[發明專利]一種點陣光源智能視覺傳感器及其應用和標定方法

有效

• 申請號: 202110236831.9
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113028988B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王天琪;李亮玉;劉海華;姚福林;何俊杰
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/25
• 代理公司: 天津展譽專利代理有限公司 12221
• 代理人: 鄭曉晨

本發明公開了一種點陣光源智能視覺傳感器及其應用和標定方法，屬于屬于工業機器人視覺控制領域，本發明的激光點陣光源智能視覺傳感器可以在對曲面工件進行三維掃描或定位時提供更多的工件曲面信息，從而為工業機器人加工過程的智能規劃和快速定位提供便利；其立體標靶便于結構光在攝像機中的標定，更適用于激光點陣在標靶表面精確位置的計算；其標定方案將激光點陣結構光看作一個正四棱錐，通過計算正四棱錐高的直線方程和頂點在相機坐標系下的位姿轉換關系，結合各光平面與四棱錐高所成角可以快速計算激光點陣各光斑射線在相機坐標系下的空間位姿關系。采用這種方案便于操作者快速了解激光點陣光源及視覺傳感器在機器人工作空間的位姿變化情況。

技術領域

本發明屬于工業機器人視覺控制領域，具體涉及一種點陣光源智能視覺傳感器及其應用和標定方法。

背景技術

目前，工業機器人的自動控制過程，需要以對工件的精確定位或工件曲面特征三維測量作為前提。傳統的無結構光多目視覺控制技術精度低，且無法實現對曲面特征工件的準確輪廓提取及定位。而對于帶有單線或多線激光光源的智能視覺測量系統，雖然可以得到空間曲面工件的表面特征，但是不便于提取線之間的曲面變換趨勢，很難滿足對空間曲面工件的快速規劃任務。其具體問題為：(1)單目視覺法僅能提取活動工件部分輪廓特征，無法快速準確提取活動空間曲面工件的表面信息；(2)雙面視覺法標定過程復雜且誤差較大，并且同樣很難完全滿足對空間曲面工件的準確測量；(3)線激光光源可以實現空間曲面工件的表面測量，但是由于很難得到各條激光線與線之間的關系，在對空間曲面加工時計算量較大，規劃難度較大。

因此，采用點陣光源視覺系統，成為解決上述問題的可行辦法。但現有的點陣光源標定方案存在以下問題：需要首先通過調整攝像機角度，入射激光角度與工件關系，使標靶圖像在計算機圖像中保證水平，因此人為參與因素較多，不利于保證標定的便捷性，工程實用性低，無法實現對空間曲面工件準確定位，精確測量及快速規劃。

為實現基于點陣光源的智能視覺傳感器在機器人自動規劃的應用，需要重點解決點陣光源智能視覺傳感器的準確標定問題。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種實現對空間曲面工件準確定位、輪廓提取、精確測量及路徑快速規劃的點陣光源智能視覺傳感器及其應用和標定方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種點陣光源智能視覺傳感器，包括智能視覺傳感器，所述智能視覺傳感器包括工業相機和點陣激光器，所述點陣激光器與工業相機固聯，可發射投影形狀為正方形的等距點陣，所述智能視覺傳感器上安裝有專用輔助方向點光源。

一種點陣光源智能視覺傳感器的應用，包括工業機器人及其控制系統，末端執行機構，工業計算機和智能視覺傳感器，所述智能視覺傳感器采用eye-in-hand方式控制工業機器人；在使用過程中結合專用的輔助方向點光源確定點陣的正方向；采用專用立體標靶標定激光點陣參數。

所述工業機器人智能傳感器標定過程分為相機內參及手眼關系標定，智能傳感器點陣光源參數標定兩部分。

一種點陣光源智能視覺傳感器的標定方法，包括以下步驟：

步驟一：采用eye-in-hand方式安裝智能視覺傳感器，示教專用立體標靶特征點，求解標靶與機器人基坐標系間關系，

在步驟一中，所述專用立體標靶為正立方體形狀，尺寸200×200×200mm，標靶精度可達0.01mm，

所述立體標靶各表面上印有圖形作為標記點，在示教標定工作中用于確認標靶工件方向；標靶各表面圖形都由代表起點的正方形標定點，以及兩個圓形標定點組成，各點用直線連接起來用于激光點陣光源的標定；標靶平面上圖形與標靶相對位置已知；標靶底面是一張傳統標定用棋盤格可輔助攝像機時間標定，在點陣光源視覺傳感器標定工作時該面朝下；

標靶坐標系G中心在正方體體心，方向與標靶上標定面0方向相同；