1.1 研究目的

常用的3D扫描仪，例如MakerBot数字转换器和物质和表格3D扫描仪，使用一个或多个固定摄像机捕获在转盘上旋转的物体。由于转盘的振动引起的物体的刚性或非刚性运动可能产生不准确的3D模型^[1]。而利用UR5机械臂设计扫描系统围绕被测物体旋转可以实现多个角度、大范围的扫描，获得的图像会更具层次感精度也相应的提高，并结合单目视觉与线结构光扫描实现三维测量扫描与数据处理。采用D-H参数法和Matlab软件对机器人进行运动机理分析^[2]、三维扫描系统方案及主要零部件的设计选型与三维扫描系统实验平台的搭建。最终实现在所建立的实验平台上进行三维扫描实例测量，利用Geomagic等相关软件对所测得的三维数据进行处理，并获得实验结果与结论。

1.2 研究意义

随着CAD/CAM、虚拟现实技术、计算机动画等技术在生活、制造、科研等各大领域的快速发展和广泛应用，如何快速而又准确地建模显得越来越重要。日益激烈的竞争对制造业提出了“TQCS”要求：最短时间（Time）、最优质量（Quality）、最低成本（Cost）和最好售后（Service）。为赢得客户和市场，诞生了许多前沿的制造加工技术，逆向工程便是新兴的技术之一^[3]。逆向工程在设施管理、运营领域中有着至关重要的作用，可以将对象精确的数字化并表示为计算机模型，逆向工程主要基于三种技术：三坐标测量机（CMM）、激光扫描系统、数字摄影扫描系统^[4-5]。

在物理研究、铰接字动画、历史遗迹保护、物体识别与定位等领域的应用需求下，三维点云数据的获取与处理技术受到越来越多的关注。现在有多种不同的方式可以获取现实世界中物体的三维点云数据，并对数据进行相应处理。为了能够很好地对三维数据点云进行前期的预处理，首先通过双目摄像机或单目摄像机加线结构光获取物体的三维点云，并对点云数据进行相应的预处理，然后用逆向工程软件进行描述，这样便可得到一个与实际物体十分接近的图像，由此可以证明我们用之前所获取的点云数据来描述物体的方法是可行的，并且该点云数据的处理技术是可靠的^[6]。

在进行逆向工程时，获取点云数据的最基本、最理想的方法就是进行三维扫描。而后续的建模的精度与逆向工程能否成功进行就取决于我们获得的原始点云数据的质量。三维扫描技术是集中了光、点、机械和计算机于一体的新技术，该技术除了可以获得待测物体的外形、结构和尺寸数据，更可以将物体的外形和结构数据转换为位置数据，并转化为计算机可以处理的数字信号。三维扫描为实物的数字化提供了一种快捷的技术支持。三维扫描技术相对于传统的技术可以实现非接触式测量，并且具有高精度、高速度的特点^[7]。UR5机器人是Universal Robots (UR) 系列机器人具有革命性的一个6轴串联机器人产品，具有突出的协作性、轻便性和敏捷性^[8]，本文主要以UR5机器人为载体，分析机器人的运动机理、选择合适的三维扫描零部件、搭建适用的三维扫描实验平台，对实际被测物体进行实测，并利用Geomagic等相关软件对三维扫描数据进行分析处理，该软件拥有对零件模型的不完整表面数据丰富的处理功能，也能进行曲面建模^[9-10]。

1.3国内外研究现状