CN108748137B - 一种实物扫描建模方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实物扫描方法，包括如下步骤：装备建模机器人，建模机器人上设有建模设备，所述建模设备上设有建模视觉感应摄像头、姿势传感器，建模机器人的旁侧设有建模工作台面，将工件放在建模工作台面上，并设置若干个约束点，让建模机器人带动建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，整合所有的图像数据和姿态数据，从而生成工件的实物立体模型。姿态传感器能感知建模视觉感应摄像头所拍照片时的姿态，姿态传感器可以让建模机器人的姿态设置更为符合设定要求，大大降低了对建模机器人自身的动作精度要求，也减少了驱动系统的运算量。最终实现高效、高精度的实物建模。本发明用于实物扫描建模。

Description

一种实物扫描建模方法及其应用

技术领域

本发明涉及三维扫描仪领域，特别涉及一种实物扫描建模方法及其应用。

背景技术

三维扫描仪(3D scanner)是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。

搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型，这些模型具有相当广泛的用途。

现有的三维扫描仪要么是手持的，要么设置导向结构，让其具有特定的扫描轨迹，但是手持扫描仪的扫描精度差、工作量大、时间长、需要专业的培训，而其具有特定的扫描轨迹的扫描仪难以对一些复杂物体进行完整的扫描。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种精度高、高效的实物扫描建模方法及其应用。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种实物扫描方法，

包括如下步骤：

步骤a1)装备建模机器人，建模机器人上设有建模设备，所述建模设备上设有建模视觉感应摄像头、姿势传感器，建模视觉感应摄像头为双目摄像头或多目摄像头，建模机器人的旁侧设有建模工作台面，将工件放在建模工作台面上，在工件的周围设置若干个约束点，让建模机器人带动建模设备基于建模机器人的机器人坐标或建模机器人的建模外部坐标系，让建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，使得指定路径的每个轨迹点均带有姿态信息、图像信息的立体基础数据，整合所有的立体基础数据，从而生成工件的实物立体模型。

作为上述方案的进一步改进，所述建模外部坐标系是这样构建的：在建模工作台面的上方或旁侧设置建模构建模块，所述建模构建模块上设有建模构建摄像头，建模构建摄像头监视范围覆盖建模设备的移动范围，所述建模构建摄像头为双目摄像头或多目摄像头。

作为上述方案的进一步改进，建模构建模块内设有姿态传感器，包括至少两个建模构建模块，建模工作台面的左侧或右侧或前侧或后侧设有至少一个建模构建模块，建模工作台面的上方设有至少一个建模构建模块，至少有一个建模构建模块称为全局构建模块，所述全局构建模块的建模构建摄像头的监视范围覆盖其他所有的建模构建模块；全局构建模块的建模构建摄像头的监视范围与其他所有的建模构建模块的建模构建摄像头监视范围相交。

一种应用实物扫描的示教程序生成方法：

在执行任意一项上述的一种实物扫描方法之前或之后进行工件的加工示教，加工示教中获得示教加工设备的在工件周围的行走轨迹数据，然后执行如下步骤：

步骤b1)将行走轨迹数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据

步骤c1)让建模机器人带动建模设备以建模机器人的机器人坐标经过行走轨迹数据所确定的实际的空间点，并同时记录建模机器人的机器人位姿数据；

步骤d1)基于所有的机器人位姿数据生成示教程序。

一种应用实物扫描的示教、加工生成方法：

在执行任意一项上述的一种实物扫描方法之前或之后进行工件的加工示教，加工示教中获得示教加工设备的在工件周围的行走轨迹数据，然后执行如下步骤：

步骤b1)将行走轨迹数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据

步骤c2)让建模机器人带动建模设备以建模机器人的机器人坐标经过行走轨迹数据所确定的实际的空间点，并同时记录建模机器人的机器人位姿数据，同时让建模构建模块对机器人进行连续的拍照，从而形成与机器人位姿数据一一对应的给定机器人姿态图像数据；

步骤d2)基于机器人位姿数据、给定机器人姿态图像数据生成示教程序；

步骤e2)装备加工工作台面，在工作台面上放置工件，加工工作台面旁侧设有加工机器人，加工机器人上设有加工设备，加工机器人外设有加工外部坐标系，加工工作台面的上方和/或旁侧设有加工建模模块，加工建模模块与建模构建模块的结构相同，加工外部坐标系与建模外部坐标系的构建方式相同，使得加工外部坐标系由加工建模模块进行构建，用示教程序驱动带有加工设备的加工机器人对工件进行加工，在加工过程中，用加工建模模块对加工机器人进行拍照从而获得当前机器人姿态数据，利用图片对比的方法将当前机器人姿态数据与给定机器人姿态图像数据进行对比，并根据图像数据对比的偏差来引导加工机器人进行自身的机器人位姿的变化，使得加工机器人根据步骤c)中机器人位姿数据进行建模机器人的机器人位姿的复现。

