[发明专利]一种三维全自动扫描系统及方法有效

专利信息
申请号: 202011431977.0 申请日: 2020-12-07
公开(公告)号: CN112577447B 公开(公告)日: 2022-03-22
发明(设计)人: 唐正宗;周皓骏;冯超;周烨 申请(专利权)人: 新拓三维技术(深圳)有限公司
主分类号: G01B11/25 分类号: G01B11/25
代理公司: 深圳新创友知识产权代理有限公司 44223 代理人: 方艳平
地址: 518000 广东省深圳市南山区*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 三维 全自动 扫描 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种三维全自动扫描方法,其特征在于,采用三维全自动扫描系统对被测物体进行自动扫描,三维全自动扫描系统包括扫描模块、通信模块和基础装置模块,所述基础装置模块包括扫描平台、计算机、转盘组件、机械臂和标定板,所述转盘组件、所述标定板和所述机械臂分别设置在所述扫描平台上,所述通信模块用于将所述计算机分别与所述转盘组件、所述机械臂和所述扫描模块建立通信连接,所述标定板上设有编码标志点和非编码标志点,所述转盘组件用于固定被测物体,所述扫描模块固定连接在所述机械臂的末端以用于对所述被测物体进行扫描;

三维全自动扫描方法包括以下步骤:

A1:将被测物体固定连接在所述转盘组件上,在所述转盘组件上设置多个标志点;

A2:所述计算机通过所述通信模块建立与所述转盘组件、所述机械臂和所述扫描模块的通信连接;

A3:对所述扫描模块进行标定,并对所述机械臂进行手眼标定;

A4:控制所述机械臂和所述转盘组件,以通过所述扫描模块扫描多个所述标志点,得到多个所述标志点的信息;

A5:根据多个所述标志点的信息,由所述计算机控制所述转盘组件和所述机械臂以使得所述扫描模块对所述被测物体进行初步扫描,对初步扫描点云进行封装得到被测物体的初步扫描三角网格模型;

A6:将所述初步扫描三角网格模型和所述被测物体的CAD模型进行对齐,根据自动路径规划算法自动生成所述被测物体的自动扫描路径;

A7:所述扫描模块按照步骤A6得到的自动扫描路径对所述被测物体进行扫描,扫描完成后得到点云数据。

2.根据权利要求1所述的三维全自动扫描方法,其特征在于,所述扫描模块包括投影仪和双目相机,所述投影仪和所述双目相机分别与所述计算机之间通信连接,所述投影仪用于投影光栅条纹至所述被测物体上,所述双目相机用于采集投射在所述被测物体上的光栅条纹图像。

3.根据权利要求1所述的三维全自动扫描方法,其特征在于,所述扫描模块包括投影仪和双目相机,步骤A3中具体包括:结合所述双目相机标定要求的景深和角度以及手眼标定要求的角度变化测试得到多个标定位置,所述计算机驱动所述机械臂依据多个所述标定位置运行,配合所述投影仪和所述双目相机完成所述双目相机的标定和所述机械臂的手眼标定。

4.根据权利要求3所述的三维全自动扫描方法,其特征在于,对所述双目相机进行标定具体包括:计算所述双目相机中基准相机的相机坐标系中的任意一点P的坐标和世界坐标系中的坐标,标定出投影矩阵M:

其中,Zc是点P在相机坐标系中的深度坐标,(u,v)是点P在像素平面上的坐标,(u0,v0)是像素平面中心坐标,dx、dy表示相机感光芯片上像素的真实的横向尺寸和纵向尺寸,f是相机焦距;R是旋转矩阵,t是平移向量,(Xw,Yw,Zw)是点P在世界坐标系中的坐标,px=f/dx,py=f/dy;M为3×4的投影矩阵;M1由相机内参ax,ay,u0,v0决定;M2为相机外参。

5.根据权利要求3所述的三维全自动扫描方法,其特征在于,对所述机械臂进行手眼标定具体包括:计算所述双目相机中基准相机到所述机械臂的末端工具坐标系的坐标转换关系:

GX=XH

其中,X为手眼标定矩阵,G=EF-1,E为基准相机在坐标系Cc1中相对于坐标系Cw的方位,F为基准相机在坐标系Cc2中相对于坐标系Cw的方位,H为机械臂在坐标系Cc1与坐标系Cc2间的相对方位,Cc1为基准相机运动前的相机坐标系,Ct1为基准相机运动前的平台坐标系,Cc2为基准相机运动后的相机坐标系,Ct2为基准相机运动后的平台坐标系,Cw为世界坐标系。

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