[发明专利]激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法

权利要求书

1.激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制激光器在焊接平台上移动使其在标定块上表面击打光斑，并记录光斑在焊接平台坐标系的三维位置坐标{P_li}；

利用焊缝跟踪仪采集光斑图像并处理、计算光斑中心的二维图像坐标位置；

利用焊缝跟踪仪拍摄标定板图像，通过识别标定板上标志点位置确定标定板平面在跟踪仪坐标系下的位置坐标；

根据标定板与标定块的位置关系进一步确定光斑中心在焊缝跟踪仪坐标系下的三维坐标{P_ti}；

根据光斑中心在焊缝跟踪仪坐标系下的坐标{P_ti}，以及对应的在三轴焊接平台坐标系下的三维坐标值{P_li}，计算跟踪仪坐标系与三轴焊接平台坐标系之间的旋转R和平移矩阵T，完成外部参数的标定。

2.根据权利要求1所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述该方法是基于标定系统实现的，该标定系统包括：焊接平台、激光器、焊缝跟踪仪、标定块、标定板；

所述焊接平台为三轴直线模组，所述焊缝跟踪仪、激光器分别固定安装在三轴直线模组的末端、且二者相对位置不变，调节激光器焦点与焊接平台坐标原点重合，焊接平台移动的坐标即为光斑在焊接平台下的坐标；

所述标定块有两个阶梯上表面，高度差为h，放置在焊接平台的运动范围内，且当焊接平台处于原点位置时焊缝跟踪仪能拍摄到标定块被击打的光斑图像；

所述标定板表面设有若干圆形标志点且相邻圆点中心等距，所述标志点用于确定标定板坐标轴的方向。

3.根据权利要求1所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述激光器在标定块上表面击打光斑的步骤包括：

控制焊缝跟踪仪、激光器在焊接平台上移动；当移动到标定块上方时，打开激光器发射激光，在标定块每个阶梯表面击打光斑，并且击打光斑过程中保持激光器聚焦。

4.根据权利要求3所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述标定块两个阶梯上表面共击打至少3个光斑。

5.根据权利要求3所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述击打光斑过程中保持激光器聚焦包括：通过控制激光器在焊接平台上升或降落h高度，使得激光器保持在待加工表面聚焦。

6.根据权利要求3所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述进行图像处理并计算光斑中心的二维坐标位置的步骤包括：

通过图像增强、边缘提取处理获取光斑轮廓；通过椭圆拟合计算光斑几何中心。

7.根据权利要求1所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述通过识别标定板上标志点位置确定标定板平面在跟踪仪坐标系下的位置坐标的步骤包括：

对采集的标定板图像进行图像增强、边缘提取处理获取标志点轮廓，通过椭圆拟合计算标志点中心位置，从而确定标定板平面在跟踪仪坐标系下的三维位置坐标。

8.根据权利要求6或7所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述图像增强、边缘提取处理的步骤包括：

所述图像增强为对获取的图像进行去噪，以减少噪声的影响；

所述边缘提取为：首先设置阈值参数进行像素级边缘提取，对所有边缘进行过滤去除非目标边缘像素；其次进行亚像素边缘提取，以获得边缘信息用于边缘图形拟合。

9.根据权利要求1所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述根据标定板与标定块的位置关系进一步确定标定块上光斑所在表面的三维坐标的步骤包括：

根据标定板厚度值以及其在焊缝跟踪仪坐标系下的位置坐标，计算标定块上光斑所在表面的平面方程，据此计算光斑中心在焊缝跟踪仪坐标系下的三维位置坐标。

10.根据权利要求1所述的激光焊接中焊缝跟踪仪与三轴焊接平台外部参数标定方法，其特征在于，所述外部参数是指从跟踪仪坐标系到焊接平台坐标系的变换矩阵，使用旋转矩阵R和平移矩阵T表示。