一种应用实物扫描的实物复制方法：

执行任意一项上述的一种实物扫描方法分别或同时对物体A、物体B进行扫描，从而获得A模型、B模型，将A模型、B模型在显示设备上可视化地重合在一起，将A模型、B模型重合的部分称为相交部分，A模型、B模型除了相交部分以外的部分称为离体部分，对离体部分或相交部分进行减料加工的编程。

本发明的有益效果是：由于建模设备上设有建模视觉感应摄像头、姿势传感器，建模视觉感应摄像头为双目摄像头或多目摄像头，且建模设备是由建模机器人带动的，通过若干个约束点的设置，可以对各种复杂的工件进行扫描，而且姿态传感器能感知建模视觉感应摄像头所拍照片时的姿态，让建模视觉感应摄像头所拍照片对应有姿态信息，这样就便于高精度的建模，而姿态传感器可以让建模机器人的姿态设置更为符合设定要求，大大降低了对建模机器人自身的动作精度要求，也减少了驱动系统的运算量。最终实现高效、高精度的实物建模。本发明用于实物扫描建模。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

这是本发明的实施例，具体地：

一种实物扫描方法，

包括如下步骤：步骤a1)装备建模机器人，建模机器人上设有建模设备，所述建模设备上设有建模视觉感应摄像头、姿势传感器，建模视觉感应摄像头为双目摄像头或多目摄像头，建模机器人的旁侧设有建模工作台面，将工件放在建模工作台面上，在工件的周围设置若干个约束点，让建模机器人带动建模设备基于建模机器人的机器人坐标或建模机器人的建模外部坐标系，让建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，使得指定路径的每个轨迹点均带有姿态信息、图像信息的立体基础数据，整合所有的立体基础数据，从而生成工件的实物立体模型。由于建模设备上设有建模视觉感应摄像头、姿势传感器，建模视觉感应摄像头为双目摄像头或多目摄像头，且建模设备是由建模机器人带动的，通过若干个约束点的设置，可以对各种复杂的工件进行扫描，而且姿态传感器能感知建模视觉感应摄像头所拍照片时的姿态，让建模视觉感应摄像头所拍照片对应有姿态信息，这样就便于高精度的建模，而姿态传感器可以让建模机器人的姿态设置更为符合设定要求，大大降低了对建模机器人自身的动作精度要求，也减少了驱动系统的运算量。最终实现高效、高精度的实物建模。

一种应用实物扫描的示教程序生成方法：

在执行上述的一种实物扫描方法之前或之后进行工件的加工示教，加工示教中获得示教加工设备的在工件周围的行走轨迹数据，然后执行如下步骤：

步骤b1)将行走轨迹数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据

步骤c1)让建模机器人带动建模设备以建模机器人的机器人坐标经过行走轨迹数据所确定的实际的空间点，并同时记录建模机器人的机器人位姿数据；

步骤d1)基于所有的机器人位姿数据生成示教程序。

通过这样的方法生成的实物立体模型可在计算机屏幕上直接显示，而行走轨迹数据也均可在计算机屏幕上显示，这就很方便地实现了人机交互，降低了调整轨迹点的专业化难度，任何人，无需高学历、无需非常丰富的编程经验和能力，经过简单的培训，就能调整定位数据，从而实现在加工过程中的精确定位。

本发明的建模外部坐标系是这样构建的：在建模工作台面的上方或旁侧设置建模构建模块，所述建模构建模块上设有建模构建摄像头，建模构建摄像头监视范围覆盖建模设备的移动范围，所述建模构建摄像头为双目摄像头或多目摄像头。

对于复杂的零件或较大的零件或长长的是生产线，有可能出现遮挡或者一个建模构建摄像头的监视范围不足的情况，可以让建模构建模块内设有姿态传感器，包括至少两个建模构建模块，建模工作台面的左侧或右侧或前侧或后侧设有至少一个建模构建模块，建模工作台面的上方设有至少一个建模构建模块，至少有一个建模构建模块称为全局构建模块，所述全局构建模块的建模构建摄像头的监视范围覆盖其他所有的建模构建模块；全局构建模块的建模构建摄像头的监视范围与其他所有的建模构建模块的建模构建摄像头监视范围相交，这样就能很好的防止建模机器人被工件遮挡或建模机器人脱离某一个模构建摄像头的监视范围就难以实现持续的监视的问题。而正是由于有多个建模构建模块对建模机器人进行监视所以便衍生出如下的一种应用实物扫描的示教、加工生成方法：

在执行上述的一种实物扫描方法之前或之后进行工件的加工示教，加工示教中获得示教加工设备的在工件周围的行走轨迹数据，然后执行如下步骤：

步骤b1)将行走轨迹数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据

步骤c2)让建模机器人带动建模设备以建模机器人的机器人坐标经过行走轨迹数据所确定的实际的空间点，并同时记录建模机器人的机器人位姿数据，同时让建模构建模块对机器人进行连续的拍照，从而形成与机器人位姿数据一一对应的给定机器人姿态图像数据；

