四条腿的3D测量系统

3D扫描仪goSCOUT3D使得弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所的研究人员能够轻松地对复杂物体进行高分辨率3D测量。为了进一步实现这一过程的自动化，研究人员现在将扫描仪与波士顿动力公司（Boston Dynamics）品牌的机器狗连接起来。这样做的目的是提高测量效率，同时减轻操作人员的负担。

机器狗使用goSCOUT3D扫描仪测量复杂的部件，如涡轮机（由MTU Maintenance提供）

无论是飞机发动机等复杂部件的维修，还是汽车行业的质量控制：虚拟的3D模型可以精确记录大型机器及其微小细节。为此，弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所（Fraunhofer IOF）的研究人员在2023年开发出了3D扫描仪goSCOUT3D。它可以对体积达数立方米的复杂物体进行2D和3D数字化，空间分辨率小于0.25mm。

在此之前，要创建所谓的“数字双胞胎”，操作人员必须手持扫描仪围绕待测物体移动。测量必须非常精确，操作人员必须以恒定的速度引导测头，并保持基本恒定的测量距离。有时会出现疲劳或测量数据不完整的潜在问题。

Fraunhofer IOF成像和传感部门的研究人员从车间开始着手解决这一问题，并寻找一种方法使人类在进行测量时更加舒适，同时使操作过程更加高效。解决方案是他们将3D扫描仪与美国波士顿动力公司（Boston Dynamics）的机器狗 Spot结合在一起。

Fraunhofer IOF图像处理和人工智能部门负责人Andreas Breitbarth博士解释说：“将最近在耶拿开发的测头与Spot集成在一起，今后goSCOUT3D扫描仪的测量过程将实现自动化，不再需要人类的持续监督。机器狗可以自主操控goSCOUT3D以一致的测量速度和距离通过测量场景。”

与传统的测量机器人（例如在生产线上使用的机器人）相比，自动行走机器人具有一个重要的优势：由于它可以自由移动，并能在不同的表面上灵活操作，因此可以从各个侧面以及不同的层面（如导轨下方）对测量对象进行全面记录。

稳定的扫描速度和较小的操作变异性进一步确保了结果的可重复性，并通过减少冗余来缩短测量时间。因此，集成测量单元在批量生产过程或质量控制中的应用尤为重要。

为了实现这些应用目标，机器人和扫描仪之间必须进行可靠的协调。因此，需要手眼校准将扫描仪连接到机器人的坐标系统。一旦行走机器人通过这种方式与扫描仪进行了校准，就可以由人类专家对其进行编程，以测量预定义的物体。

Breitbarth博士进一步解释说：“在实际测量过程之前，操作人员会向Spot提交速度、精确测量位置和其他重要参数，这样机器狗就可以像人类一样进行扫描，而无需亲自在场。”

因此，今后Spot可以承担例行测量等工作，而人类专家则可以集中精力对goSCOUT3D创建的2D和3D数据进行审查、分析和评估。此外，将扫描仪与灵活的机器人连接起来，也有望实现远程操作和监控。

2023年，Fraunhofer IOF的研究人员与MTU Maintenance合作开发了goSCOUT3D扫描仪。为创建复杂的3D模型，仅重1.3kg的扫描仪可使用2000万像素的彩色摄像头捕捉选定测量场景的2D彩色图像。通过摄影测量法计算出整个场景的3D数据。

本文来源：弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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