三维扫描仪的点云拼接的辅助装置及其拼接方法

摘要

本发明公开了一种三维扫描仪的点云拼接的辅助装置及其拼接方法，辅助装置包括：立方体，立方体上的三个相互垂直的平面分别为第一面、第二面和第三面；磁性底座，磁性底座通过连接杆与立方体的第四面固定连接，第四面与第二面相对，并且磁性底座与产品吸附在一起。本发明无需对已扫描部位进行二次扫描，而是对体积较小的立方体的三个面进行二次扫描，可使效率提高50％左右；利用立方体上的凸台作为参考点对点云进行拼接，很容易找到参考点，并且由于凸台面的形状规则，参考点的点云数据稳定，大大降低了点云拼接的误差；该辅助装置结构简单，成本低廉，操作方便快捷。

说明书

技术领域

本发明涉及检测领域，特别涉及一种三维扫描仪的点云拼接的辅助装置 及其拼接方法。

背景技术

三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对 物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义 在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数 字化提供了相当方便快捷的手段。

三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，弥补了三坐标测量机存在的 易于损伤测头、划伤被测零件的表面、测量速度慢、不易获得连续的坐标点 和无法对易碎、易变形的物体进行测量的缺点。因其测量速度快、精度高、 非接触、使用方便等优点而得到越来越多的应用。

通常，三维扫描仪扫描后得到的测量数据是由大量的三维坐标点所组成， 根据扫描仪的性质、扫描参数和被测物体的大小，由几百点到几百万点不等， 这些大量的三维数据点称为“点云”。使用三维扫描仪对产品进行扫描，可以 将点云数据采集到计算机中创建实际物体的数字模型(这个过程称做三维重 建)。

目前使用三维扫描仪对产品扫描时，因为产品是放在平台上进行扫描， 所以朝下的面是扫描不到的。为了能得到一个整体产品的三维点云数据，首 先要对产品进行两次扫描，然后再拼接成一个整体的方法来完成。方法如下： 第一步：把产品放到平台上进行扫描，如图2所示的产品，本次扫描的点云 数据包括除产品的底面(A面)外的其他五个面；第二步：把产品水平翻转 180°，然后对产品进行再次扫描，如图3所示的产品，本次扫描的点云数据包 括除产品的底面(C面)外的其他五个面；这样两次扫描的点云数据共同包 括四个面的数据；第三步：把两次扫描的点云数据进行对齐拼接，即在两次 扫描的点云数据中寻找四个共有面上的共有点的数据，使两个点云图自动拼 接成一个整体。

但是，需要对产品的某些部位进行两次扫描，做了重复的工作，这需要 消耗60％左右的时间，因此工作效率低，尤其对于体积大的产品，这方面影 响特别明显；另外，由于对于一些形状不规则的产品，在点云数据中寻找共 有点时，缺乏适宜的参照点，容易增加点云拼接误差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术 人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维扫描仪的点云拼接的辅助装置及其拼接 方法，从而克服现有的扫描方法工作效率低且点云拼接误差大的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种三维扫描仪的点云拼接的辅助装置， 辅助装置包括：立方体，立方体上的三个相互垂直的平面分别为第一面、第 二面和第三面；磁性底座，磁性底座通过连接杆与立方体的第四面固定连接， 第四面与第二面相对，并且磁性底座与产品吸附在一起。

优选地，上述技术方案中，第一面、第二面和第三面上分别设有两个凸 台。

优选地，上述技术方案中，凸台的凸台面为圆形、正方形或长方形。

本发明还提供了一种三维扫描仪的点云拼接方法，包括如下步骤：准备 步骤：准备辅助装置，辅助装置包括固定连接的立方体和磁性底座，立方体 上的三个相互垂直的平面分别为第一面、第二面和第三面；定位步骤：将产 品放置在工作台上，产品上被工作台遮挡的部位为遮蔽部位；将磁性底座吸 附在产品上，使第一面、第二面以及第三面位于扫描范围内；第一检测步骤： 使三维扫描仪扫描产品上暴露于工作台之外的表面以及第一面、第二面以及 第三面，形成第一点云数据；旋转步骤：将产品和辅助装置一起旋转一定的 角度，使遮蔽部位暴露于工作台之外，并且第一面、第二面以及第三面位于 扫描范围内；第二检测步骤：使三维扫描仪扫描遮蔽部位的表面以及第一面、 第二面以及第三面，形成第二点云数据；拼接步骤：在第一云数据和第二云 数据中寻找第一面、第二面以及第三面上的共同点的数据作为参考，从而将 第一点数据和第二点数据拼接起来。

优选地，上述技术方案中，旋转步骤中，将产品和辅助装置水平旋转 180°。

优选地，上述技术方案中，第一面、第二面和第三面上分别设有两个凸 台，拼接步骤中，在第一云数据和第二云数据中寻找第一面、第二面和第三 面的凸台上的共同点的数据作为参考，从而将第一点数据和第二点数据拼接 起来。

