法兰密封型面是核主泵的关键承压承载边界,服役过程承受热/机械应力冲击、重水腐蚀等,易发生型面变形、表面剥落等失效情况。传统方法需人工携带接触式量具进入核辐射现场完成型面尺寸误差和表面缺陷检测,对人体有害且检测结果不稳定。针对该问题,本文围绕机器人三维光学测量系统搭建、无碰撞测量路径生成、测量数据处理算法、密封型面尺寸误差/表面缺陷计算等开展研究,主要内容包括:(1)研究机器人三维光学测量系统无碰撞测量路径生成方法。考虑现场检测需求搭建机器人光学测量平台,建立机器人手眼转换矩阵分步求解数学模型,提出基于点云-模型匹配的工件坐标系-机器人基坐标系转换矩阵计算方法;综合考虑扫描仪测量景深、测量范围、测量角度等现场测量的约束参数,提出机器人扫描测量位姿优化方法,完成机器人6个轴关节角度计算;提出自动测量和手动测量两种模式下的碰撞避免方案,实现法兰密封型面机器人无碰撞测量路径自动生成。(2)研究法兰密封型面点云数据处理、尺寸参数提取与缺陷深度计算方法。提出基于质心移动的点云法矢估计与实时显示算法,并采用工件坐标系-机器人基坐标系转换矩阵代替传统PCA算法提升点云匹配速度;通过机器人初始路径点确定法兰环形零件初始截面,实现点云坐标系与工件坐标系的周向统一,并基于各个贯穿对象截面点云计算密封型面2D尺寸;提出基于三维点云的缺陷深度与缺陷面积计算方法,采用含缺陷特征的样件完成缺陷检测实验,实验结果表明该方法计算误差小于10%。(3)基于VS2010平台开发机器人三维光学测量数据采集与误差计算软件RobotScan,具备数据采集、数据处理、网络通信以及机器人控制等主要功能模块;完成直径1.6m法兰密封型面1:1样件测量实验,结果表明该系统的单次测量精度达到±0.02mm,多角度拼接精度达到±0.075mm;操作软件控制机器人按照预设路径完成点云数据采集、点云预处理以及点云-模型匹配过程,并使用批处理功能自动计算法兰密封型面2D尺寸,整个测量过程控制在15分钟,相比人工检测效率提升80%以上。