[发明专利]基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法

权利要求书

1.一种基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法，其特征在于，测量装置包括工业机器人、第一CCD相机、第二CCD相机、线激光器、棋盘格、平面白板、标准球以及计算机，所述测量方法包括以下步骤：

步骤1，第一CCD相机固定在机器臂末端，第二CCD相机随意固定，通过棋盘格标定双目相机；

步骤2，线激光器固定在机器臂末端，通过平面白板和标定好的双目相机，标定出线激光在第一CCD相机坐标系下的光平面方程，第一CCD相机和线激光器形成线结构光三维测量系统；

两个相机通过双目标定后，得到基础矩阵；然后让线激光打到一个平板上，在平板上形成一条直的激光线，再利用双目相机的极线约束重建出激光线的三维坐标，从而得到第一CCD相机坐标系下的光平面方程；

步骤3，通过标准球，标定出线结构光三维测量系统和工业机器人之间的关系；

步骤4，将线结构光三维测量系统扫描的单位点云数据，通过线激光的扫描以及坐标系的转换，实现三维拼接；

通过相机标定和线标定后，单目线结构光三维测量系统重建出激光条纹上的三维信息；第一CCD相机和机器人进行手眼标定之后，得出第一CCD相机坐标系和机器人末端坐标系之间的转换矩阵M_s；机器人末端坐标系和机器人基坐标系之间的转换矩阵M_r通过机器人正运动学模型得出；通过线结构光三维测量得到物体表面的三维坐标之后，即可通过以下转换关系将第一CCD相机坐标系下物体表面的三维坐标转为机器人基坐标系下的三维坐标：

其中P_r为机器人基坐标系下的三维点，P_s是第一CCD相机坐标系下的三维点，R_r、T_r是机器人末端坐标系到机器人基坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，R_s、T_s是第一CCD相机坐标系到机器人末端坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；

第一CCD相机和线激光器固定在机器臂末端，随着机器臂移动实现对物体的扫描，在每个位置得出第一CCD相机坐标系下激光条纹的三维坐标；然后，将相机坐标系下的三维坐标转换到机器人基坐标系下；

对物体的扫描过程中，机器人基坐标系相对于物体固定不变，通过线激光的扫描以及坐标系的转换，实现三维拼接，重建出物体整体的三维形貌。

2.根据权利要求1所述的基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法，其特征在于，步骤2中，标定完光平面后撤走其中的第二CCD相机，仅用第一CCD相机和线激光器形成线结构光三维测量系统。

3.根据权利要求1所述的基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法，其特征在于，步骤3中采用基于空间圆拟合的标准球手眼标定方法，具体为：

采用空间圆拟合的方法拟合出圆弧的圆心三维坐标和圆弧半径，再根据圆弧的圆心坐标、圆弧半径和标准球半径之间的空间位置关系，求解出标准球球心在第一CCD相机坐标系下的三维坐标。

4.根据权利要求1所述的基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法，其特征在于，工业机器人为六轴工业机器人。