[发明专利]一种结构光3D视觉快速自动标定装置及方法

说明书

一种结构光3D视觉快速自动标定装置及方法属于机器人视觉引导与控制等领域，包括查表标定法、相机与激光结构光三角模型标定深度方向Z的方法、以及利用后者验证前者在对深度方向Z的标定结果。查表标定法利用标定块平面标定区在图像中的像素值与其在深度方向(Z方向)的位置坐标值建立映射关系，标定Z，利用栅格标定块、异形标定块中规则图形与其在图像中高度方向(Y方向)的匹配关系建立映射关系，标定Y。相机与激光结构光三角模型标定深度方向Z的方法通过其数学模型结合数字图像处理算法，标定Z。标定装置还包括3D相机、激光结构光、固定平台、伺服电机、编码器、平移滑台、栅格标定块、异形标定块、圆形标识标定块。

技术领域

本发明装置常用领域为机器人视觉引导与控制、测量和定位、三维形貌恢复，公开了一种3D视觉标定装置及方法，特别涉及一种结构光3D视觉快速自动标定装置及方法。

背景技术

激光结构光三维测量技术是非接触式测量的主要方法之一，是机器视觉中特别是三维视觉中一个最重要的环节。激光结构光三维测量技术是用激光结构光光源投射到被测量物体上，再用相机采集物体表面被结构光调制的结构光图像，利用相机的几何光学成像原理和模型从图像中获取物体表面的三维轮廓信息从而将物体的三维形貌恢复。

随着工业自动化领域自动化水平的不断提高，在生产、制造、加工和安装等过程中对工件的测量、定位、视觉引导都是极为关键的环节。目前结构光三角测量技术的标定方法都以手动标定为主，标定过程复杂、手动测量带来了误差、客观性差、标定精度低、标定速度慢、适应性不强，对于自动化要求较高的场合以及生产制造一体化的工艺系统中手动标定显得不协调且不能满足精度的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于解决上述问题和不足，提出了一种应用该3D视觉自动标定装置标定的新方法。

本发明的另一个主要目的在于发明了适用于该方法的一种结构光3D视觉快速自动标定装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种结构光3D视觉快速自动标定装置，包括3D相机1、激光结构光2、固定平台3、第一伺服电机4、第一编码器5、水平平移滑台6、第二伺服电机12、第二编码器13、竖直平移滑台14、异形标定块15、栅格标定块7、圆形标识标定块。

所述异形标定块由平面标定区和异形标定区组成，平面标定区由一块完整的规则的长方形平面构成；异形标定区由形状大小已知的等腰梯形凹槽、V字型凹槽组成。所述栅格标定块由并排的多个规则的等腰梯形凹槽、多个规则的形状大小相同的V字型凹槽、多个规则的形状大小相同的长方体长条组成。标定块的形状设计可有效避免遮挡，有利于图像处理中计算编码区上、下边界。

所述圆形标识标定块由已知直径的规则排布的圆形组成。有利于求解数学模型中的参数。

进一步，采用一维平移台采像方式，包括3D相机1、激光结构光2、固定平台3、第一伺服电机4、第一编码器5、水平平移滑台6及栅格标定块7。一维采相方式计算量更小，标定更迅速。

步骤一，将3D相机、激光结构光安装在固定平台上，相机与激光器成一定夹角，将第一伺服电机4、第一编码器5、水平平移滑台安装并固定，水平平移滑台安装方向与固定平台垂直。保证机构安装的准确性。

步骤二，对固定平台、水平平移滑台进行水平校准，再对相机和激光器的安装位置进行校准。排除因校准不当产生的误差，影响标定结果的准确性。

步骤三，调节激光结构光光线竖直(即与宽度方向平行)投射到栅格标定块上，且此时激光对焦最佳，最后对装置整体进行校准及联调。保证激光对焦最好，有利于激光条纹的提取及计算结果的准确性。

步骤四，开始启动，标定装置自运行，水平平移滑台每移动一个位置，第一编码器(5)将该位置的值记录并传给计算机，同时采集一张栅格标定块图像，共采集N张。采集图像的数量越多，标定结果越准确。