近年來三維視覺測量技術廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)制造及產品質量檢測領域中,隨著測量精度及效率的提高,目前已成為非接觸測量方法的主要手段,也將是未來的工業(yè)檢測領域的主流趨勢。在針對大型復雜形貌物體的三維檢測中,傳統(tǒng)的線結構光傳感器與位移平臺的結合由于工作空間和位姿的限制無法實現(xiàn)對物體表面的有效測量,將工業(yè)機器人與線結構光傳感器結合能夠消除這種限制,實現(xiàn)任意位姿下對物體表面的三維掃描與檢測。然而在物體三維掃描過程中,由于被測物體表面形貌復雜,以及傳感器量程范圍的限制,使機器人三維掃描路徑的規(guī)劃較為困難,測量設備操作繁瑣。因此,研究一種能夠智能規(guī)劃三維掃描路徑的方法對基于線結構光視覺的機器人三維測量系統(tǒng)具有十分重要的意義。針對以上問題,本文在傳統(tǒng)的機器人線結構光三維測量系統(tǒng)的基礎上加以改進,提出一種基于深度相機感知的智能化測量方法,解決復雜形貌物體三維掃描軌跡規(guī)劃問題,進一步提高設備測量效率。并對測量系統(tǒng)模型、點云數(shù)據(jù)處理、掃描軌跡規(guī)劃等進行深入的理論和實驗研究,主要研究內容如下:首先對機器人線結構光測量系統(tǒng)的數(shù)學模型進行分析,通過修正D-H法建立機器人正運動學模型,計算六自由度工業(yè)機器人各桿件的修正D-H參數(shù),分析線結構光傳感器數(shù)學模型。對Eye-in-Hand手眼標定方法進行研究,將標準球的球心坐標作為空間固定點,控制機器人做四次平移和六次變位姿運動測量球心坐標,計算機器人末端坐標系到傳感器坐標系的坐標變換矩陣。通過PCL點云庫對掃描點云的處理與三維曲面重構算法進行分析和研究,采用統(tǒng)計濾波器的方法剔除稀疏異常值,并通過體素柵格的方法進行數(shù)據(jù)降采樣,完成點云數(shù)據(jù)的預處理。分析基于KD-tree的點云數(shù)據(jù)索引及點云法向量的計算方法,采用貪婪投影三角化曲面重構算法實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)的三維重構。研究基于Kinect深度相機感知的掃描軌跡規(guī)劃方法,對深度相機的測量原理進行分析,并對Eye-to-Hand手眼標定算法進行理論研究和分析,實現(xiàn)機器人基坐標系到深度相機坐標系的位姿關系的標定。提出一種基于深度相機點云數(shù)據(jù)的機器人掃描軌跡規(guī)劃方法,通過點云直通濾波、點云平面分割以及點云切片的方法實現(xiàn)三維掃描路徑點的計算。對本文提出的測量系統(tǒng)進行設計與實現(xiàn),完成了系統(tǒng)平臺的搭建,編寫了線結構光傳感器數(shù)據(jù)采集軟件,以及點云數(shù)據(jù)采集程序,實現(xiàn)了機器人關節(jié)角數(shù)據(jù)與傳感器輪廓數(shù)據(jù)的同步采集與處理,以及掃描完成后的點云顯示功能。通過PCL點云庫實現(xiàn)了點云數(shù)據(jù)處理與三維重構算法,并與商用軟件進行對比。對基于深度相機感知的三維掃描路徑規(guī)劃方法通過實驗驗證了該方法的有效性。將實驗測得的點云數(shù)據(jù)與CAD模型比較進行精度分析,得出掃描數(shù)據(jù)的測量標準偏差優(yōu)于0.46mm,對本文提出的測量系統(tǒng)的有效性進行了驗證。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

如圖 1-1a)和圖1-1b)所示，其具有測量精度高的優(yōu)點，但也存在操作復雜、測量速度慢和依賴操作人員經驗等限制，且對于一些表面十分脆弱的精密零件，接觸式測量的方式可能會對精密零件的表面產生劃痕，而在這種情況下需要采用非接觸測量的方式。非接觸測量目前在三維測量領域的應用十分廣泛，常用的方法有多目視覺、點結構光、線結構光和編碼結構光等，如通過激光雷達進行室內地圖重建[6]、機器人結合視覺的方式進行逆向工程[7]。非接觸測量方式盡管存在限制，例如對被測物

a) 三坐標測量機 b) 多關節(jié)式柔性測量機圖 1-1 接觸式測量設備三維表面測量技術在工業(yè)和科研領域的快速發(fā)展，工業(yè)制造向工程技術得以快速發(fā)展，尤其在航空航天、精密制造、模效率、復雜形貌的逆向工程技術的需求越來越高[8]。為實現(xiàn)能化逆向工程，結合工業(yè)機器人與結構光掃描技術，如圖公司生產的協(xié)作式機器人與Faro公司生產Creaform結構光傳質量檢測。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士論文業(yè)機器人末端，研究基于線結構光視覺的機器人三模型在軟硬件平臺進行實現(xiàn)，對傳統(tǒng)的機器人結合，設計一種通過深度相機感知的機器人智能三維掃方法中需要手動編程設置機器人掃描路徑的問題，描得到的點云數(shù)據(jù)通過相關點云處理算法進行三維系統(tǒng)的點云處理與重構的方法。本文系統(tǒng)平臺概念圖

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