端电性连接。

一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量方法，包括以下操作步骤：

S1：激光跟踪测量由智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器、控制器、用户计算机、反射器、以及测量附件等组成，在目标点上安置一个反射器，激光跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到激光跟踪头，当目标移动时，激光跟踪头调整光束方向来对准目标，同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置；

S2：在进行测量的时候增加智能相机，利用智能视觉系统进行控制，采用高速MIPI相机模组，通过数码变焦捕捉预定目标，识别工件形貌、手态以及测量路径规划；

S3：在进行跟踪测量的时候采用智能相机，以人工智能视觉做光靶跟踪，整个装置为一体化机械与对称设计，保证稳定工作；

S4：智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器进行组合，将测量信息导入编码器的位置，由编码器进行统一处理；

S5：编码器将测量数据归纳整理后对数据进行分析与采样，将数据存储并远程传输到计算机，方便查看。

工作原理：本发明包括装置主架1、编码器2、精密马达3、外壳4、集成式水平与重力传感器5、无线数据传输天线6、高速采样芯片7、高速采样机构8、电池供电座9、插电口10、防水外壳11、连接线12、快速冷却系统13、激光跟踪仪主体14、PSD模拟位置光学传感器15、智能视觉相机16、激光头17、智能一体化跟踪模块18、测量数据存储模块19、智能视觉相机模块20、激光跟踪模块21、第一电池供电模块22、编码模块23、MCU控制模块24、PSD模拟位置光学传感模块25、无线数据传输模块26、第二电池供电模块27、数据采样模块28，激光跟踪测量由智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器、控制器、用户计算机、反射器、以及测量附件等组成，在目标点上安置一个反射器，激光跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到激光跟踪头，当目标移动时，激光跟踪头调整光束方向来对准目标，同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置，在进行测量的时候增加智能相机，利用智能视觉系统进行控制，采用高速MIPI相机模组，通过数码变焦捕捉预定目标，识别工件形貌、手态以及测量路径规划，在进行跟踪测量的时候采用智能相机，以人工智能视觉做光靶跟踪，整个装置为一体化机械与对称设计，保证稳定工作，中心对称，发热元件位置进行优化，使热传导梯度散度呈中心对称，减少系统预热时间，适应环境温度的变化，轴承和机械安装部件采用过盈配合，通过液氮制冷装配确保运动机构刚性，智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器进行组合，将测量信息导入编码器的位置，由编码器进行统一处理，编码器将测量数据归纳整理后对数据进行分析与采样，将数据存储并远程传输到计算机，方便查看，采用PSD高速模拟传感器跟踪与智能相机大范围模式识别跟踪相结合的方式，构造坐标系系统，相机是角度测量元件，PSD是直线度测量元件，两者无缝衔接，自然过渡，通过坐标系变换和人工智能学习，保证PID控制在两个跟踪系统之间连续切换，没有突变，方法是根据当前的绝对速度，相对于靶球的速度完成惯量计算，切换时植入预制算法，保证马达输出连续，跟踪性能更为优异，检测到系统震荡时，自适应修改PID参数，消除震荡，不断通过跟踪性能反馈，使用模糊逻辑自适应系统的摩擦力变化，光学系统强度衰减等自然磨损，保证跟踪性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二（一号、二号）等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，包括装置主架（1）与MCU控制模块（24），其特征在于：所述装置主架（1）上安装有编码器（2）、精密马达（3）与集成式水平与重力传感器（5），所述装置主架（1）的后端位置安装有外壳（4），所述装置主架（1）的前端位置安装有激光跟踪仪主体（14），所述激光跟踪仪主体（14）上安装有PSD模拟位置光学传感器（15）、智能视觉相机（16）、激光头（17）与快速冷却系统（13），所述快速冷却系统（13）位于激光跟踪仪主体（14）的顶部位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述装置主架（1）的底部位置连接有连接线（12），所述装置主架（1）的下端安装有高速采样机构（8），所述高速采样机构（8）的外侧固定有防水外壳（11），所述高速采样机构（8）上安装有高速采样芯片（7），所述高速采样芯片（7）上连接有无线数据传输天线（6），所述高速采样机构（8）的底部连接有电池供电座（9），所述电池供电座（9）上设置有插电口（10）。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述MCU控制模块（24）的一个端口连接有编码模块（23），所述编码模块（23）连接有第一电池供电模块（22）、激光跟踪模块（21）、智能视觉相机模块（20）与PSD模拟位置光学传感模块（25），所述激光跟踪模块（21）、智能视觉相机模块（20）与PSD模拟位置光学传感模块（25）均连接有智能一体化跟踪模块（18）。

4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述MCU控制模块（24）的另一个端口连接有数据采样模块（28），所述数据采样模块（28）连接有无线数据传输模块（26）与第二电池供电模块（27），所述无线数据传输模块（26）的位置连接有测量数据存储模块（19）。

5.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述装置主架（1）、外壳（4）、激光跟踪仪主体（14）之间定位安装，所述装置主架（1）与编码器（2）、精密马达（3）、集成式水平与重力传感器（5）之间定位安装，所述激光跟踪仪主体（14）与PSD模拟位置光学传感器（15）、激光头（17）、智能视觉相机（16）、快速冷却系统（13）之间定位安装。

6.根据权利要求2所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述高速采样机构（8）与防水外壳（11）之间定位安装，所述高速采样机构（8）与高速采样芯片（7）之间进行固定，所述高速采样芯片（7）与无线数据传输天线（6）之间电性连接，所述电池供电座（9）通过插电口（10）接入电源。

7.根据权利要求3所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述MCU控制模块（24）与编码模块（23）之间双向电性连接，所述编码模块（23）的输入端与激光跟踪模块（21）、智能视觉相机模块（20）、PSD模拟位置光学传感模块（25）、第一电池供电模块（22）的输出端电性连接，所述智能一体化跟踪模块（18）的输出端与激光跟踪模块（21）、智能视觉相机模块（20）、PSD模拟位置光学传感模块（25）之间双向电性连接。

8.根据权利要求4所述的一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量装置，其特征在于：所述MCU控制模块（24）与数据采样模块（28）之间双向电性连接，所述数据采样模块（28）的输入端与第二电池供电模块（27）的输出端电性连接，所述数据采样模块（28）的输出端与无线数据传输模块（26）的输入端电性连接。

9.一种基于人工智能的一体化激光跟踪测量方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

S1：激光跟踪测量由智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器、控制器、用户计算机、反射器、以及测量附件等组成，在目标点上安置一个反射器，激光跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到激光跟踪头，当目标移动时，激光跟踪头调整光束方向来对准目标，同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置；

S2：在进行测量的时候增加智能相机，利用智能视觉系统进行控制，采用高速MIPI相机模组，通过数码变焦捕捉预定目标，识别工件形貌、手态以及测量路径规划；

S3：在进行跟踪测量的时候采用智能相机，以人工智能视觉做光靶跟踪，整个装置为一体化机械与对称设计，保证稳定工作；

S4：智能视觉相机、激光跟踪仪、PSD模拟位置光学传感器进行组合，将测量信息导入编码器的位置，由编码器进行统一处理；

S5：编码器将测量数据归纳整理后对数据进行分析与采样，将数据存储并远程传输到计算机，方便查看。

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