CN116753864A - 一种用于立方箱体的全向三维扫描装置及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于立方箱体的全向三维扫描装置及扫描方法，装置包括多轴移动平台、多轴旋转云台、扫描模块、转台、载物台主瓣、载物台副瓣和上下料组件。本发明通过主副瓣配合以及相应机构的设置来翻转箱体，使箱体、尤其是立方箱体暴露其底面，并将顶面转移到侧方，再扫描箱体的顶、底面，实现了箱体六面扫描的自动化，无需用户重新放置箱体，且无需通过玻璃反射、折射等，提升了扫描效率及扫描精度。另外，本发明通过载物台副瓣上设置的柔性支柱相关结构，能够适应性地对箱体的侧面进行支撑，适应箱体侧面可能具有的凹凸形状等，且采用自动规划柔性支柱支撑的方式，保证了支撑精度，进一步提升了扫描效率及扫描精度。

Description

一种用于立方箱体的全向三维扫描装置及扫描方法

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，特别涉及一种用于立方箱体的全向三维扫描装置及扫描方法。

背景技术

三维扫描是一种非接触的获取物体表面形貌轮廓的技术，常用于产品加工质量检测、装配质量的检测、逆向工程测绘等领域。受限于光线遮挡和扫描装置测量范围，通常需要扫描装置相对于被扫描物体发生相对运动，在不同视角采集被扫描物体不同局部的轮廓信息，才能拼接得到被扫描物体完整的轮廓信息。公开号为CN112917489A、CN109990701A、CN209745238U的中国发明专利申请或中国实用新型专利公开了使用机械臂、移动小车、线性运动模块等的组合，实现了扫描装置相对被扫描物体的六自动度运动。以扫描一个立方箱体为例，上述方案能实现对立方箱体四个侧面的扫描，而立方箱体与载物台接触的面（底面）则无法被直接扫描到。因此，需要人工重新调整被扫描物体的放置姿态，才能完成对六个面的完整测量。

同时，公开号为CN215064322U的中国实用新型专利公开了一种适用于移动机械臂的三维扫描装置使扫描装置，通过将载物台更换为透明材质，光线能够穿透玻璃载物台照射到立方箱体的底面并返回，实现了扫描立方箱体所有六个面的过程中、无需人工重新放置的功能。该方案的不足之处在于：扫描底面时，扫描装置投射的光线与底面反射的光线均需穿透玻璃，受玻璃折射影响，所测得轮廓数据误差将显著增加。且受玻璃强度所限，载物台直径不能做大，仅可扫描较小的物体。

综上所述，目前尚不存在一种无需人工重新放置即可精确扫描立方箱体六个面的三维扫描装置和方法。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种能够更加方便、且精准扫描立方箱体底面的方案。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，包括多轴移动平台、多轴旋转云台、扫描模块、转台、载物台主瓣、载物台副瓣和上下料组件；

所述多轴移动平台具有多轴的移动自由度，所述多轴旋转云台与所述多轴移动平台连接，具有多轴的旋转自由度，所述扫描模块与所述多轴旋转云台连接，所述扫描模块用于非接触检测箱体的外形尺寸、轮廓和姿态以及进行箱体的扫描；

所述载物台主瓣与所述转台转动连接，所述载物台副瓣与所述载物台主瓣转动连接，所述载物台主瓣用于承载所述箱体的主支撑面，所述载物台副瓣用于承载所述箱体的副支撑面，所述载物台副瓣的载物面能够在垂直于所述载物台主瓣的载物面和与所述载物台主瓣的载物面共面间切换；

所述载物台副瓣上设置有抱夹机构，所述抱夹机构用于对所述箱体夹持，以使箱体与所述载物台副瓣保持同步运动；

所述上下料组件与所述转台连接，用于将箱体上料至所述载物台主瓣，以及将箱体从所述载物台主瓣下料。

进一步地，所述多轴移动平台包括Y轴移动模块和Z轴移动模块，所述Y轴移动模块支撑设置在工作面上，所述Z轴移动模块与所述Y轴移动模块的动平台连接，所述多轴旋转云台与所述Z轴移动模块的动平台连接，所述扫描模块与所述多轴旋转云台的动平台连接。

