[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

说明书

本发明涉及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。其步骤为: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，记录击打光斑时焊缝跟踪仪在焊接平台坐标系的三维坐标；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；利用焊缝跟踪仪拍摄放置在标定块上表面的标定板图像，识别标定板上标志点位置从而推算标定块上光斑的三维坐标；根据光斑中心在焊缝跟踪仪坐标系下的坐标以及对应的在焊接平台坐标系下的坐标，计算两个坐标系之间的旋转R和平移矩阵T，完成标定。本发明方法能有效的标定出焊缝跟踪仪与三轴焊接平台之间的外部参数，标定方法简单，易于操作，标定精度高，能实现对焊接平台三个自由度的精确校正。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术和计算机视觉技术领域,具体的说是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。

背景技术

三轴焊接平台进行焊接过程中，使用焊缝跟踪仪测量得到的焊缝位置信息是在跟踪仪坐标系下，而对三轴焊接平台进行运动参数校正时，需要将跟踪仪坐标系下测得的焊缝位置坐标转换到焊接平台坐标系下，因此需要首先对跟踪仪和焊接平台进行外部参数标定，以获得两个坐标系之间的位置转换关系。

由于激光焊接不同于其他焊接方式：首先，其焊点位置在激光器的焦点上，无法直接测得焊点处的坐标值；其次，当激光器聚焦时，焊点的面积非常小，因此校正参数允许的误差非常小，否则会出现焊点偏离焊缝导致焊接失败。

目前，对焊缝跟踪仪和焊接平台进行参数标定时采用如下方式：1)一般是通过手工测量跟踪仪的跟踪点与焊点之间的距离以获得焊接提前量；2)仅对焊接平面上垂直于焊缝方向的偏差进行运动参数的校正。然而，这种方法测量精度较低，并且只适用于平面直线焊缝的跟踪，对于需要在垂直于焊接平面方向进行高度调整的情况则不适用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种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，该方法能实现跟踪仪与激光焊接平台之间的外部参数的标定，使得跟踪仪获得焊缝位置能转换到焊接平台坐标系下，从而实现对焊接过程中焊缝位置参数x,y,z三个自由度的实时调整，实现激光焊接的精确控制。该方法实施方便、标定精度高。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

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，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。

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；