[发明专利]大型构件非接触式三维测量系统及数据拼接方法

说明书

本发明公开了一种大型构件非接触式三维测量系统及数据拼接方法，系统包括三维相机，固定在三维相机上的三维角度传感器，与三维相机刚性连接的激光靶标；标定物、视觉伺服激光跟踪仪、多关节机器人、导航车和载物台，其中，标定物放置在载物台上；三维相机与三维角度传感器及激光靶标刚性连接并安装到多关节机器人末端；多关节机器人安装到导航车上，通过控制多关节机器人及导航车移动三维相机的拍摄位置及调整三维相机的拍摄姿态；视觉伺服激光跟踪仪用于通过视觉伺服跟踪激光靶标的位置并通过激光测距方法测量激光靶标在视觉伺服激光跟踪仪坐标系下的三维坐标值。具有部署简单灵活，具备高精度，低成本，柔性等特点。

技术领域

本申请涉及计算机视觉技术和图像视频处理技术领域，具体地说是涉及一种大型构件非接触式三维测量系统及数据拼接方法。

背景技术

大型构件的三维测量在汽车，船舶，航空航天等行业具有重要地位，是大型产品制造过程中几何尺寸测量和质量控制的重要手段和方法。目前主要有三种方式实现大型构件的三维测量：

第一类：粘贴光学标签的方式

在被测物体上贴光学标签，人工或者机械臂带动三维扫描仪或者三维相机对被测量物体进行扫描或拍摄，通过两次不同拍摄的共同区域的光学标签信息进行三维点云的拼接。

该方法的不足：

1、某些零件不允许贴标签，使用场景受限。

2、贴光学标签费时，测量效率低，无法满足工业在线在机测量需求。

3、多数使用场景只需要获取大型构件的局部三维点云，但是贴标签的方法需要连续扫描或者拍摄，获得整体的三维信息，同样影响测量效率。

第二类：多LED跟踪器方案

布置多个跟踪器，采用桥接的方式将跟踪器和三维扫描仪的坐标标定到统一坐标系下。具体方法参考发明专利“一种基于多立体跟踪器的大型物体三维测量数据拼接方法CN106918300B”。

该方法的不足：

1、多个立体跟踪器，布局复杂，可靠性低。

2、多个跟踪器通过桥接的方式标定会参数累积误差，导致系统数据拼接精度低。

第三类：导轨移动扫描仪的方式

将三维扫描仪安装到机械臂上，机械臂安装到导轨上，手动移动机械臂扫描被测物体，相机在位置通过激光测距仪获取，从而完成不同拍摄位置的数据坐标系统一。

该方法的不足：

1、三维扫描仪只能水平移动，适应性较差，对于复杂曲面的被测物体存在盲区。

2、拍摄距离固定，无法针对不同区域的最佳扫描位姿进行调整。

3、激光测距仪只能获得距离信息，需要利用导轨和机械臂的装配相对位置获得三维扫描仪的三维坐标，引入了导轨和机械臂的形位公差，因此三维点云拼接精度低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种大型构件非接触式三维测量系统及数据拼接方法以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种大型构件非接触式三维测量系统。

本申请的大型构件非接触式三维测量系统，包括三维相机，固定在三维相机上的三维角度传感器，与三维相机刚性连接的激光靶标；标定物、视觉伺服激光跟踪仪、多关节机器人、导航车和载物台，其中：

所述标定物放置在所述载物台上；

所述三维相机与所述三维角度传感器及激光靶标刚性连接并安装到所述多关节机器人末端，所述三维相机用于对所述标定物进行拍摄；