进一步地，所述扫描模块包括扫描仪、辅助相机和可见光光源，所述可见光光源用于对箱体进行打光，所述辅助相机用于获取箱体的位置、姿态，所述扫描仪用于对箱体进行扫描。

进一步地，所述载物台主瓣设置有移动导轨，所述移动导轨的方向垂直于所述转台的旋转轴；

托盘，所述托盘用于放置箱体，所述移动导轨用于对所述托盘进行移动导向；

所述载物台主瓣上还设置有多个动力摩擦轮，所述动力摩擦轮用于提供所述托盘的驱动力。

进一步地，所述载物台主瓣设置有主副瓣铰链，所述主副瓣铰链用于安装载物台副瓣，所述主副瓣铰链对应的旋转轴与所述移动导轨垂直。

进一步地，所述载物台副瓣上设置有网格状分布的柔性支柱安装孔、以及位于所述柔性支柱安装孔外周的柔性支柱存放孔，所述柔性支柱安装孔、所述柔性支柱存放孔均为圆形盲孔，所述柔性支柱安装孔、所述柔性支柱存放孔的孔底设置有磁铁，所述柔性支柱安装孔、所述柔性支柱存放孔内能够放置柔性支柱，所述柔性支柱的第一端为铁磁性柄，所述铁磁性柄用于与所述磁铁磁吸固定，所述柔性支柱的第二端为盘形柔性支撑面，所述盘形柔性支撑面用于对所述箱体的副支撑面支撑。

进一步地，所述载物台副瓣开设有抱夹基座滑槽，所述抱夹机构包括抱夹基座和抱夹，所述抱夹与所述抱夹基座转动连接，能够旋转将所述箱体夹紧，所述抱夹基座能够沿所述抱夹基座滑槽移动。

进一步地，所述上下料组件包括上料台和下料台，所述上料台、所述下料台均设置有所述移动导轨，所述载物台主瓣的移动导轨能够与所述上料台或所述下料台的移动导轨对接，所述上料台、所述下料台分别设置有上料机构和下料机构。

本发明还提供了一种用于立方箱体的全向三维扫描方法，包括如下步骤：

S1，输入被扫描箱体的三维模型为参考模型，系统创建参考模型的包围盒，用户在包围盒的六个面中选择两个相邻的面作为主支撑面和副支撑面；

S2，拟合参考模型中的平面，创建实际副支撑面：拟合平面的法线与副支撑面的法线相同；拟合平面所属的三角面网格的面积总和不小于副支撑面面积的预设比例；若可拟合多个平面，则选择与副支撑面最近的拟合平面创建实际副支撑面，记实际副支撑面与副支撑面间的距离为d_min；所需柔性支柱长度选其中不小于d_min的最小值，记为d；

S3，转台旋转至上料角度，将待扫描的箱体放入上料台的托盘中，上料机构将托盘及承载的箱体一同推送至载物台主瓣上；

S4，载物台主瓣上的动力摩擦轮驱动托盘移动，使箱体的副支撑面移动到与{O_main}的YZ面间的距离d_current稍大于d，{O_main}为载物台主瓣的载物面坐标系，{O_main}的X轴、Y轴和Z轴分别标记为X_main、Y_main和Z_main，辅助相机检测箱体在载物台主瓣上的位置：调整辅助相机在测量空间外拍摄箱体；匹配辅助相机采集的点云与参考模型，得到实际箱体姿态；若实际箱体姿态与理想箱体姿态的差符合要求，则进行下一步；理想箱体姿态为副支撑面平行于{O_main}的YZ面且到{O_main}的YZ面的距离大于d；

S5，通过转台、多轴移动平台、多轴旋转云台的合成运动，带动扫描模块扫描与主支撑面相邻的四个箱体侧面；

S6，计算经过柔性支柱安装孔中心点且垂直于实际副支撑面的投影线，计算相交情况并筛选出与实际副支撑面所属的三角面网格相交的投影线，将对应的柔性支柱安装孔加入待安装柔性支柱集合，用户将长度为d的柔性支柱放置于待安装柔性支柱集合中的柔性支柱安装孔中；

S7，将载物台副瓣的载物面调整到垂直于载物台主瓣的载物面；

S8，载物台主瓣上的动力摩擦轮驱动托盘向X_main负方向运动，使箱体的实际副支撑面靠位于柔性支柱上，辅助相机检测箱体在载物台主瓣上的位置：调整辅助相机在测量空间外拍摄箱体；匹配辅助相机采集的点云和参考模型，得到实际箱体姿态；若实际箱体姿态与的理想箱体姿态的差符合要求，则进行下一步；理想箱体姿态为实际副支撑面平行于{O_main}的YZ面且到{O_main}的YZ面距离为d；

