[发明专利]基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人视觉传感器及其标定方法，尤其是一种基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法，具体地说是机器人基于线结构光视觉传感器的手眼关系矩阵和传感器参数的快速标定方法。

背景技术

焊接的特点是工艺因素复杂、劳动强度大，生产周期长、劳动环境差，其品质依赖操作者的技能、技术和经验，也和操作者情绪及身体状况相关，因此，焊接自动化技术对于提高接头品质、保证稳定性具有很重要的意义。实现焊接自动化的关键问题是焊缝的自动跟踪，激光视觉引导的智能焊接机器人将焊缝图像识别与机器人运动控制技术结合，能够有效解决焊缝自动跟踪难题。

标定（包括相机参数标定、线激光光平面方程标定和手眼变换矩阵标定）在视觉测量系统中是非常关键且重要的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性与实时性，直接影响到工业生产过程中测量与跟踪的精度。线结构光视觉传感器的参数包括相机的内部参数（焦距、主点以及畸变系数等）及线结构光视觉传感器的结构参数（即线激光在相机坐标系下的光平面方程），通过Tsai，张正友，胡占义等人在视觉标定中的贡献，我们可以轻松的获得相机的内部参数。线结构光视觉传感器的结构参数标定方法有许多方法，如R．Dewar提出的拉丝标定方法；D．Q．Huynh提出了交比不变性标定方法；毕德学提出的基于交线的线激光光平面方程标定具有较强的鲁棒性，实施方法简单，特征易提取，满足现场标定要求。根据测量模型，由传感器返回的测量数据恢复被测曲面的三维坐标信息必须要确定机械臂末端坐标系到相机坐标系的手眼变换矩阵H。在机器视觉领域该问题称为手眼标定。常用的机器人手眼标定方法是利用已知标定参考物（标定块），控制机械手在不同方位观察空间一个已知的标定参考物，从而推导R和t与多次观察结果的关系，其中R表示手眼变换矩阵H的旋转部分，t表示手眼变换矩阵H的平移部分。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法，其灵活、精度高、速度快、稳定性好，实时性强，方法简单，计算量小，通用性强。

按照本发明提供的技术方案，所述基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法，所述焊接机器人系统标定方法包括如下步骤：

第一步、控制机械臂变换位姿，使得相机在多个位姿拍摄一个任意放置且位置不变的圆靶标，选择的位姿必须使的所有圆靶标上的圆点在相机视场范围内，并且保证固定在相机上线激光器所产生的线激光光平面在圆靶标上产生的光条部分也在视场范围内；通过相机获取圆靶标图像后，提取圆靶标图像上圆形斑点的圆心坐标并识别角点的行列值，以完成圆靶标图像和世界坐标的匹配，然后根据张正友标定算法得到相机的内部参数矩阵A=αγu00βv0001,]]>外参数矩阵RT；

其中，α＝f/dx、β＝f/dy，f为相机焦距，dx，dy为相机内单个CCD感光元件长度、宽度；γ为反映相机内CCD感光元件排列倾斜程度的物理量，u₀、v₀为相机的镜头光轴和CCD感光元件的交点像素坐标；

第二步、根据第一步中得到的带线激光光条的圆靶标图像，提取线激光光条，细化提取的线激光光条，通过Hough变换求出线激光光条的线方程；利用第一步得到的外参数矩阵RT得到线激光光条平面在相机坐标系下的平面方程；

第三步、根据第一步中每个位姿对应的机械臂姿态，利用四元数法计算得到机械臂末端坐标系与机械臂基坐标系的变换矩阵，即获得手眼变换矩阵H；