在智能制造变革趋势中,物体三维数据在工业测量、逆向工程、虚拟现实、人工智能等众多领域有着广泛的应用。而传统的三维数据采集方式已不能满足现代三维测量中高精度、高效率、高柔性的要求,本文针对手持式扫描效率低、稳定性不足以及固定式轨道扫描柔性低、测量范围有限的问题,提出了一种基于机器人的线结构光三维扫描系统,并对其关键技术展开研究。系统在继承线结构光测量高精度、非接触、实时性强等优点的基础上,增强了测量柔性、扩展了测量范围。本文的工作内容和创新点如下:(1)建立了基于机器人的线结构光三维扫描模型,该模型在不能实时获取机器人末端位姿的情况下,可以将线结构光测量系统在各个位置的测量坐标统一到机器人基坐标系下,完成线结构光每一个三维截面点云的拼接。根据扫描原理和现场条件,搭建工业机器人与线结构光测量系统相结合的扫描系统实验平台,对实验平台中主要硬件进行选型。(2)实现了系统模型中相机模型、线结构光测量模型及机器人手眼关系的标定。其中用张氏标定法对相机模型参数进行二次标定,可排除因个别图像质量不高对标定造成的影响,提高相机标定结果的精度。提出了一种基于单应性矩阵的线结构光测量快速标定方法,操作辅助装置让标定板和结构光平面共面,用具体的标定板与像素平面的关系代替抽象的光平面与像素平面的关系,标定板无须多次调整位置即可完成光平面到像素平面的单应性矩阵的计算,标定过程简单高效,能够快速建立线结构光的测量模型。利用Tsai的两步标定法对手眼关系进行标定,实现了摄像机坐标系到机器人坐标系的空间转换。(3)根据实际拍摄的光条纹图像特点,设计了光条纹中心提取的图像处理流程,应用一种改进的基于图像骨架的灰度重心法,实现光条纹中心的亚像素提取。经过对比分析,用自适应阈值法实现图像的二值化方法,最大程度地保留光条纹有效信息。用4个方向模板对光条纹骨架的法向方向近似,用灰度重心法提取该方向上的光条纹亚像素级中心。(4)基于QT、OpenCV、OpenGL等开源工具库,用C++语言设计开发了扫描系统PC端软件,对几个实物模型进行扫描,验证了系统的可行性。