S9，抱夹调整为垂直于载物台副瓣的支撑面，抱夹基座相向靠近使抱夹夹紧箱体，然后将载物台副瓣的载物面调整到平行于载物台主瓣的载物面；

S10，通过转台、多轴移动平台、多轴旋转云台的合成运动，带动扫描模块扫描箱体的主支撑面、与主支撑面相对的顶面；

S11，将载物台副瓣的载物面调整到垂直于载物台主瓣的载物面，恢复箱体直立，抱夹松开并复位；

S12，转台旋转至下料角度，载物台主瓣上的动力摩擦轮驱动托盘向X_main正方向运动，下料机构将托盘及其承载的箱体一同从载物台主瓣上拉至下料台，将箱体从托盘上取下，扫描完成；

S13，将S10扫描的点云与S5扫描的点云拼接，获得箱体三维扫描结果。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的用于立方箱体的全向三维扫描方案，通过视觉获得箱体在载物台主瓣、载物台副瓣上的位置，扫描箱体侧面后，通过主副瓣配合以及相应机构的设置来翻转箱体，使箱体、尤其是立方箱体暴露其底面，并将顶面转移到侧方，再扫描箱体的顶、底面，实现了箱体六面扫描的自动化，无需用户重新放置箱体，且无需通过玻璃反射等，提升了扫描效率及扫描精度；

另外，本发明通过载物台副瓣上设置的柔性支柱相关结构，能够适应性地对箱体的侧面进行支撑，适应箱体侧面可能具有的凹凸形状等，且采用自动规划柔性支柱支撑的方式，保证了支撑精度，进一步提升了扫描效率及扫描精度；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的载物台副瓣表面及柔性支柱示意图；

图3为本发明的扫描模块示意图；

图4为本发明的载物台主瓣坐标系设置示意图；

图5为本发明的用户放置箱体示意图；

图6为本发明的箱体上料示意图；

图7为本发明的转台旋转扫描箱体侧面示意图；

图8为本发明的柔性支柱部署示意图；

图9为本发明的箱体与载物台副瓣贴紧固定示意图；

图10为本发明的箱体放倒、扫描顶面和底面示意图；

图11为本发明的箱体恢复直立且松开示意图；

图12为本发明的箱体下料示意图。

【附图标记说明】

1-Y轴移动模块；2-Z轴移动模块；3-多轴旋转云台；4-扫描模块；5-转台；6-载物台主瓣；7-载物台副瓣；8-柔性支柱；9-移动导轨；10-动力摩擦轮；11-主副瓣铰链；12-柔性支柱安装孔；13-柔性支柱存放孔；14-箱体；15-上料台；16-下料台；17-托盘；18-上料机构；19-下料机构；20-抱夹基座滑槽；21-抱夹基座；22-抱夹；23-扫描仪；24-辅助相机；25-可见光光源。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，包括多轴移动平台、多轴旋转云台3、扫描模块4、转台5、载物台主瓣6、载物台副瓣7和上下料组件。其中，多轴移动平台包括Y轴移动模块1和Z轴移动模块2，当然还可以进一步增加移动模块等。Y轴移动模块1设置在工作面上，Z轴移动模块2与Y轴移动模块1的动平台连接，多轴旋转云台3与Z轴移动模块2的动平台连接，具有三个旋转自由度或更多旋转自由度等。多轴旋转云台3的动平台上安装扫描模块4。因此，本实施例中扫描模块4具有两轴的平移自由度以及三轴的旋转自由度，能够调整位置以及角度，从而扫描模块4以所需的位置和角度进行扫描、拍摄等。

同时，转台5转动设置在工作面上，且位于多轴移动平台的一侧，转台5的旋转轴垂直于工作面设置。本实施例中转台5的动平台直接作为载物台主瓣6，载物台主瓣6的载物面嵌入设置有移动导轨9，移动导轨9的方向垂直于转台5的旋转轴。同时，载物台主瓣6还嵌入设置有多个动力摩擦轮10，动力摩擦轮10能够提供驱动力，对上方的物件进行输送。

