[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

说明书

本发明公开了一种基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法，三维测量由两部分组成，即单次测量的三维数据获取和多次测量之间的三维数据拼接；本发明结合线结构光三维测量技术和机器人手眼标定技术，线结构光三维测量系统用于获取单次测量的三维数据，机器人手眼标定则实现了多次测量之间的三维数据拼接。本发明利用双目相机辅助进行单目线结构光平面的标定方法，简化了线标定的过程，提高了线重建的精度；采用空间圆拟合的方法来拟合标准球的球心坐标，使光平面可以是任意平面方程，扩大了标准球手眼标定方法的适用范围，本发明的测量方法能够精准地重建目标三维点云模型。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法。

背景技术

在大型三维形貌测量中，视觉方法以其非接触、速度快、精度高、易于自动化等优点，成为最重要的测量方法之一。在实际测量中，由于视觉传感器的视场范围有限或被测表面相互遮挡等原因，会产生视觉盲区，无法一次得到物体表面的全部信息。因此需要将大的被测形貌划分成多个小区域，从不同角度进行分块的单元测量，然后采用拼接技术，将所有单元测量结果拼合在一起，构建物体的整体三维形貌。近年来，对于大面积形体的三维精确测量日益成为三维视觉测量的研究热点。

在传统的机器人线扫三维形貌测量方法中，单位数据的获取一般是通过购买的线激光传感器扫描仪得到，扫描原理是基于嵌入式数字信号处理器(DSP)计算出三维坐标。对于该线激光传感器扫描仪，测量的距离范围一般是10cm到20cm左右，测量的单线长度一般是10cm以下，单位数据的测量范围受到限制，同时价格相对较高。

三维数据拼接在大型三维形貌测量中也起着关键的作用，很多学者对其进行了深入的研究。目前有许多三维数据拼接方法，主要的三维拼接方法有以下几种：(1)基于机器人或激光跟踪仪的绝对坐标拼接方法。目前常采用激光跟踪仪和工业机器人来做三维拼接，使得空间任一点绝对定位精度高，但外加的激光跟踪仪价格昂贵。(2)通过精确测量旋转角度的转台法，这种转台法拼接方式较为单一，只能测量特定的物体。(3)通过事先标定多个相机之间位置关系的框架定位拼接方法，这种拼接方法标定过程复杂，且只能适用于特定场景的测量。(4)通过拼接标靶的光学定位跟踪的拼接方法，这种方法由于引入了拼接相机，拼接误差不好控制。(5)在被测物体表面粘贴标志点的多视标签定位拼接方法，这种拼接方法简单实用，是目前实际工程化使用最广泛的三维拼接方法，但是因为需要在物体表面粘贴标志点，费时费力，不能完全做到无接触测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于线结构光和工业机器人的大构件三维测量方法，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；

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。