[发明专利]一种三维扫描设备的全局定位方法

说明书

本发明公开了一种三维扫描设备的全局定位方法，其利用安装在工位的全局相机和装在机器人上的三维扫描仪完成；三维扫描设备使用可编程投影仪；步骤如下：1)预先获取投影仪坐标系与三维扫描设备坐标系的转换关系；示教获取全局定位点在工件坐标系下的坐标，记为点集I；2)获取待测工件点云数据，确定投影仪在工件坐标系下的位置；3)获取点集I中属于投影仪投射区域的点；4)将其三维坐标映射到投影平面上，生成图片，投射到待测工件表面；5)分别采集区域内全局定位点图片；6)将点云数据转换到工件坐标系，实现此片点云的拼接；7)重复步骤2)～6)，完成点云拼接。该方法能在保证最终结果精度的前提下，有效缩短测试时间。

技术领域

本发明涉及视觉检测领域，具体涉及一种三维扫描设备的全局定位方法。

背景技术

随着高端先进制造技术的飞速发展，对几何量精密测量技术提出更高要求，其中高密度精细三维点云测量需求是一类典型问题。高质量的三维点云是特殊复杂形位公差分析必需的基础数据，如汽车车身特征线DLM参数测量、飞机蒙皮铆钉高差测量、船舶弯板曲面偏差测量等等。自动三维扫描系统是利用三维扫描技术获取自由曲面精细三维点云，结合工业机器人自动化平台实现大型自由曲面表面高密度点云的自动化精密测量系统，是满足汽车制造、航空航天、船舶制造等高端先进制造领域中高质量三维点云测量的有效手段。

由于三维扫描设备的测量范围受限，对于大型工件的测量还需要全局定位技术来确定三维扫描设备在空间中的测量位姿，从而将不同姿态下的点云数据拼接在同一坐标系下，实现对工件的高精度测量。目前全局定位的方式有两类：第一类、采用全局定位点的方式，需要在测量之前，在工件表面布置拼接点，并且对其坐标进行解算；在测量时，扫描点云的同时对部分拼接点进行测量，最终通过每个测量位姿下拍摄的拼接点将所有点云拼接在一起。这种方式使用的全局相机多与测量的视觉检测设备为一体设计，全局相机先采集全局定位点的图像，而后用于测量的相机再采集待测物的点云图像，测试时间长。第二类、在三维扫描设备外壳上布置跟踪点，外围布置全局相机，全局相机与视觉检测设备为分体式设计。在三维扫描设备测量点云的同时，全局相机拍摄三维扫描设备外壳的跟踪点，实时计算三维扫描设备的测量位姿，从而将每一个测量点云转换到一个坐标系下。

第一类方法由于每次测量前都需要布置拼接点，因此会大大降低测量的效率，而且由于需要在工件表面进行拼接点的粘贴，也会对工件表面造成一定程度的破坏，无法做到100％非接触式；此外测试过程是先测全局再进行待测物检测，测试时间进一步延长。第二类方法是在三维扫描设备的外壳上布置跟踪点，则需要提前标定跟踪点的坐标，必然会存在由于标定带来的位姿计算系统误差，而且由于在实际测量时三维扫描设备的位姿是完全随机的，该误差的影响也是随机的，无法进行后期的修正，点云数据的拼接误差必然会降低整体测测量精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种三维扫描设备的全局定位方法，其在保证最终系统输出结果精度的前提下，同时获取全局定位点和待测物上特征，有效缩短测试时间。

为此，本发明的技术方案如下：

一种三维扫描设备的全局定位方法，其利用固定设置于检测工位内的至少两个全局相机获取全局定位点的图像，以实现所述三维扫描设备在不同位姿下获取图像的拼接；

所述三维扫描设备固定安装在机器人末端，其包括双目相机和投影仪，所述双目相机和投影仪在同一检测位姿下的位置相对固定；

所述投影仪为可编程投影仪；

该全局定位方法包括如下步骤：

1)预先获取投影仪坐标系与三维扫描设备坐标系的转换关系；

预先获取全局相机测量坐标系与工件坐标系的转换关系；

预先在一个示教工件上布置全局定位点，获取各个全局定位点在工件坐标系下的坐标，记为点集I；

将待测工件置于检测工位内；