[實用新型]一種機器人激光掃描重建三維模型系統

有效

• 申請號: 201220147469.4
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN202523112U
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 劉博;劉軍傳;岳紅強
• 申請（專利權）人: 北京拓博爾機器人科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;H04N5/225
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 張良

技術領域

本實用新型涉及一種激光掃描重建三維模型系統，具體說，涉及一種機器人激光掃描重建三維模型系統。

背景技術

工業生產中常常使用大型貴重設備，這些設備的關鍵零部件制造周期長、造價昂貴，一旦損壞，短期內很難獲得可替換的新件，影響工業生產；即使獲得新件，其裝配的成本也往往很高。如果能在使用現場修復這些零部件，不但可以快速恢復生產，還能降低采購新件和運輸裝配帶來的成本。因此，現場采集大型零部件破損部位數據，建立三維數字模型，獲得機器人激光加工路徑，并利用機器人激光熔敷技術對大型零部件驚進行修復，已經成為大型零部件修復技術發展的必然趨勢。

目前，三維模型的重建經常采用機床式激光掃描三維模型重建系統進行。其工作方式為：目標物體固定在工作臺上，工作臺攜帶物體上下、左右直線運動，并能繞豎直軸旋轉；掃描儀固定在工作臺之外，鏡頭垂直于工作臺的平動面，并距離75mm左右。機床式激光掃描三維模型重建系統的缺陷在于：設備加工能力受到工作臺尺寸的限制，難以加工大型零部件；同時，設備不具有可移動性，無法完成需要現場修復的工作任務。

發明內容

本實用新型解決的技術問題是提供一種機器人激光掃描重建三維模型系統，通過機器人攜帶掃描儀重建工業用大型零部件破損部位的三維數字模型。

技術方案如下：

一種機器人激光掃描重建三維模型系統，包括顯示器，還包括：工控機、機器人控制器、機器人、激光三維掃描儀和視頻采集卡；所述工控機與所述機器人控制器電連接，所述視頻采集卡內置于所述工控機中，所述激光三維掃描儀和機器人控制器設置在所述機器人上。

進一步：所述工控機通過以太網網口與所述機器人控制器相電連接。

進一步：所述視頻采集卡通過外設部件互連標準PCI總線插槽內置于所述工控機中。

進一步：所述三維激光掃描儀包括電連接的線結構光激光發生器和電荷耦合元件CCD相機。

本實用新型優點和有益效果，具體包括以下幾個方面：

1、自動標定機器人設備與加工目標間的位置關系；

2、自動重建目標物體的三維數字模型；

3、提高了生產自動化程度，獲得更優的加工精度和質量。

附圖說明

圖1是本實用新型中系統總體結構示意圖；

圖2是本實用新型中系統工作流程圖；

圖3是本實用新型中掃描數據處理過程示意圖。

具體實施方式

下面參考附圖和優選實施例，對本發明技術方案作詳細描述。

如圖1所示，為本實用新型中機器人激光掃描重建三維模型系統總體結構示意圖。機器人激光掃描重建三維模型系統的結構包括工控機1、機器人控制器2、機器人3、激光三維掃描儀4、視頻采集卡5和顯示器6；工控機1通過以太網網口與機器人控制器2相連，視頻采集卡5通過PCI(Peripheral?Component?Interconnect，即外設部件互連標準)總線插槽內置于工控機1中，激光三維掃描儀4安裝在機器人3末端；機器人控制器2控制機器人3，機器人3利用其末端的激光三維掃描儀4對工件進行掃描，獲得工件信息并傳遞給視頻采集卡6，進一步傳遞工控機1；工控機1對工件信息進行處理，將處理后的信息通過顯示器6顯示給用戶。

如圖2所示，為本實用新型中系統工作流程圖。包括：

步驟101：系統啟動；

步驟102：建立機器人3與激光三維掃描儀4的坐標系轉換關系，即手眼標定，完成激光三維掃描儀4的標定；

三維激光掃描儀4由線結構光激光發生器和CCD(Charge-coupled?Device，即電荷耦合元件)相機組成，激光發生器和CCD相機的相對位置關系以及CCD相機的內部參數經過事先標定后固化在系統內，測量時CCD相機采集投射在被測物體上的線結構光并按一定間隔采樣，可計算出結構光上各點在激光三維掃描儀4坐標系下的坐標。將三維激光掃描儀4安裝在運動平臺上，通過事先標定的激光三維掃描儀4與運動平臺之間的位姿關系，結合運動平臺的運動信息，即可通過運動平臺的運動對被測目標進行大面積掃描測量，得到一系列點云，點云中各點在運動平臺坐標系中的坐標可通過上述標定關系求得。三維激光掃描儀4自身的標定一般在出廠時已經完成，并固化在軟硬件中。

以一個半徑為R的球標定激光三維掃描儀4與機器人3坐標系之間的變換關系為例對手眼標定原理進行闡述如下。