探讨机器人的三维形貌自动化研究

翟恩滋

摘 要：在工业产品在线进行形貌测量时，为了满足这一工业技术的需求，设计出了一套基于机器人的三维形貌自动的测量系统。本文通过对测量系统的系统组成以及测量系统的工作过程进行分析，再根据扫描测头测量范围较为有限的特点，提出一种有效的解决方法，希望对工业生产的在线测量有所帮助。

关键词：自动化；三维形貌测量；机器人；拼接方法

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0076-01

对于我国国民经济的发展起着非常重要的作用是制造业，随着制造技术的迅猛发展，先进制造技术也随之出现，为制造业的发展带来了深刻的影响。然而先进的制造业也常常会出现难点——对于物体表面的三维形貌的测量问题。因此，就需要我们找到一种新的测量技术，来满足企业生产中的需要。本文通过对机器人的三维形貌自动化测量系统进行分析，制定了一套整体控制方案。

1 系统组成以及基本工作原理

1.1 系统组成

三维形貌自动化测量系统的最大优点主要包括：可靠、稳定，利于产品的快速检测，同时在一定的情况下，还可以实现对产品的快速有效的监控，进一步提高企业的生产效率。

下面，我们对于这套测量系统的功能区进行详细的研究说明。其功能区主要包括四方面：第一，单元数据采集区；第二，运动平台区；第三，控制区；第四，拼接区。根据调查数据，我们对这些功能区的组成部分进行详细的说明：

（1）单元数据采集区就是由拼接相机以及扫描相机组成，主要就是对信息的获取。（2）运动平台区的组成成分主要有机器人以及它的辅助系统，可使视觉测头在所需测量的物体周围可以来回移动。（3）控制區的主要功能是保证测量系统的单元数据采集区、运动平台区以及一些相关的辅助设备，可以按照规定的要求来进行正常的工作。（4）拼接区就主要包括的是特征点匹配、图像处理、全局拼接以及三维坐标的计算。

除了以上几种以外，还有通讯系统以及一些辅助设备。其中通讯系统的主要是控制计算机向机器人和视觉测头传递控制信号。

1.2 基本工作原理

测量系统的工作原理如下：通过机器人带动着末端固定的扫描测头，对待测物体的表面进行扫描，由拼接相机对扫描测头背面的激光点成像。再经过对成得的像进行处理，确定扫描测头的位置以及空间姿态，来得到各个测站间的关系。从而得到被测物体在检测系统所建立的坐标系中的三维坐标。

在整个测量过程我们应该保证拼接相机——整个测量系统中的重要组成部分，是一直固定不动的。在对每个测站测量时，我们应该保证扫描测头背面标记点的位置要一直处在拼接相机的公共视角里。一次测量结束，机器人就自动回到起始位置，等待下一次测量。

2 系统方案以及测量流程

2.1 系统方案

我们应该以保证产品的测量精度以及简化测量步骤同时满足生产效率的要求，作为整个基于机器人的三维形貌自动化测量系统方案设计的原则。

（1）因为在测量过程中，扫描测头的测量范围较为有限，所以我们要采用分区域进行多次测量的方法来完成对待测物体的测量。具体操作分为两个步骤完成：第一，获取测量的单元数据；第二，将获取的单元数据通过转换，转换到同一个基准坐标系下。（2）通过对整个系统的布局安排以及对测量过程的了解，我们将每个测站的工作顺序确定如下：1）机器人走位；2）拼接相机对标记点成像；3）测头扫描被测物体；4）运动到下一位置或者返回初始位置。（3）在测量过程中，测量系统还会受到待测产品几何尺寸的影响。所以，我们应该保证待测产品处在工业机器人机械手能触及的范围内。同时还应该保证，视觉测头背面的标记点最少有三个处在拼接相机的视角范围中的。

2.2 测量流程

整个测量系统流程，我们可以总结为以下几个步骤：

（1）测量系统进入初始状态。利用相关的设备将待测产品固定在测量平台上面，再利用机器人编程控制器来规划好测量的路径，并使得机器人运动到初始位置。

（2）测量系统进入测量状态。运动平台带动视觉测头到达指定位置，利用拼接相机对激光标记点成像，再通过电机带动线激光器扫描被测物体，最后由视觉测头对该区域成像。在完成当前测站的测量之后，利用运动平台将扫描测头带动到下一个新的测站，重新开始工作过程与前一个测站的工作过程是相同的。

对工业产品全部区域的进行测量，测量结束之后，还要使得测量系统回到初始状态，利用测量软件对待测产品进行图像处理，从而计算出三维坐标系中的物点三维坐标，这才是一个完整的测量流程。

测量系统的测量过程如图1所示。

3 结语

制造业是一项影响我国国民经济的行业，提高制造业的制造技术也是一项迫在眉睫任务。最近几年，视觉测量技术有着非常显著的特点，用其非接触、测量精度高以及测量速度快的优点，得到了快速的发展，成为了解决先进制造业中用来测量问题的最具有前途的技术，还拥有着巨大的发展空间。

参考文献：

[1]龚渝.基于机器人的三维形貌自动化测量系统研究[D].天津大学，2009.

[2]张启灿，苏显渝，陈文静，等.咀嚼过程人脸颊外形动态变化的光学三维测量[J].光电子·激光，2004，15（2）：194-198.