[发明专利]一种激光视觉传感头与焊枪手眼关系的补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接机器人三维测量技术应用领域，特别是涉及一种适用于6自由焊接机器人的激光视觉传感头与焊枪手眼关系的补偿方法。

背景技术

焊接传感是焊接自动化以及智能化的关键技术之一。其中，光学式传感器在适用工艺和对象方面(可适用如MIG/MAG，TIG，等离子、激光焊等多种焊接工艺，以及碳钢、铝合金等多种材料的焊接对象)，检测精度与实时性(一般至少达到0.5mm精度级和50HZ)以及应用场合方面等都具有优势，是主导着焊缝跟踪技术未来发展的焊接传感器。而以激光为主动光源的视觉传感在实际应用中具有一定的优势，主要表现在其能够进行焊缝三维信息的测量，因此理论上可以对各种带有曲率的复杂焊缝进行检测，另外其三维测量能力与机器人焊接应用较为适应(机器人焊接一般要求能够进行多种位姿下的焊接)，因此除了可以应用于焊缝跟踪，还可以应用于焊前焊缝校正，机器人焊缝自主编程，焊缝初始点导引定位，以及焊后的焊接质量无损检测等诸多实际应用场合。

为了能够获得传感器在机器人B坐标系下的精确的3D测量能力，必须完成对激光视觉传感头与焊枪之间的手眼关系的标定，通常的做法主要是采用基于摄像机外参数等式关系AX＝XB的求解法来获得(Shiu等人在IEEETransactions on Robotics and Automation，1989，pp.6-29中所发表的“Calibration of wrist-mounted robotic sensors by solving homogeneous transform equations of the form AX＝XB”，Konstantinos Daniilidis在The International Journal of Robotics，1999，pp.286-298中所发表的Hand-Eye Calibration Using Dual Quaternions.)，但是上述方法存在着以下几点缺陷：

(1)、一般会采用棋盘等标定物来完成标定，但是一般焊接中所用的激光视觉传感器为了避免焊接中弧光的直接冲击，都需要引入滤光系统，因此摄像机无法很清晰甚至不能观察到如棋盘等常规标定物的特征；

(2)、为了求解最终的位置关系，一般需要从不同的角度完成对标定物的采样，这样不仅对于机器人的操作难度将加大，而且对于一般用于如焊缝跟踪场合的激光视觉传感器而言，其检测视野与景深都较小的特点，都会进一步放大上述不足；

(3)、基于AX＝XB求解法的手眼标定方法需要同时利用到摄像机参数的标定，因此不仅标定起来的步骤较为繁琐(不利于传感头与焊枪经常调换的现场使用情况)，并且求解关系AX＝XB后，最终得到的结果对于噪声较为敏感(一般为平移部分)，稳定性不够好。

发明内容

本发明目的是提供一种激光视觉传感头与焊枪手眼关系的补偿方法，该方法适用于6自由焊接机器人。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光视觉传感头与焊枪手眼关系的补偿方法，

建立相应的坐标系，包括代表了焊丝尖端位置所在的工具坐标系H、代表了传感头发射激光所在位置的激光坐标系L、代表了传感头接收到激光成像所在位置的图像平面坐标系I、代表了机器人运动工作的空间参照坐标系B；其包括以下步骤：

(1)、在焊接现场任意摆放一个参考点；

(2)、测量出所述的参考点在空间参照坐标系B内的位置^BP_i，记录工具手在空间参照坐标系B下的实际位姿^H_BT，并计算实际参考点位置^HP_i＝^H_BT·^BP_i；

(3)、测量出所述的参考点在图像平面坐标系I内的位置^IP_i，通过机器人工具手焊丝尖端与校正前传感头激光初始位置的伪手眼参数关系^H_LT’与激光传感头三维测量模型参数关系^L_IT，计算获得伪参考点位置^HP_i’＝^HL T’·^L_IT；