一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法
专利汇可以提供一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于弧焊 机器人 的线结构光视觉系统自动标定方法，包括：步骤1、将预定的约束限制将标定板放置于机器人工作区域内任何 位置 ；步骤2、人为操作机器人，使得标定板位置出现在采集的图像正中间的矩形框内，并以此为基准更新机器人标定程序中各个采集点的位置分量；步骤3、采集15个位置下的15幅标定板图像和另外4个位置下的标定板图像和对应的激光条纹图像；步骤4、由采集的前15张图像计算相机的内参数及手眼关系参数；由采集的后4组图像计算结构光平面参数。本发明仅对第一个标定板采集位置进行图像 定位 ，后续位置通过平移变换自动更新，无需人为操作，方便快捷，大大提高了灵活性和快速性，能够适应实际生产环境的需要。，下面是一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法专利的具体信息内容。
1.一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1、将预定的约束限制将标定板放置于机器人工作区域内任何位置；
步骤2、初始标定板采集位置的图像定位，人为操作机器人，使得标定板位置出现在采集的图像正中间的矩形框内，并以此为基准更新后续机器人采集图像的位置，即更新机器人标定程序中各个采集点的位置分量；
步骤3、运行机器人标定程序，先采集15个位置下的15幅标定板图像，然后再通过控制线结构光传感器中激光的通断实现另外4个位置下的标定板图像和对应的激光条纹图像的采集；
步骤4、由采集的前15张图像计算相机的内参数及手眼关系参数；由采集的后4组图像计算结构光平面参数；完成整个标定过程。
2.根据权利要求1所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：步骤1中，所述预设约束限制具体为：标定板的坐标系Oc-XcYc与机器人基坐标系Or-XrYrZr中，标定板的X轴及Y轴分别平行于机器人基坐标系的X轴和Y轴。
3.根据权利要求1所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的步骤2具体包括：
步骤21、移动机器人末端位置，使得标定板出现在相机的视野中，此时通过上位机调节相机的曝光时间，保证标定板成像具有一定的对比度；
步骤22、调节机器人末端位置，保证整个标定板图像位于设定的矩形框内，大小与矩形框的大小基本一致，将当前位置确定为初始标定图像采集位置；
步骤23、设原始的各个点的标定位置为 当前位置即初始标定图像采
集位置为 则得到当前位置与原始的各个点的标定位置之间的平移变换关系，即步骤24、通过所述平移变换关系对后续各标定点的位置进行更新，即
步骤25、通过上位机发送更新的标定点位置到机器人控制器中，通过机器人控制器修改机器人标定示教程序中每个示教点的位置分量，即可完成标定点的更新。
4.根据权利要求3所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的原始的各个点的标定位置具体为第一次进行机器人视觉系统标定时各个标定点的位置，通过人为指定。
5.根据权利要求1所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的步骤3具体包括：
步骤31、先采集15个位置下的15幅标定板图像，图像中标定板的位置遍布相机的视野范围；
步骤32、然后机器人自动运动到另外4个位置，在每个位置下，先采集一幅标定板图像，然后通过机器人IO及上位机与以太网通信分别控制视觉传感器中激光器的打开以及相机曝光时间的更改，使得激光线照射在标定板上，在无其他杂光的干扰下，采集对应的激光条纹图像；
步骤33、，通过上位机与机器人通信自动读取每个采集位置下机器人末端的位置坐标并保存到上位机中。
6.根据权利要求5所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：步骤32中采集对应的激光条纹图像时，所述采集标定板图像和采集激光条纹图像在同一位置，采集激光条纹时打开激光器，使激光条纹照射到标定板上，同时更改相机的曝光时间，采集只包含有激光条纹的图像，该激光条纹图像采用图像识别出激光中心线，映射到对应位置下的标定板图像中，从而识别出激光中心线与标定板中每列圆形靶标的交点。
7.根据权利要求1所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的步骤4具体包括：
步骤41、提取保持的15幅标定板图像及对应的机器人位置；
步骤42、进行相机标定，求解相机内参数；
步骤43、标定机器人与相机的手眼关系参数；
步骤44、由另外4个位置中每个位置下所采集的标定板图像和激光条纹图像，采用交比不变性及最小二乘拟合方法计算出线结构光平面方程的参数。
8.根据权利要求7所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的步骤42具体包括：
步骤421、构造单应性矩阵，将图像点与空间点对应起来，然后通过线性求解得到相机参数初始值，所述单应性矩阵为：
sm＝HM
式中，图像点齐次坐标为m＝[u v 1]T，对应标定板上空间点齐次坐标为M＝[Xc Yc 1]T，H为构造的单应性矩阵，s为比例因子，K为相机内参数矩阵，ax和ay是在两个不同方向上焦距值，旋转矩阵R和平移矩阵t构造成相机外参数矩阵；
步骤422、加入径向畸变的影响，对上一步得到的相机参数进行非线性优化，具体采用最大似然估计构造优化目标函数，然后利用Levenberg-Marquarat算法求解，所述构造优化目标函数为：
γo是优化目标函数，mij是第i幅标定板图像中第j个标定点的图像坐标，Hi是第i幅标定板图像的单应性矩阵，Mj是第j个标定点的空间坐标值， 是通过初始解得到的图像坐标估计值。
9.根据权利要求7所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的步骤43具体包括：
步骤431、获取每个位置下标定板相对于相机坐标系{C}下的空间位置Bi，同时计算得到焊枪相对于机器人基坐标系{B}的位置Ai，设X为相机坐标系相对于焊枪坐标系{T}的变换关系，则构造方程AX＝XB；
步骤432、采用非线性优化方式求解所述方程，以得到更高精度的优化目标函数，使手眼关系误差e尽量小：
其中，cHp是标定板到传感器坐标系{C}的变换矩阵，bHp是标定板到机器人基坐标系{B}的变换矩阵，cHt是工具坐标系{T}到传感器坐标系的变换矩阵，tHb是机器人基坐标系到工具坐标系的变换矩阵，W是平衡各个未知量的的平衡矩阵，e为构造的手眼关系误差。
10.根据权利要求7所述的用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法，其特征在于：所述的步骤44具体包括：
步骤441、根据交比不变性 可以计算出激光条纹与每列靶标所
构成直线的交点，即求C'：
C'＝A'+t(B'-A')
步骤442、每组标定板图像及激光条纹图像能够求出的7个C'，四组共够获取28个交点，通过最小二乘拟合方法对结构光平面方程ax+by+cz+1＝0进行拟合，求出平面参数a，b，c。
一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法
技术领域
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具体实施方式
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