[發(fā)明專利]一種基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010877806.4
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112070133B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 王雪輝;劉著新;楊茜;王建剛
• 申請（專利權）人: 武漢華工激光工程有限責任公司
• 主分類號: G06F18/25
• 分類號: G06F18/25;G06V10/80;G06V20/00;B25J9/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

1.一種基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法，其特征在于，包括如下步驟，

步驟（1）：建立世界坐標系XYZ；

步驟（2）：設定一個與XY平面平行的基準面，調整激光焦點到所述基準面上，此時距離傳感器到基準面的距離為h；在所述基準面上對相機進行校正，將所述相機校正到XY坐標系中；

步驟（3）：調節(jié)所述距離傳感器的位置，使所述相機的焦平面處于所述距離傳感器的有效測量范圍內；

步驟（4）：夾持待加工工件；

步驟（5）：通過運動組件移動所述待加工工件，使所述待加工工件的基準面處于所述距離傳感器的有效測量范圍；

步驟（6）：控制所述運動組件在所述XY平面移動所述待加工工件并使所述待加工工件的基準面平行于XY平面，通過所述距離傳感器測量與所述待加工工件的基準面的距離、并調整所述待加工工件的基準面的位置使所述距離傳感器的測量值達到標準距離h；

步驟（7）：通過所述待加工工件的基準面上特征點或特征圖形計算出此時所述待加工工件的基準面在XY平面的角度θ；

步驟（8）：經過所述步驟（2）～所述步驟（6）的對準過程以后，設所述運動組件各個關節(jié)的參數(shù)為（x₁，y₁，z₁...）,求出激光頭坐標系相對于工件坐標系的相對位置；

由公式 ，可知此時,則 ；以所述待加工工件的基準面上的一點為原點，垂直于所述待加工工件的基準面的方向為Z軸方向建立所述工件坐標系{G}；以所述激光頭的焦點為原點，與激光相反的方向為Z軸方向建立所述激光頭坐標系{T}；坐標系{B}為所述運動部件的固定部分基準面的中心點的坐標；

步驟（9）：激光頭在所述待加工工件上加工的下一個位置處，激光頭坐標系{T}相對于工件坐標系{G}的相對位姿矩陣位設為 ；由于所述待加工工件位置已經固定，因此所述運動組件的運動矩陣 保持不變，所以； 由求出，

即 = ；

步驟（10）：由 求逆解，得到下一個加工位置處所述運動組件各個關節(jié)的參數(shù)（x₂，y₂，z₂...），控制所述運動組件的各個軸運動到（x₂，y₂，z₂...），即完成一次定位，激光頭對準加工位置進行加工即可；

所述步驟（2）～所述步驟（5）是通過機械調整對位；所述步驟（6）在完成距離h的調整后，通過視覺尋找位置識別點，使激光焦點最終在所述待加工工件頂點正中心，完成視覺對準。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法，其特征在于，在所述步驟（6）中，所述待加工工件的基準面的調整方法如下：

步驟（601）：控制所述運動組件在所述XY平面移動所述待加工工件，通過測距儀測量所述待加工工件的基準面上非一條線上的三個點的距離值，則根據(jù)三個點的X、Y及距離值求出所述待加工工件基準面上兩個向量，再根據(jù)兩個向量求出基準面的法向量；

步驟（602）：根據(jù)所述步驟（601）中求出的所述待加工工件的基準面的法向量，結合所述運動組件的正/逆運動矩陣、所述運動組件的當前坐標，控制所述運動組件移動所述待加工工件使所述待加工工件的基準面平行于XY平面；

步驟（603）：通過所述距離傳感器再次測量所述待加工工件的基準面的距離，通過所述運動組件調整Z軸高度使所述距離傳感器的測量值達到標準距離h。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法，其特征在于，重復所述步驟（7）～所述步驟（10）完成所述待加工工件多個加工位置的定位。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法，其特征在于，所述運動組件為運動平臺和/或機械臂。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法，其特征在于，根據(jù)建立的所述世界坐標系、以及加工過程中涉及的軸數(shù)，分別建立各軸的坐標系、夾具坐標系、所述待加工工件坐標系、所述激光頭坐標系并分別編號。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于測距儀和機器視覺的三維空間點定位的方法，其特征在于，所述步驟（1）～所述步驟（10）中運用到的部件包括與工控機連接的所述相機、所述距離傳感器和運動控制器，所述運動控制器連接所述運動組件；

所述距離傳感器用于測量到所述待加工工件的距離；所述相機用于將待加工工件和激光焦點拍入視場；所述運動控制器用于控制所述待加工工件在設定的坐標系內運動；所述工控機用于處理從所述距離傳感器、所述相機以及所述運動控制器獲得的數(shù)據(jù)。