[發明專利]一種用于弧焊機器人的線結構光視覺系統自動標定方法

有效

• 申請號: 201810592881.9
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108717715B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 王念峰;石小東
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;佛山市三技精密機械有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;B23K9/32;B25J19/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;黃海波

本發明公開了一種用于弧焊機器人的線結構光視覺系統自動標定方法，包括：步驟1、將預定的約束限制將標定板放置于機器人工作區域內任何位置；步驟2、人為操作機器人，使得標定板位置出現在采集的圖像正中間的矩形框內，并以此為基準更新機器人標定程序中各個采集點的位置分量；步驟3、采集15個位置下的15幅標定板圖像和另外4個位置下的標定板圖像和對應的激光條紋圖像；步驟4、由采集的前15張圖像計算相機的內參數及手眼關系參數；由采集的后4組圖像計算結構光平面參數。本發明僅對第一個標定板采集位置進行圖像定位，后續位置通過平移變換自動更新，無需人為操作，方便快捷，大大提高了靈活性和快速性，能夠適應實際生產環境的需要。

技術領域

本發明涉及弧焊機器人的線結構光視覺系統，尤其涉及一種用于弧焊機器人的線結構光視覺系統自動標定方法。

背景技術

線結構光視覺傳感器由于其非接觸式的特點，測量精度高、測量速度快，相比接觸式傳感方式在工業應用中更加廣泛。在焊縫跟蹤應用中，線結構光視覺傳感器通常固定于機器人的焊槍上，用于對焊縫進行檢測及自動跟蹤。

將線結構光視覺傳感器固定于弧焊機器人末端上的方式為eye in hand模式，傳感器跟隨機器人一起運動，為了將傳感器檢測的位置統一到機器人基坐標系下，需要對弧焊機器人視覺系統進行三個方面的標定，包括相機內參數標定，傳感器手眼關系參數標定和結構光平面參數標定。本方法采用高精度標定板的方式對整個視覺系統進行標定。目前現有的標定方法主要依賴于人工操作，同時為了保證標定的精度需要進行采集較多的位置，對人的要求較高，且整個過程會耗費較長的時間。

發明內容

本發明針對現有的標定結構光視覺系統中存在依賴人為操作，標定過程復雜，標定過程費時等缺點，提出了一種用于弧焊機器人的線結構光視覺系統自動標定方法。該方法采用圓形靶標標定板，只需要在初始采集圖像位置進行人工操作，后續自動運行機器人標定程序，完成整個視覺系統標定過程。

本發明的提供的技術方案如下：

一種用于弧焊機器人的線結構光視覺系統自動標定方法，包括步驟：

步驟1、將預定的約束限制將標定板放置于機器人工作區域內任何位置；

步驟2、初始標定板采集位置的圖像定位，人為操作機器人，使得標定板位置出現在采集的圖像正中間的矩形框內，并以此為基準更新后續機器人采集圖像的位置，即更新機器人標定程序中各個采集點的位置分量；

步驟3、運行機器人標定程序，先采集15個位置下的15幅標定板圖像，然后再通過控制線結構光傳感器中激光的通斷實現另外4個位置下的標定板圖像和對應的激光條紋圖像的采集；

步驟4、由采集的前15張圖像計算相機的內參數及手眼關系參數；由采集的后4組圖像計算結構光平面參數；完成整個標定過程。

進一步地，步驟1中，所述預設約束限制具體為：標定板的坐標系O_c-X_cY_c與機器人基坐標系O_r-X_rY_rZ_r中，標定板的X軸及Y軸分別平行于機器人基坐標系的X軸和Y軸。

進一步地，所述的步驟2具體包括：

步驟21、移動機器人末端位置，使得標定板出現在相機的視野中，此時通過上位機調節相機的曝光時間，保證標定板成像具有一定的對比度；

步驟22、調節機器人末端位置，保證整個標定板圖像位于設定的矩形框內，大小與矩形框的大小基本一致，將當前位置確定為初始標定圖像采集位置；

步驟23、設原始的各個點的標定位置為當前位置即初始標定圖像采集位置為則得到當前位置與原始的各個點的標定位置之間的平移變換關系，即

步驟24、通過所述平移變換關系對后續各標定點的位置進行更新，即