载物台主瓣6设置有主副瓣铰链11，主副瓣铰链11用于安装载物台副瓣7，以使载物台副瓣7能够相对于载物台主瓣6旋转，且为绕水平轴旋转。其中，载物台副瓣7具有绕载物台主瓣6的90度的旋转范围，使载物台副瓣7的载物面能够在垂直于载物台主瓣6的载物面和与载物台主瓣6的载物面共面间切换。需要说明的是，主副瓣铰链11对应的旋转轴与移动导轨9是垂直的。

同时如图2所示，在本实施例中，载物台副瓣7的表面具有网格状分布的柔性支柱安装孔12，柔性支柱安装孔12为圆形盲孔，圆形盲孔的孔底安装有磁铁，柔性支柱安装孔12分布的区域即为的载物台副瓣7的载物面。另外，载物台副瓣7的载物面周边还具有柔性支柱存放孔13，其与柔性支柱安装孔12结构相同，此处不再赘述。柔性支柱安装孔12内放置有柔性支柱8，柔性支柱8的一端为与柔性支柱安装孔12和柔性支柱存放孔13直径、深度匹配的铁磁性柄，柔性支柱8的另一端为盘形柔性支撑面（如橡胶、硅胶等），其用于对箱体14的侧面支撑。

其中，柔性支柱8具有不同的长度的多个规格，每种长度的柔性支柱8有多个。用户可以将柔性支柱8在柔性支柱存放孔13与柔性支柱安装孔12之间转移。

依靠柔性支柱8的铁磁性柄的一端，能够使柔性支柱8稳定放置在柔性支柱存放孔13、柔性支柱安装孔12内固定。对于不同的箱体14来说，由于载物台副瓣7需要对箱体14的侧面支撑，箱体14的尺寸不同，以及可能侧面具有不规则部分等，本实施例中通过不同长度的柔性支柱8来适应性对箱体14的侧面支撑，且通过盘形柔性支撑面进行稳定的支撑以及缓冲，使箱体14由底面支撑状态切换至侧面支撑状态（即放倒）的过程中能够保持稳定，不会发生偏移、非支撑侧倾倒等。

在本实施例中，载物台主瓣6绕旋转轴旋转以及载物台副瓣7绕载物台主瓣6的旋转均通过自动的方式完成，依靠转台5上设置的旋转驱动机构以及载物台主瓣6上设置的直线驱动机构控制。其中，旋转驱动机构可以采用电机，直线驱动机构可以采用气缸、电推杆等形式，此处不作具体限制。需要说明的是，通过直线驱动机构可以让载物台副瓣7旋转至相应位置后保持，另外还可以在主副瓣铰链11位置进一步设置固持结构（磁吸结构等），因此载物台副瓣7旋转至相应位置（任意位置）后能够更加稳定的保持。

在本实施例中，上下料组件包括上料台15和下料台16，其中上料台15和下料台16可以一体设置，也可以分开设置，本实施例中以分开设置为例，上料台15与下料台16设置在相对的两侧。上料台15、下料台16上也设置有移动导轨9，当载物台主瓣6旋转至对应的角度后，能够与上料台15或下料台16的移动导轨9对接。移动导轨9上活动设置有托盘17，箱体14放置在托盘17上，能够随托盘17从上料台15转移至载物台主瓣6，也可以从载物台主瓣6转移至下料台16。

其中，上料台15、下料台16分别设置有上料机构18和下料机构19。上料机构18包括上料推板和上料气缸等，通过上料气缸的推送将托盘17从上料台15转移至载物台主瓣6。下料机构19包括下料拉板和下料气缸，下料拉板通过挂钩或电磁吸附等方式、在下料气缸驱动下将托盘17从载物台主瓣6转移至下料台16上。可以理解的是，上下料组件可作为中转点与其他自动化设备连接，使装置作为自动化检测单元嵌入自动生产线中。

在本实施例中，载物台副瓣7开设有抱夹基座滑槽20，抱夹基座滑槽20内嵌入安装一对抱夹基座21，抱夹基座21具有与主副瓣铰链11平行的移动自由度。抱夹基座21上铰接设置有抱夹22，抱夹22的夹持面可在平行于载物台副瓣7的载物面与垂直于载物台副瓣7的载物面之间切换，当其为垂直状态时用于将其间的箱体14夹紧，且对于不同尺寸的箱体14可以通过沿抱夹基座滑槽20移动抱夹基座21适应。其中，抱夹基座21的移动以及抱夹22的旋转分别可以通过对应的抱夹直线驱动机构、抱夹旋转驱动机构完成，此处对其具体形式不作限制。

