【摘 要】
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近年来随着制造业和计算机技术的不断发展,3D扫描技术是获取被测物体表面形貌特征的重要手段之一,其非接触性、高精度以及高效率等特点成为逆向建模领域的主流趋势,被广泛应用于文物保护、工业测量以及医疗诊断等诸多领域。工业界传统的方式是将线激光轮廓仪与单自由度位移平台结合,用于对物体表面进行检测和测量,但工作空间和位姿都有着较大的限制。而基于六轴机械臂的3D扫描系统极大提高了测量系统的灵活性,可以更加全面
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近年来随着制造业和计算机技术的不断发展,3D扫描技术是获取被测物体表面形貌特征的重要手段之一,其非接触性、高精度以及高效率等特点成为逆向建模领域的主流趋势,被广泛应用于文物保护、工业测量以及医疗诊断等诸多领域。工业界传统的方式是将线激光轮廓仪与单自由度位移平台结合,用于对物体表面进行检测和测量,但工作空间和位姿都有着较大的限制。而基于六轴机械臂的3D扫描系统极大提高了测量系统的灵活性,可以更加全面地采集待测物体的三维数据从而得到其三维模型。本研究设计了一套3D扫描系统,其中用线激光轮廓仪作为数据采集设备,用六轴机械臂和电动旋转台来做运动设备,并结合了点云处理技术以及曲面重建技术实现了对被测物体的三维测量及三维重建。本文进行的主要工作如下:（1）首先介绍了线激光轮廓仪的测量原理和机械臂的运动学原理,根据点云数据的处理流程,详细的介绍了点云的统计滤波和直通滤波、点云数据精简和三维曲面重建的算法原理。（2）设计并搭建了3D扫描系统,利用Lab VIEW进行了该系统上位机的设计,开发了基于VAL3语言用于控制机械臂的下位机,然后对整个扫描系统进行了坐标系的位姿标定和矫正,从而提高后续点云数据采集和处理的精度。（3）为了提高数据采集效率和数据采集精度,提出了一种基于扫描深度约束的等距螺旋扫描策略,用于对被测物体进行全局扫描;然后根据初步得到的数据进行稀疏点区域和孔洞区域的检测,并计算其法向量分布从而进行区域的划分和数据的补充采集,得到一种基于法向量约束的分区补扫策略。（4）将采集到的点云数据进行滤波去噪,设计了稀疏点检测算法用于检测采集效果差的区域,改进了体素下采样算法提高了数据精简的效率和效果,根据待补扫区域的法向量分布计算出机械臂的位姿,最后将多组数据进行拼接并进行三维曲面重建。本文成功实现了基于六轴机械臂的3D扫描,扩展了在工业领域基于逆向工程的三维重建技术的应用,具有一定的应用意义。
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