探討機器人的三維形貌自動化研究

翟恩滋

摘 要：在工業產品在線進行形貌測量時，為了滿足這一工業技術的需求，設計出了一套基于機器人的三維形貌自動的測量系統。本文通過對測量系統的系統組成以及測量系統的工作過程進行分析，再根據掃描測頭測量范圍較為有限的特點，提出一種有效的解決方法，希望對工業生產的在線測量有所幫助。

關鍵詞：自動化；三維形貌測量；機器人；拼接方法

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0076-01

對于我國國民經濟的發展起著非常重要的作用是制造業，隨著制造技術的迅猛發展，先進制造技術也隨之出現，為制造業的發展帶來了深刻的影響。然而先進的制造業也常常會出現難點——對于物體表面的三維形貌的測量問題。因此，就需要我們找到一種新的測量技術，來滿足企業生產中的需要。本文通過對機器人的三維形貌自動化測量系統進行分析，制定了一套整體控制方案。

1 系統組成以及基本工作原理

1.1 系統組成

三維形貌自動化測量系統的最大優點主要包括：可靠、穩定，利于產品的快速檢測，同時在一定的情況下，還可以實現對產品的快速有效的監控，進一步提高企業的生產效率。

下面，我們對于這套測量系統的功能區進行詳細的研究說明。其功能區主要包括四方面：第一，單元數據采集區；第二，運動平臺區；第三，控制區；第四，拼接區。根據調查數據，我們對這些功能區的組成部分進行詳細的說明：

（1）單元數據采集區就是由拼接相機以及掃描相機組成，主要就是對信息的獲取。（2）運動平臺區的組成成分主要有機器人以及它的輔助系統，可使視覺測頭在所需測量的物體周圍可以來回移動。（3）控制區的主要功能是保證測量系統的單元數據采集區、運動平臺區以及一些相關的輔助設備，可以按照規定的要求來進行正常的工作。（4）拼接區就主要包括的是特征點匹配、圖像處理、全局拼接以及三維坐標的計算。

除了以上幾種以外，還有通訊系統以及一些輔助設備。其中通訊系統的主要是控制計算機向機器人和視覺測頭傳遞控制信號。

1.2 基本工作原理

測量系統的工作原理如下：通過機器人帶動著末端固定的掃描測頭，對待測物體的表面進行掃描，由拼接相機對掃描測頭背面的激光點成像。再經過對成得的像進行處理，確定掃描測頭的位置以及空間姿態，來得到各個測站間的關系。從而得到被測物體在檢測系統所建立的坐標系中的三維坐標。

在整個測量過程我們應該保證拼接相機——整個測量系統中的重要組成部分，是一直固定不動的。在對每個測站測量時，我們應該保證掃描測頭背面標記點的位置要一直處在拼接相機的公共視角里。一次測量結束，機器人就自動回到起始位置，等待下一次測量。

2 系統方案以及測量流程

2.1 系統方案

我們應該以保證產品的測量精度以及簡化測量步驟同時滿足生產效率的要求，作為整個基于機器人的三維形貌自動化測量系統方案設計的原則。

（1）因為在測量過程中，掃描測頭的測量范圍較為有限，所以我們要采用分區域進行多次測量的方法來完成對待測物體的測量。具體操作分為兩個步驟完成：第一，獲取測量的單元數據；第二，將獲取的單元數據通過轉換，轉換到同一個基準坐標系下。（2）通過對整個系統的布局安排以及對測量過程的了解，我們將每個測站的工作順序確定如下：1）機器人走位；2）拼接相機對標記點成像；3）測頭掃描被測物體；4）運動到下一位置或者返回初始位置。（3）在測量過程中，測量系統還會受到待測產品幾何尺寸的影響。所以，我們應該保證待測產品處在工業機器人機械手能觸及的范圍內。同時還應該保證，視覺測頭背面的標記點最少有三個處在拼接相機的視角范圍中的。

2.2 測量流程

整個測量系統流程，我們可以總結為以下幾個步驟：

（1）測量系統進入初始狀態。利用相關的設備將待測產品固定在測量平臺上面，再利用機器人編程控制器來規劃好測量的路徑，并使得機器人運動到初始位置。

（2）測量系統進入測量狀態。運動平臺帶動視覺測頭到達指定位置，利用拼接相機對激光標記點成像，再通過電機帶動線激光器掃描被測物體，最后由視覺測頭對該區域成像。在完成當前測站的測量之后，利用運動平臺將掃描測頭帶動到下一個新的測站，重新開始工作過程與前一個測站的工作過程是相同的。

對工業產品全部區域的進行測量，測量結束之后，還要使得測量系統回到初始狀態，利用測量軟件對待測產品進行圖像處理，從而計算出三維坐標系中的物點三維坐標，這才是一個完整的測量流程。

測量系統的測量過程如圖1所示。

3 結語

制造業是一項影響我國國民經濟的行業，提高制造業的制造技術也是一項迫在眉睫任務。最近幾年，視覺測量技術有著非常顯著的特點，用其非接觸、測量精度高以及測量速度快的優點，得到了快速的發展，成為了解決先進制造業中用來測量問題的最具有前途的技術，還擁有著巨大的發展空間。

參考文獻：

[1]龔渝.基于機器人的三維形貌自動化測量系統研究[D].天津大學，2009.

[2]張啟燦，蘇顯渝，陳文靜，等.咀嚼過程人臉頰外形動態變化的光學三維測量[J].光電子·激光，2004，15（2）：194-198.