可以理解的是，还能够在抱夹22的夹持面设置增加摩擦系数的橡胶等，以使夹持箱体14后更加稳定，且不会破坏箱体14结构。

同时如图3所示，在本实施例中，扫描模块4包括扫描仪23、辅助相机24和可见光光源25，其通过一个安装座连接为一体。其中，可见光光源25用于对载物台上的箱体14进行打光，辅助相机24用于获取载物台上箱体14的位置、姿态，以对箱体14进行系统匹配、位置调整等，扫描仪23则对箱体14进行三维扫描。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种用于立方箱体的全向三维扫描方法，请同时参阅图4，载物台主瓣6的载物面坐标系{O_main}定义如下：

载物台主瓣6的载物面为XZ面；X轴、Y轴和Z轴分别标记为X_main、Y_main和Z_main；Z_main为载物台副瓣7的载物面与载物台主瓣6的载物面垂直时两者的交线；X_main与载物台主瓣6的载物面边界重合，且载物台主瓣6的载物面位于XZ面的第一象限；当载物台副瓣7的载物面与载物台主瓣6的载物面垂直时，载物台副瓣7的载物面坐标系{O_aux}与载物台主瓣6的载物面坐标系相同；当载物台副瓣7的载物面旋转至与载物台主瓣6的载物面平行时，定义此时{O_aux}相对{O_main}的齐次变换矩阵为T。

该方法具体包括如下步骤：

S1，用户输入被扫描箱体14的三维模型，称为参考模型；系统创建参考模型的包围盒，用户在包围盒的六个面中选择两个相邻的面作为主支撑面和副支撑面。

其中，主支撑面选择箱体14正常安装时与地面接触的面；副支撑面选择与主支撑面相邻的表面凸起最少的面，且箱体14的结构允许以副支撑面承载自身的重量。

S2，拟合参考模型中的平面，创建实际副支撑面。

其中约束为：拟合平面的法线与副支撑面的法线相同；拟合平面所属的三角面网格的面积总和不小于副支撑面面积的一半；若可拟合多个平面，则选择与副支撑面最近的拟合平面创建实际副支撑面，记实际副支撑面与副支撑面间的距离为d_min；所需柔性支柱8长度可选其中不小于d_min的最小值，记为d。

S3，转台5旋转使X_main正方向指向上料台15，将待扫描的箱体14放入上料台15的托盘17中，如图5所示；上料机构18将托盘17及其承载的箱体14一同推送至载物台主瓣6上，如图6所示。

S4，载物台主瓣6上的动力摩擦轮10驱动托盘17向X_main负方向移动，使箱体14的副支撑面移动到与{O_main}的YZ面间的距离d_current稍大于d；辅助相机24检测箱体14在载物台主瓣6上的位置。

其具体包括：调整辅助相机24在测量空间外拍摄箱体14；匹配辅助相机24采集的点云与参考模型，得到实际箱体14姿态T_current；若实际箱体14姿态T_current与理想箱体14姿态的差符合要求，则进行下一步。其中，理想箱体14姿态为副支撑面平行于{O_main}的YZ面且到{O_main}的YZ面的距离稍大于d。

S5，通过转台5、多轴移动平台、多轴旋转云台3的合成运动，带动扫描模块4扫描与主支撑面相邻的四个箱体14侧面，如图7所示。

S6，假设载物台副瓣7的载物面垂直于载物台主瓣6的载物面，计算经过柔性支柱安装孔12中心点且垂直于实际副支撑面的投影线，计算与实际副支撑面所属的三角面网格相交的投影线，将对应的柔性支柱安装孔12加入待安装柔性支柱8集合；用户将柔性支柱存放孔13中的长度为d的柔性支柱8放置于待安装柔性支柱8集合中的柔性支柱安装孔12中，如图8所示。

S7，将载物台副瓣7的载物面调整到垂直于载物台主瓣6的载物面。

S8，载物台主瓣6上的动力摩擦轮10驱动托盘17向X_main负方向运动，使箱体14的实际副支撑面靠位于柔性支柱8上；辅助相机24检测箱体14在载物台主瓣6上的位置：调整辅助相机24在测量空间外拍摄箱体14；匹配辅助相机24采集的点云和参考模型，得到实际箱体14姿态T_current；若实际箱体14姿态与的理想箱体14姿态的差符合要求，则进行下一步。其中，理想箱体姿态为实际副支撑面平行于{O_main}的YZ面且到{O_main}的YZ面距离为d。

