专利名称：一种机器人激光扫描重建三维模型系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光扫描重建三维模型系统，具体说，涉及一种机器人激光扫描重建三维模型系统。
背景技术：
工业生产中常常使用大型贵重设备，这些设备的关键零部件制造周期长、造价昂贵，一旦损坏，短期内很难获得可替换的新件，影响工业生产；即使获得新件，其装配的成本也往往很高。如果能在使用现场修复这些零部件，不但可以快速恢复生产，还能降低采购新件和运输装配带来的成本。因此，现场采集大型零部件破损部位数据，建立三维数字模型，获得机器人激光加工路径，并利用机器人激光熔敷技术对大型零部件惊进行修复，已经成为大型零部件修复技术发展的必然趋势。
·[0003]目前，三维模型的重建经常采用机床式激光扫描三维模型重建系统进行。其工作方式为目标物体固定在工作台上，工作台携带物体上下、左右直线运动，并能绕竖直轴旋转；扫描仪固定在工作台之外，镜头垂直于工作台的平动面，并距离75mm左右。机床式激光扫描三维模型重建系统的缺陷在于设备加工能力受到工作台尺寸的限制，难以加工大型零部件；同时，设备不具有可移动性，无法完成需要现场修复的工作任务。
发明内容本实用新型解决的技术问题是提供一种机器人激光扫描重建三维模型系统，通过机器人携带扫描仪重建工业用大型零部件破损部位的三维数字模型。技术方案如下—种机器人激光扫描重建三维模型系统,包括显不器,还包括工控机、机器人控制器、机器人、激光三维扫描仪和视频采集卡；所述工控机与所述机器人控制器电连接，所述视频采集卡内置于所述工控机中，所述激光三维扫描仪和机器人控制器设置在所述机器人上。进一步所述工控机通过以太网网口与所述机器人控制器相电连接。进一步所述视频采集卡通过外设部件互连标准PCI总线插槽内置于所述工控机中。进一步所述三维激光扫描仪包括电连接的线结构光激光发生器和电荷耦合元件CCD相机。本实用新型优点和有益效果，具体包括以下几个方面I、自动标定机器人设备与加工目标间的位置关系；2、自动重建目标物体的三维数字模型；3、提高了生产自动化程度，获得更优的加工精度和质量。
[0014]图I是本实用新型中系统总体结构示意图；图2是本实用新型中系统工作流程图；图3是本实用新型中扫描数据处理过程示意图。
具体实施方式
下面参考附图和优选实施例，对本发明技术方案作详细描述。如图I所示，为本实用新型中机器人激光扫描重建三维模型系统总体结构示意图。机器人激光扫描重建三维模型系统的结构包括工控机I、机器人控制器2、机器人3、激光三维扫描仪4、视频采集卡5和显示器6 ;工控机I通过以太网网口与机器人控制器2相连，视频采集卡5通过PCI (Peripheral Component Interconnect,即外设部件互连标准)总线插槽内置于工控机I中，激光三维扫描仪4安装在机器人3末端；机器人控制器2控制 机器人3，机器人3利用其末端的激光三维扫描仪4对工件进行扫描，获得工件信息并传递给视频采集卡6，进一步传递工控机I ;工控机I对工件信息进行处理，将处理后的信息通过显示器6显示给用户。如图2所示，为本实用新型中系统工作流程图。包括步骤101 :系统启动；步骤102 :建立机器人3与激光三维扫描仪4的坐标系转换关系，即手眼标定，完成激光三维扫描仪4的标定；三维激光扫描仪4由线结构光激光发生器和CCD (Charge-coupled Device,即电荷耦合元件)相机组成，激光发生器和CCD相机的相对位置关系以及CCD相机的内部参数经过事先标定后固化在系统内，测量时CCD相机采集投射在被测物体上的线结构光并按一定间隔采样，可计算出结构光上各点在激光三维扫描仪4坐标系下的坐标。将三维激光扫描仪4安装在运动平台上，通过事先标定的激光三维扫描仪4与运动平台之间的位姿关系，结合运动平台的运动信息，即可通过运动平台的运动对被测目标进行大面积扫描测量，得 到一系列点云，点云中各点在运动平台坐标系中的坐标可通过上述标定关系求得。三维激光扫描仪4自身的标定一般在出厂时已经完成，并固化在软硬件中。以一个半径为R的球标定激光三维扫描仪4与机器人3坐标系之间的变换关系为例对手眼标定原理进行阐述如下。机器人3携带激光三维扫描仪4从不同的方向对整个球进行扫描,对于每个方向上的扫描，扫描过程中机器人3姿态保持不变，从而得到一系列的激光线与球面的交线。对于每个扫描位姿，任选两条交线，利用每条交线上的点在扫描仪坐标系中的坐标拟合圆，通过圆的信息恢复球心坐标列方程可求得激光三维扫描仪4坐标系与机器人3坐标系间的姿态变换矩阵Rs，方程中已知量为机器人3运动信息、球的半径以及拟合圆的圆心坐标和半径，未知量为Rs ;利用所有交线上点的信息、机器人3运动信息以及求得的Rs列方程，可进一步求得扫描仪坐标系与机器人3坐标系间的平移向量Ts。步骤103 :机器人3携带激光三维扫描仪4，围绕目标物体或目标物体局部做粗略扫描；获得目标的三维点云数据；如图3所示，为本实用新型中扫描数据处理过程，完成激光三维扫描仪4的手眼标定后，激光三维扫描仪4对工件的每一次扫描,米集到的点云在扫描仪坐标系中的坐标(XS)都可以通过工控机I直接转换成点云在机器人3坐标系中的坐标(XR)。步骤104 :利用模型重建软件，将目标的三维点云数据连接成图形；完成扫描目标的三维重建；通过点云的三角化算法，可由一系列空间点组成的点云数据生成由顶点、三角面片及其法向信息组成的STL格式的数据，完成扫描 目标的三维重建。步骤105 :系统完成。
权利要求1.一种机器人激光扫描重建三维模型系统,包括显不器,其特征在于,还包括エ控机、机器人控制器、机器人、激光三维扫描仪和视频采集卡；所述エ控机与所述机器人控制器电连接，所述视频采集卡内置于所述エ控机中，所述激光三维扫描仪和机器人控制器设置在所述机器人上。
2.如权利要求I所述的机器人激光扫描重建三维模型系统，其特征在于所述エ控机通过以太网网ロ与所述机器人控制器相电连接。
3.如权利要求I所述的机器人激光扫描重建三维模型系统，其特征在于所述视频采集卡通过外设部件互连标准PCI总线插槽内置于所述エ控机中。
4.如权利要求I所述的机器人激光扫描重建三维模型系统，其特征在于所述三维激光扫描仪包括电连接的线结构光激光发生器和电荷稱合兀件CCD相机。
专利摘要本实用新型公开了一种机器人激光扫描重建三维模型系统，包括显示器，还包括工控机、机器人控制器、机器人、激光三维扫描仪和视频采集卡；所述工控机与所述机器人控制器电连接，所述视频采集卡内置于所述工控机中，所述激光三维扫描仪和机器人控制器设置在所述机器人上。利用本实用新型的技术方案，能够通过机器人携带扫描仪重建工业用大型零部件破损部位的三维数字模型。
文档编号H04N5/225GK202523112SQ201220147469
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者刘军传, 刘博 , 岳红强 申请人:北京拓博尔机器人科技有限公司