[發明專利]基于雙目視覺的激光位移傳感器光束方向標定方法

有效

• 申請號: 202010534054.1
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111707189B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 丁雅斌;馬浩然;黃田;秦旭達;劉海濤;肖聚亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了基于雙目視覺的激光位移傳感器的光束方向標定方法，包括標定設備的布置以及標定方法。所述標定設備包括雙目視覺系統、工業機器人、激光位移傳感器測量系統給、標定板、斜面。首先利用手眼標定方法確定雙目視覺系統與工業機器人基座的位姿關系，將測量系統固定在機器人末端，控制機器人將測量系統的光束打在斜面上，利用視差法原理獲取光斑中心點位置，并利用手眼標定結果進行坐標轉換得到末端坐標系下光斑中心點位置，最終利用最小二乘法擬合光束直線獲取光束方向參數。該方法適用性及準確性高，價格低，可提高傳感器位置精度，進一步提高了基于激光位移傳感器測量大尺寸型面法向的精度。

技術領域

本發明涉及一種激光位移傳感器光束方向標定方法，特別是一種基于雙目視覺的激光位移傳感器光束方向標定方法。

背景技術

對于空間尺寸大、面形復雜的工件，對其進行表面加工需要對其進行表面法向測量，當前較為普遍應用的是基于非接觸式激光位移傳感器的表面測量方法，在測量前需要進行激光位移傳感器的光束方向標定以保證準確性。當前光束方向標定一般采用平面擬合方法進行標定，但是這種標定方法需要機器人末端攜帶傳感器進行各個方向的移動，步驟繁瑣耗時，需要激光跟蹤儀等復雜昂貴的設備，且在多方向移動過程中機器人關節會有回程誤差，影響標定準確度，對于自由度較少的機器人這種方法無法實現標定。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種標定過程中機器人末端僅需朝一個方向移動即可，適用性高，標定過程簡單省時，且準確性高的基于雙目視覺的激光位移傳感器光束方向標定方法。

本發明的基于雙目視覺的激光位移傳感器光束方向標定方法，包括以下步驟：

步驟一、安裝標定設備：

在工業機器人的機器人末端執行器上通過夾具裝夾激光位移傳感器測量系統，所述的激光位移傳感器測量系統由沿機器人末端執行器圓周方向均勻間隔裝夾的多個激光位移傳感器組成，在工業機器人的工作范圍內放置一個固定板，在所述的固定板上固定有雙目視覺系統和斜面，其中斜面在雙目視覺系統的兩個工業相機的公共視野范圍內，激光位移傳感器測量系統隨著機器人末端執行器的移動將光束照射在斜面上并形成光斑，在斜面上的光斑能被雙目視覺系統的兩個工業相機同時采集到；

步驟二、對激光位移傳感器光束方向參數進行標定，過程如下：

第一步，利用標準標定板及張正友標定法對雙目視覺系統進行自標定，標定出兩個工業相機之間的位姿關系以及相機的鏡頭畸變系數；

第二步，使機器人末端執行器夾持標準標定板，使機器人末端坐標系與標定板坐標系之間的位姿關系^TH_O固定不變，從雙目視覺系統中獲得標定板坐標系與雙目視覺系統坐標系的位姿關系^CH_O，并利用手眼分離標定方法求得機器人基座的基座坐標系與雙目視覺坐標系之間的位姿關系^CH_B；

第三步，從機器人控制系統獲取機器人基座的基座坐標系與機器人末端坐標系的位姿關系^BH_T，經過^CH_T＝^CH_B^BH_T坐標變換求得雙目視覺系統坐標系與機器人末端坐標系的實時位姿關系^CH_T；

第四步，控制機器人末端執行器帶動激光位移傳感器測量系統移動，使光束打在斜面上，并形成清晰的光斑，且光斑在兩個工業相機測量視野范圍內，光斑個數為激光位移傳感器數量；

第五步，雙目視覺系統的兩個工業相機獲取斜面上的每一個光斑的圖像，采用視差法測空間點坐標原理獲取算法計算每一個光斑的中心點在雙目視覺坐標系下的三維坐標P_c＝(x_c，y_c，z_c)；