[发明专利]一种用于三面体焊缝定位的自动标定方法

说明书

本发明公开了一种用于三面体焊缝定位的自动标定方法，涉及定位自动标定领域。使用携带光学系统的机器人分别扫描拍摄三面体焊缝的三条棱，建立三条棱在对应的机器人移动坐标系和结构光重建坐标系中的直线方程，将三条棱按照重建‑移动关系转换到移动坐标系，进而转换到全局坐标系中；求出一个在全局坐标系中与三条棱距离的平方和最小的点，以该点与三条棱距离的平方和为目标函数，使用最优化方法计算获得重建‑移动关系。本发明的方法能够简化用于三面体焊缝机器人焊接定位的标定过程，减少了光学系统和机器人系统的耦合程度；同时可以迭代地优化自动标定精度。

技术领域

本发明涉及定位自动标定领域，尤其涉及一种用于三面体焊缝定位的自动标定方法。

背景技术

三面体结构广泛存在于箱体焊接等应用场合中，针对三面体结构的自动化焊接中，基于三角测量法的线结构光光学系统是一种具有较高精度的测量方法。然而，由于三面体结构具有空间起伏较大，旋转、偏移维度较多的特点，导致传统的单次扫描三角测量法无法直接应用于三面体焊缝的自动化定位中，而必须采用先多次扫描不同区域，再将多次扫描结果统一到一个坐标系的方法，其中必要的一步是重建坐标系标定，即在三角测量法中进行重建的坐标系和机器人移动坐标系的对应关系。

重建坐标系标定的传统方法为使用手眼关系标定来间接获得重建坐标系与机器人工具坐标系的对应关系。现有的标定方法或者需要多次重复拍摄同一点，或者需要事先确定标定点的准确位置参数以进行手眼标定,事先确定标定点的准确位置参数需要额外的、甚至精确定位的靶标；因此，传统坐标系标定的方法复杂，效率低、易受人为因素影响。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于三面体焊缝定位的自动标定方法,该方法能够简化现有标定的流程，实现光学装置和机器人系统的去耦合，以及在后续的实际测量过程中，能够不断修正标定结果，提高标定精度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种用于三面体焊缝定位的自动标定方法，能够简化现有标定的流程，实现光学装置和机器人系统的去耦合，以及在后续的实际测量过程中，能够不断修正标定结果，提高标定精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于三面体焊缝定位的自动标定方法，包括以下步骤：

步骤1、使用携带光学系统的机器人分别扫描拍摄三面体焊缝的三条棱，针对所述三条棱的扫描拍摄过程，分别建立三条棱在对应的机器人移动坐标系和结构光重建坐标系中的直线方程，并将所述三条棱在全局坐标系中的空间直线方程用包含重建-移动关系的形式表示，所述重建-移动关系是所述结构光重建坐标系与所述机器人移动坐标系的转换关系；

步骤2、求得在所述步骤1表示下，所述全局坐标系中距离所述三条棱距离的平方和最小的点的坐标表示；

步骤3、以所述步骤2中找到的所述点与所述三条棱的距离的平方和，建立目标函数；所述目标函数以所述重建-移动关系为变量；

步骤4、使用所述步骤3的目标函数最小时的所述重建-移动关系，将所述三条棱在对应的所述结构光重建坐标系中的直线方程转换至所述机器人移动坐标系，并进一步转换至所述全局坐标系；

步骤5、进行标定方法自优化，所述自优化为完成一组所述三面体焊缝结构定位后，在不干扰正常生产的情况下，结合本次标定新获得的所述重建-移动关系和之前获得的所述重建-移动关系，对所述重建-移动关系进行细调修正。

进一步地，所述光学系统包括线结构光激光器和相机。

进一步地，所述光学系统在初次使用前应该进行光学系统参数标定，所述光学系统参数标定包括所述相机的参数、所述线结构光激光器的线结构光所在平面与所述相机的相对位置关系。

进一步地，所述步骤1中建立三条棱在对应的所述结构光重建坐标系中的直线方程包括如下步骤：