S9，抱夹22调整为垂直于载物台副瓣7的支撑面，抱夹基座21相向靠近使抱夹22夹紧箱体14，如图9所示；然后将载物台副瓣7的载物面调整到平行于载物台主瓣6的载物面，如图10所示。

S10，通过转台5、多轴移动平台、多轴旋转云台3的合成运动，带动扫描模块4扫描箱体14的主支撑面、与主支撑面相对的顶面。

S11，将载物台副瓣7的载物面调整到垂直于载物台主瓣6的载物面，恢复箱体14直立，抱夹22松开并复位，如图11所示。

S12，转台5旋转使X_main正方向指向下料台16，载物台主瓣6上的动力摩擦轮10驱动托盘17向X_main正方向运动，下料机构19将托盘17及其承载的箱体14一同从载物台主瓣6上拉出，如图12所示；将箱体14从托盘17上取下，扫描完成。

S13，任选一种方式将S10扫描的点云与S5扫描的点云拼接：

对箱体14侧面与顶、底面间位置度无高精度要求时，采用方式一：将S10扫描的点云坐标列向量左乘T，再与S5扫描的点云求并集，即完成点云拼接。

对箱体14侧面与顶、底面间位置度有高精度要求时，采用方式二：将S10扫描的点云坐标列向量左乘T，再采用ICP算法与S5扫描的点云拼接。对比拼接后的点云与箱体14的参考模型，计算尺寸误差、形位误差和零部件缺漏等，判断精度是否满足要求。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，包括多轴移动平台、多轴旋转云台、扫描模块、转台、载物台主瓣、载物台副瓣和上下料组件；

所述多轴移动平台具有多轴的移动自由度，所述多轴旋转云台与所述多轴移动平台连接，具有多轴的旋转自由度，所述扫描模块与所述多轴旋转云台连接，所述扫描模块用于非接触检测箱体的外形尺寸、轮廓和姿态以及进行箱体的扫描；

所述载物台主瓣与所述转台转动连接，所述载物台副瓣与所述载物台主瓣转动连接，所述载物台主瓣用于承载所述箱体的主支撑面，所述载物台副瓣用于承载所述箱体的副支撑面，所述载物台副瓣的载物面能够在垂直于所述载物台主瓣的载物面和与所述载物台主瓣的载物面共面间切换；

所述载物台副瓣上设置有抱夹机构，所述抱夹机构用于对所述箱体夹持，以使箱体与所述载物台副瓣保持同步运动；

所述上下料组件与所述转台连接，用于将箱体上料至所述载物台主瓣，以及将箱体从所述载物台主瓣下料。

2.根据权利要求1所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述多轴移动平台包括Y轴移动模块和Z轴移动模块，所述Y轴移动模块支撑设置在工作面上，所述Z轴移动模块与所述Y轴移动模块的动平台连接，所述多轴旋转云台与所述Z轴移动模块的动平台连接，所述扫描模块与所述多轴旋转云台的动平台连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述扫描模块包括扫描仪、辅助相机和可见光光源，所述可见光光源用于对箱体进行打光，所述辅助相机用于获取箱体的位置、姿态，所述扫描仪用于对箱体进行扫描。

4.根据权利要求1所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述载物台主瓣设置有移动导轨，所述移动导轨的方向垂直于所述转台的旋转轴；

托盘，所述托盘用于放置箱体，所述移动导轨用于对所述托盘进行移动导向；

所述载物台主瓣上还设置有多个动力摩擦轮，所述动力摩擦轮用于提供所述托盘的驱动力。

5.根据权利要求4所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述载物台主瓣设置有主副瓣铰链，所述主副瓣铰链用于安装载物台副瓣，所述主副瓣铰链对应的旋转轴与所述移动导轨垂直。

6.根据权利要求1所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述载物台副瓣上设置有网格状分布的柔性支柱安装孔、以及位于所述柔性支柱安装孔外周的柔性支柱存放孔，所述柔性支柱安装孔、所述柔性支柱存放孔均为圆形盲孔，所述柔性支柱安装孔、所述柔性支柱存放孔的孔底设置有磁铁，所述柔性支柱安装孔、所述柔性支柱存放孔内能够放置柔性支柱，所述柔性支柱的第一端为铁磁性柄，所述铁磁性柄用于与所述磁铁磁吸固定，所述柔性支柱的第二端为盘形柔性支撑面，所述盘形柔性支撑面用于对所述箱体的副支撑面支撑。

