[发明专利]一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置

说明书

本发明具体涉及一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，包括水平导轨丝杠机构、移动底座、旋转台、机械臂及摄像系统等几个部分，其中水平导轨丝杠机构一端安装有驱动电机，通过驱动电机带动丝杠旋转进而实现移动底座水平方向的运动，驱动电机利用螺栓固定在水平地面上，丝杠一端通过联轴器固定在驱动电机的旋转轴上，丝杠的另一端通过一个轴承固定在水泥台上，导轨通过螺栓固定在水平地面上，移动底座通过导轨滑块与导轨连接，移动底座与旋转台螺栓连接，旋转台与机械臂轴承连接，机械臂与摄像系统通过法兰利用螺栓连接，本发明具有四个自由度，通过一个控制台统一控制，成本较低，适用于大型零部件的点云获取工作。

技术领域

本发明涉及大型零件的三维点云获取，具体涉及一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置。

背景技术

在现实世界中，所有的物体都是三维的，一个客观物体都有其相对应的形状、纹理、色彩和尺寸等信息，但是传统的设备所记录的大多是二维信息，不包含相位及深度信息，被记录的物体因此就失去了立体感，不方便多角度的观察分析和研究，所以就迫切的需要能够对三维形貌进行测量的技术，三维点云数据便是一种可以用来重建三维空间信息的技术，是航空、航天、汽车、船舶、模式识别、逆向工程CAD/CAM建模、计算机视觉等众多科研领域的重要研究课题，点云数据是扫描实物的表面而获取的一系列空间坐标点的集合，它不仅包括物体表面点的三维坐标信息，还包含颜色、纹理等信息，能更加细致地呈现实物的三维细节，能对复杂曲面和三维场景进行绘制，存储方便，同时也克服了二维图像当中存在的一些缺陷。

点云数据处理技术的进一步发展，在三维城市建模、人类身体重建、机器视觉、工业CAD模型的获取、导航和自动驾驶、医学正畸手术、游戏角色的体感控制、虚拟试衣间、虚拟驾驶和电子商务等诸多领域，为研究者提供了理论基础，不仅促进了三维点云处理技术在当前学术界和工业界建模中的进一步应用，而且促进三维重建技术在更加广阔的领域内得到更好的应用，所以，对点云数据技术的研究，具有十分重要的学术意义和应用价值。

发明内容

目前，三维点云的获取方式主要有两种：接触式和非接触式，接触式方法常用的设备是三维坐标测量机，通过三维坐标测量机的探测头来获取点云数据，此类方法的优势是对被测物体反射特性和表面颜色没有特殊的要求，精度很高，缺点是价格昂贵，测量速度慢、易划伤被测表面、存在接触压力和半径补偿，不适合测量易变形、易碎、软质以及超薄形物体，使其应用受限，非接触式方法主要有以下几种：激光法、结构光法、编码光法和莫尔干涉条纹法、立体视差法等，非接触式方法的优势在于采集速度快，可测量易碎和易变形的物体，不会对待测物造成表面损伤，劣势是物体的边缘轮廓不易精确测量，且易受光照强度和待测物体颜色影响，受工作环境的影响较大，而在非接触式方法中，又是以激光法应用最多，但是基于激光的三维空间点云提取设备往往价格比较高昂，因此对基于正常日光照射情况下的三维点云提取的研究具有比较高的实用价值。

本发明的目的是为了克服现有的一些点云获取设备不足之处，提出一种利用摄像机作为扫描装置三维点云获取设备，它与现有的一些点云获取设备相比，具有更宽的扫描范围，可以有效提高对待测物扫描的工作效率，而且摄像机是可以分辨待测物表面的不同颜色，能够很好地将待测物从环境中其他干扰物中分辨出来，可以得到更加清晰的待测物体的三维轮廓，本发明将两个相同的摄像机分别固定在机械臂前端手爪上，利用两个摄像机模拟人眼，获取到待测物相同位置的两幅不同视角的图像信息，并通过计算机软件对图像信息进行点云分析提取，然后对点云数据进行拼接融合，得到待测位置在三维空间上的点云数据，随着机械臂的运动，摄像机可以对待测物体不同位置进行扫描，以便于获取到不同位置的三维点云数据，最终将这些三维点云数据进行总体的拼接融合，在计算机上形成待测物体准确的三维轮廓。