步骤d2)基于机器人位姿数据、给定机器人姿态图像数据生成示教程序；

步骤e2)装备加工工作台面，在工作台面上放置工件，加工工作台面旁侧设有加工机器人，加工机器人上设有加工设备，加工机器人外设有加工外部坐标系，加工工作台面的上方和/或旁侧设有加工建模模块，加工建模模块与建模构建模块的结构相同，加工外部坐标系与建模外部坐标系的构建方式相同，使得加工外部坐标系由加工建模模块进行构建，用示教程序驱动带有加工设备的加工机器人对工件进行加工，在加工过程中，用加工建模模块对加工机器人进行拍照从而获得当前机器人姿态数据，利用图片对比的方法将当前机器人姿态数据与给定机器人姿态图像数据进行对比，并根据图像数据对比的偏差来引导加工机器人进行自身的机器人位姿的变化，使得加工机器人根据步骤c)中机器人位姿数据进行建模机器人的机器人位姿的复现。

由于有图像数据对比的偏差来引导，所以能大大降低加工机器人自身精度的问题而导致累积误差，提高加工的重复精度，也避免了系统的大量运算。

实物扫描建模方法，还能用于实物的复制，具体方法如下：

执行任意一项上述的一种实物扫描方法分别或同时对物体A、物体B进行扫描，从而获得A模型、B模型，将A模型、B模型在显示设备上可视化地重合在一起，将A模型、B模型重合的部分称为相交部分，A模型、B模型除了相交部分以外的部分称为离体部分，对离体部分或相交部分进行减料加工的编程。

因为很多时候，往往存在某一工艺品或工件，同时存在着某一待加工材料，而该艺品或工件是不规则的，同时该待加工材料也是不规则的，这样就难以知道，此待加工材料是否能够加工出该该艺品或工件，而本发明的复制方法正好能非常的快速、方便地解决这样的问题。

而对于制作模具模腔来说，可以通过对相交部分进行减料加工，实现模腔的制作。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (1)

1.一种应用实物扫描的示教、加工生成方法：

步骤a1)装备建模机器人，建模机器人上设有建模设备，所述建模设备上设有建模视觉感应摄像头、姿势传感器，建模视觉感应摄像头为双目摄像头或多目摄像头，姿势传感器能感知建模视觉感应摄像头所拍照片时的姿态，让建模视觉感应摄像头所拍照片对应有姿态信息，建模机器人的旁侧设有建模工作台面，将工件放在建模工作台面上，在工件的周围设置若干个约束点，让建模机器人带动建模设备基于建模机器人的建模外部坐标系，让建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，使得指定路径的每个轨迹点均带有姿态信息、图像信息的立体基础数据，整合所有的立体基础数据，从而生成工件的实物立体模型；建模构建模块内设有姿态传感器，包括至少两个建模构建模块，建模工作台面的左侧或右侧或前侧或后侧设有至少一个建模构建模块，建模工作台面的上方设有至少一个建模构建模块，至少有一个建模构建模块称为全局构建模块，所述全局构建模块的建模构建摄像头的监视范围覆盖其他所有的建模构建模块；全局构建模块的建模构建摄像头的监视范围与其他所有的建模构建模块的建模构建摄像头监视范围相交；所述建模外部坐标系是这样构建的：在建模工作台面的上方或旁侧设置建模构建模块，所述建模构建模块上设有建模构建摄像头，建模构建摄像头监视范围覆盖建模设备的移动范围，所述建模构建摄像头为双目摄像头或多目摄像头；

进行工件的加工示教，加工示教中获得示教加工设备的在工件周围的行走轨迹数据，然后执行如下步骤：

步骤b1)将行走轨迹数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据；

步骤c2)让建模机器人带动建模设备以建模机器人的机器人坐标经过行走轨迹数据所确定的实际的空间点，并同时记录建模机器人的机器人位姿数据，同时让建模构建模块对机器人进行连续的拍照，从而形成与机器人位姿数据一一对应的给定机器人姿态图像数据；

步骤d2)基于机器人位姿数据、给定机器人姿态图像数据生成示教程序；

步骤e2)装备加工工作台面，在工作台面上放置工件，加工工作台面旁侧设有加工机器人，加工机器人上设有加工设备，加工机器人外设有加工外部坐标系，加工工作台面的上方和/或旁侧设有加工建模模块，加工建模模块与建模构建模块的结构相同，加工外部坐标系与建模外部坐标系的构建方式相同，使得加工外部坐标系由加工建模模块进行构建，用示教程序驱动带有加工设备的加工机器人对工件进行加工，在加工过程中，用加工建模模块对加工机器人进行拍照从而获得当前机器人姿态数据，利用图片对比的方法将当前机器人姿态数据与给定机器人姿态图像数据进行对比，并根据图像数据对比的偏差来引导加工机器人进行自身的机器人位姿的变化，使得加工机器人根据步骤c2)中机器人位姿数据进行建模机器人的机器人位姿的复现。