[发明专利]针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维曲面测量技术领域，特别是一种利用激光扫描仪与三坐标测量臂混合式测量点云数据且实现自动配准方法。

背景技术

重建模型的三维数字化数据采集及数据处理是逆向工程技术的第一步也是最关键的一步，需要通过特定的测量设备和测量方法获取被测件表面离散点的几何坐标数据，采集数据的精度、完整性、效率等直接影响着整个逆向工程的质量和效率。

目前广泛应用于数据采集的方法主要有两种：接触式测量和非接触式测量。

1、接触式测量：接触式测量主要是使用一些机械式的手工测量仪器或由接触式传感器组成的电子测量仪器，其中以手工测量为主。手工测量的工具主要包括：布带尺、钢卷尺、划笔、量高仪、踏脚印器和量脚卡尺。手工测量从测量方法上又分为直接法和间接法。直接法比较简单。首先用笔在脚的特征部位上标出有关测量点，利用布带尺、量高仪等工具可以直接测量出脚的各个有关数据。间接法利用脚印器踏出脚印并绘制出脚的轮廓线，然后再进行测量分析。接触式脚型测量的优点是投资少、操作步骤简单、灵活性强、方便携带、便于短时间内在不同的测量地点进行测量。缺点是接触式测量方式会对脚部产生压力，引起脚部形变，造成测量误差，测量时间长，而且测量的脚部参数有限，有些较复杂的参数或曲线无法测量，工作效率低、劳动强度大、重复再现性差、测量者之间的误差大，同时，这种测量方式难以获得脚部整体的数据信息。也不能对脚的截面形态进行数据采集。无法进行更深层次的研究。

2、非接触式测量：在计算机、光学等学科发展的带动下。光学非接触式测量作为近年来兴起的一门测量技术受到越来越多的重视。目前，光学非接触式测量方法主要有构光测量、立体视觉测量、激光测量等。

（1）结构光测量：结构光三维视觉基于光学三角法原理，其基本原理是由结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像传感器（如摄像机）获得图像，通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标。结构光测量方法具有计算简单、体积小、价格低、便于安装和维护的特点，在实际三维轮廓测量中被广泛使用。但是测量精度受物理光学的限制，存在遮挡问题，测量精度与速度相互矛盾，难以同时得到提高。

（2）立体视觉测量：在计算机视觉系统中，利用两台位置相对固定的摄像机或一个摄像机在两个不同的位置，从不同角度同时获取同一景物的两幅图像,通过计算空间点在两幅图像中的视差来获得其三维坐标值。立体视觉方法最大的特点是拍摄速度快，可以在不到一秒时间内完成拍摄任务，适合于需要快速测量场合。但立体视觉方法数据处理量大，处理时间长，而且需要进行两幅图像的匹配，在物体表面灰度和面形变化不大时，会影响匹配和测量精度。

（3）激光测量：由一个多边形镜头定位的一根直线可视激光束，通过高频扫描来对物体表面进行扫描测量；应用三角定律，激光束在物体表面经反射后由激光接受器接收，然后经计算获得物体表面的坐标。激光扫描可以可以精确地提供三维环境信息，数据处理简单，受环境影响小。但成本高，精度、测距与扫描速率存在矛盾关系。

接触式测量方式获取数据的特点是：稀疏、精度高，但是对于一些未知的复杂零件的数据采集效率较低。非接触式测量由于无需逐点测量，能快速获取海量数据点，数据密度大，可以辨识模型的细节，在逆向工程中应用日益广泛，但是精度比接触式测量低很多，特别是作为一种光学测量传感器，只能测得可见表面的数据，对于曲率变化大的凹陷表面及深孔、洞等几何特征无法获取测量数据，这些都影响了其在实际工程中的应用。

接触式和非接触式测量方法自身的局限性限制了它们在逆向工程中的应用，于是采用接触式与非接触式测量方法对重建模型进行混合式测量，实现多源数据融合，提高测量精度。这也为逆向工程中的模型测量方法提出了新要求和新思路。

因此亟需提出一种测量效率高，实时性好，而且易于实现，测量成本低，容易操作，使用效果好的三维数字化数据采集及数据处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法，该方法不仅测量效率高，实时性好，而且易于实现，测量成本低，容易操作，使用效果好。