优选地，上述技术方案中，凸台的凸台面为圆形。

优选地，上述技术方案中，拼接步骤中，在第一云数据和第二云数据中 寻找第一面、第二面以及第三面的凸台的凸台面的圆心的数据作为参考，从 而将第一点数据和第二点数据拼接起来。

优选地，上述技术方案中，凸台的凸台面为正方形或长方形。

优选地，上述技术方案中，拼接步骤中，在第一云数据和第二云数据中 寻找第一面、第二面以及第三面的凸台的凸台面的中心的数据作为参考，从 而将第一点数据和第二点数据拼接起来。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明无需对已扫描部位进行二次扫描，而是对体积较小的立方体的三 个面进行二次扫描，可使效率提高50％左右；利用立方体上的凸台作为参考 点对点云进行拼接，很容易找到参考点，并且由于凸台面的形状规则，参考 点的点云数据稳定，大大降低了点云拼接的误差；该辅助装置结构简单，成 本低廉，操作方便快捷。

附图说明

图1是根据本发明的三维扫描仪的点云拼接的辅助装置的结构图。

图2是根据本发明的三维扫描仪的点云拼接方法的第一检测步骤的结构 图。

图3是根据本发明的三维扫描仪的点云拼接方法的第二检测步骤的结构 图。

主要附图标记说明：

1-立方体，11-第一面，111-凸台，12-第二面，121-凸台，13-第三面，131- 凸台，2-连接杆，3-磁性底座，4-产品，5-工作台。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本 发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括” 或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分， 而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的三维扫描仪的点云拼接的辅助 装置包括立方体1、连接杆2以及磁性底座3，立方体1与磁性底座3通过连 接杆2固定连接。

立方体1上的三个相互垂直的平面(即共用同一个顶点的三个平面)分 别为第一面11、第二面12和第三面13，第一面11、第二面12和第三面13 上分别设有两个凸台111、两个凸台121以及两个凸台131。凸台111、凸台 121以及凸台131的凸台面为规则形状，如圆形、长方形、正方形、三角形等。 磁性底座3通过连接杆2与立方体1的第四面固定连接，第四面与第二面12 相对。

利用该辅助装置进行点云拼接时，包括如下步骤：

定位步骤：将产品4放置在工作台5上，产品4上被工作台5遮挡的部 位为遮蔽部位；将磁性底座3吸附在产品4上，使第一面11、第二面12以及 第三面13位于扫描范围内。

作为一个实施例，如图2所示，产品4为立方体状，其底面为A面(即 遮蔽部位)，右侧面为B面，顶面为C面，左侧面为D面，后侧面为E面， 前侧面为F面。此时，立方体1的第一面11为顶面，第二面12为右侧面， 第三面13为前侧面。

第一检测步骤：使三维扫描仪扫描产品4上暴露于工作台5之外的表面 以及第一面11、第二面12以及第三面13(包括凸台111、凸台121以及凸台 131)，形成第一点云数据。

旋转步骤：将产品4和辅助装置一起旋转一定的角度，使产品4的遮蔽 部位暴露于工作台5之外，并且第一面11、第二面12以及第三面13位于扫 描范围内。

优选地，将产品4和辅助装置一起水平翻转180°。如图3所述，旋转后， 产品4的A面(遮蔽部位)朝上，暴露于工作台5外，同时B面、D面、E 面、F面也暴露于工作台5外，C面与工作台接触，未暴露于工作台5外。此 时，立方体1的第一面11为底面，第二面12为右侧面，第三面13为后侧面。

第二检测步骤：使三维扫描仪扫描遮蔽部位的表面以及第一面11、第二 面13以及第三面13(包括凸台111、凸台121以及凸台131)，形成第二点云 数据；如图3所示，在该步骤中，检测产品4的A面以及第一面11、第二面 13以及第三面13。

拼接步骤：在第一云数据和第二云数据中寻找第一面11、第二面13以及 第三面13上的共同点的数据作为参考，从而将第一点数据和第二点数据拼接 起来。优选地，选择凸台111、凸台121以及凸台131上的共同点的数据作为 参考。优选地，选择凸台111的凸台面、凸台121的凸台面、凸台131的凸 台面的圆心(对圆形而言)或几何中心(对正方形、长方形或三角形而言， 如中心、中心等)的数据作为参考。

本发明无需对已扫描部位进行二次扫描，而是对体积较小的立方体的三 个面进行二次扫描，由于扫描面积小，可使效率提高50％左右；利用立方体 上的凸台作为参考点对点云进行拼接，很容易找到参考点，并且由于凸台面 的形状规则，参考点的点云数据稳定，大大降低了点云拼接的误差；该辅助 装置结构简单，成本低廉，操作方便快捷。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。