[发明专利]用于机器人制孔平台视觉测量系统的标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于制造自动化领域，尤其涉及一种用于机器人制孔平台视觉测量系统的标定方法及装置。

背景技术

随着工业机器人技术的位置精度等的不断提高，机器人制孔系统依靠它的低投资和高柔性，成为航空工业柔性自动化制孔的较佳选择。在机器人制孔过程中，机器人自身误差、工件制造和定位误差，导致加工的装配孔的位置误差。为了使加工的装配孔的位置坐标适应工件的现场装配状态，预先在工件上加工一系列基准孔，再采用视觉系统对基准孔进行定位，用其实际位置与名义坐标的偏差来修正其余装配孔的位置坐标。视觉测量系统可以有效工作的核心就在于相机标定和手眼关系标定，标定直接影响系统定位的精度。

传统的相机标定方法（Tsai R.An efficient and accurate camera calibration technique for3D machine vision[C]//Proceeding of Computer Vision and Pattern Recognition.Miami Beach,FL:IEEE Press,1986:364-374.）在相机前方放置一个立体靶标，上面有一系列位置已知的点用作特征点，采集靶标图像后，利用这些特征点的图像坐标和三维空间坐标建立方程，通过解方程获得相机的内外参数。这种方法原理简单，能够获得较高的精度，但高精度标定块的制作困难，且标定过程中需要对应点的匹配，计算过程复杂。另外有基于相机运动获取图像序列的自标定方法（Maybank S J,Faugeras O D.A theory of self-calibration of a moving camera[J].International Journal of Computer Vision,1992,8(2):123-151.），不需要标定物，但需要场景的几何知识和摄像机的运动信息。所有的自标定算法都是非线性的，从而加大计算的复杂度，导致标定结果鲁棒性较差。

手眼标定常常归结于求解齐次矩阵方程（Shiu Y C,Ahmad S.Calibration of wrist mounted robotic sensors by solving homogeneous transform equations of the form AX=XB[J],IEEE Trans on Robotics and Automation,1989,5(1):16-27.）。有文献（Shiu Y C,Ahmad S.Calibration of wrist mounted robotic sensors by solving homogeneous transform equations of the form AX=XB[J],IEEE Trans on Robotics and Automation,1989,5(1):16-27.）（Tsai R Y,Lenz R K.A new technique for fully autonomous and efficient3-D robotics hand/eye calibration[J].IEEE Trans on Robotics and Automation,1989,5(3):345-358.）将标定方程分解，先求解旋转部分，再在此基础上求解平移部分，这种方法导致平移向量会继承旋转矩阵的误差。有些文献则同时求解旋转矩阵和平移向量，多采用非线性优化的方法。文献（朱振友，徐爱杰，林涛等.机器人视觉的“手-眼”关系快速标定算法[J].光学技术，2004,30（2）：150-152.）通过机器人自定义多姿态触碰获取标志点在机器人坐标系下的坐标来求得手眼关系，但这种方法依赖于人自身的主观性，往往误差较大。

发明内容

本发明的目的是解决现有相机标定和手眼标定技术存在的缺陷和不足，提供一种用于机器人制孔中基准孔测量的视觉系统的标定方法及装置，通过标定板的设计和坐标系的灵活建立，可以在保证定位精度的同时，简化标定计算，可以同时实现相机标定和手眼标定，可以满足航空工业制孔中的应用要求。

一种用于机器人制孔平台视觉测量系统的标定装置，所述机器人制孔平台包括装有终端执行器的制孔机器人，该终端执行器具有用于安装制孔刀具的主轴以及用于压紧工件表面的压脚，其特征在于，所述的标定装置包括固定在主轴上的标定板以及安装在终端执行器上的相机，且相机光轴与主轴轴线平行；

所述标定板朝向相机的面为拍摄面，背对相机的面为锁紧面，标定板的板面与所述压脚的端面平行，标定板上设有主轴孔、工艺孔和九孔阵列；