7.根据权利要求1所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述载物台副瓣开设有抱夹基座滑槽，所述抱夹机构包括抱夹基座和抱夹，所述抱夹与所述抱夹基座转动连接，能够旋转将所述箱体夹紧，所述抱夹基座能够沿所述抱夹基座滑槽移动。

8.根据权利要求4所述的一种用于立方箱体的全向三维扫描装置，其特征在于，所述上下料组件包括上料台和下料台，所述上料台、所述下料台均设置有所述移动导轨，所述载物台主瓣的移动导轨能够与所述上料台或所述下料台的移动导轨对接，所述上料台、所述下料台分别设置有上料机构和下料机构。

9.一种用于立方箱体的全向三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，输入被扫描箱体的三维模型为参考模型，系统创建参考模型的包围盒，用户在包围盒的六个面中选择两个相邻的面作为主支撑面和副支撑面；

S2，拟合参考模型中的平面，创建实际副支撑面：拟合平面的法线与副支撑面的法线相同；拟合平面所属的三角面网格的面积总和不小于副支撑面面积的预设比例；若可拟合多个平面，则选择与副支撑面最近的拟合平面创建实际副支撑面，记实际副支撑面与副支撑面间的距离为d_min；所需柔性支柱长度选其中不小于d_min的最小值，记为d；

S3，转台旋转至上料角度，将待扫描的箱体放入上料台的托盘中，上料机构将托盘及承载的箱体一同推送至载物台主瓣上；

S4，载物台主瓣上的动力摩擦轮驱动托盘移动，使箱体的副支撑面移动到与{O_main}的YZ面间的距离d_current稍大于d，{O_main}为载物台主瓣的载物面坐标系，{O_main}的X轴、Y轴和Z轴分别标记为X_main、Y_main和Z_main，辅助相机检测箱体在载物台主瓣上的位置：调整辅助相机在测量空间外拍摄箱体；匹配辅助相机采集的点云与参考模型，得到实际箱体姿态；若实际箱体姿态与理想箱体姿态的差符合要求，则进行下一步；理想箱体姿态为副支撑面平行于{O_main}的YZ面且到{O_main}的YZ面的距离大于d；

S5，通过转台、多轴移动平台、多轴旋转云台的合成运动，带动扫描模块扫描与主支撑面相邻的四个箱体侧面；

S6，计算经过柔性支柱安装孔中心点且垂直于实际副支撑面的投影线，计算相交情况并筛选出与实际副支撑面所属的三角面网格相交的投影线，将对应的柔性支柱安装孔加入待安装柔性支柱集合，用户将长度为d的柔性支柱放置于待安装柔性支柱集合中的柔性支柱安装孔中；

S7，将载物台副瓣的载物面调整到垂直于载物台主瓣的载物面；

S8，载物台主瓣上的动力摩擦轮驱动托盘向X_main负方向运动，使箱体的实际副支撑面靠位于柔性支柱上，辅助相机检测箱体在载物台主瓣上的位置：调整辅助相机在测量空间外拍摄箱体；匹配辅助相机采集的点云和参考模型，得到实际箱体姿态；若实际箱体姿态与的理想箱体姿态的差符合要求，则进行下一步；理想箱体姿态为实际副支撑面平行于{O_main}的YZ面且到{O_main}的YZ面距离为d；

S9，抱夹调整为垂直于载物台副瓣的支撑面，抱夹基座相向靠近使抱夹夹紧箱体，然后将载物台副瓣的载物面调整到平行于载物台主瓣的载物面；

S10，通过转台、多轴移动平台、多轴旋转云台的合成运动，带动扫描模块扫描箱体的主支撑面、与主支撑面相对的顶面；

S11，将载物台副瓣的载物面调整到垂直于载物台主瓣的载物面，恢复箱体直立，抱夹松开并复位；

S12，转台旋转至下料角度，载物台主瓣上的动力摩擦轮驱动托盘向X_main正方向运动，下料机构将托盘及其承载的箱体一同从载物台主瓣上拉至下料台，将箱体从托盘上取下，扫描完成；

S13，将S10扫描的点云与S5扫描的点云拼接，获得箱体三维扫描结果。