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面结构光自动化三维测量中视点生成与路径规划关键技术研究

面结构光自动化三维测量中视点生成与路径规划关键技术研究

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作者：韩沛文华中科技大学

学位级别：硕士

面结构光三维测量技术是一种非接触式光学三维测量技术,因其精度高、速度快和分辨率高的优势,已经广泛应用于工业检测、逆向工程、生物医疗等领域,并取得了良好的应用效果。但传统的面结构光三维测量装备在测量时需要人工操作,难以满足... 详细信息

面结构光三维测量技术是一种非接触式光学三维测量技术,因其精度高、速度快和分辨率高的优势,已经广泛应用于工业检测、逆向工程、生物医疗等领域,并取得了良好的应用效果。但传统的面结构光三维测量装备在测量时需要人工操作,难以满足高速度、大批量检测的需求。将面结构光三维测量设备与工业机器人相结合实现自动化三维测量是未来数字工厂发展高性能三维传感器的趋势。实现面结构光三维测量自动化的重点和难点在于测量视点与路径的规划。现阶段都是依靠有经验人工,对机器人进行人工示教,完成测量视点的编辑与路径规划。这一过程非常耗时,而且很难获得最优的测量视点和路径,以提高测量效率。针对上述问题,本文深入的研究面结构光自动化三维测量的视点生成与路径规划技术。在现有视点规划技术的基础上,本文基于Generate&Test模式提出一种测量视点自动生成方法。该方法首先根据复杂零件NURBS模型表面信息和测量方式,建立以测量空间为约束的模型表面分区,然后生成若干候选视点,由光学可见性、成像质量和被测表面特征作为测量质量并构成约束,对候选视点进行筛选,得到最高测量质量的视点作为最优视点。以视点生成技术为支撑,本文进一步研究由视点规划测量路径的问题,并提出了一种专用于面结构光自动化三维测量的路径规划方法。该方法创造性的把测量视点集抽象为以机器人运动代价为权值的有权无向图,将路径规划问题转换成求解图中权值最小的Hamilton回路的TSP问题。基于贪心理论,把TSP问题分解为求解中间视点集最短路径、起点至中间视点集最短路径、中间视点集至终点最短路径三个子问题,由求解的三条最短路径构成最优路径。基于上述两种方法,本文在RobotStudio软件平台上开发一套面结构光自动化三维测量规划系统,该系统可由参照模型自动生成测量视点、规划路径,并实际应用于汽车转向节生产线的自动化测量规划。实验证明,该规划系统规划速度快,规划出的测量视点与路径的测量效率高,可在实际操作过程中代替人工示教。

关键词：面结构光自动化三维测量视点生成路径规划 RobotStudio

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