[发明专利]一种全自动的结构光手眼三维测量系统标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构光手眼三维测量系统及其标定方法，具体是指由线结构光、摄像机和机器人构成的结构光手眼三维测量系统的全自动标定方法。

技术背景

随着计算机技术和机器视觉的兴起和发展，以及工业自动化程度的不断提高，传统的测量技术已远远不能满足现代化的生产需求，视觉测量以其速度快、精度高、非接触、自动化程度高等优势，在非接触测量领域发挥越来越大的作用。视觉测量技术应用的关键是在工业现场建立简单有效的视觉测量系统，目前集机械、电子、光学和计算机技术于一体的结构光三维测量与目标重建系统在工业现场正得到越来越广泛的应用，如模具外形检测、风轮叶片检测、军事测量以及军事制导跟踪、文物保护、汽车轮廓、以及机器人手眼定位系统。在结构光中，激光以其单色性、单向性的优点而成为应用的主流。

激光结构光三维视觉测量是一种利用图像和可控光源的测量技术，其主要原理是采集系统采集可控光源照射在被测物体上的图像，并根据该图像恢复物体几何信息。根据可控光源投射出的光束模式的区别，结构光视觉测量可分为点结构光测量、单线结构光测量、多线结构光测量和网格结构光测量。其中单线结构光法，由光源投射出一条条形的光纹，通过图像处理手段提取到该光条纹，根据光条纹的形状来恢复该物体光截面上的空间物理几何尺寸，可以完成对物体表面三维信息的全部扫描。因其扫描效率高，是目前运用的最成熟的结构光视觉测量技术。将单线结构光和摄像机构成的视觉传感器安装在机械手末端可构成线结构光手眼三维测量系统，以其测量精度高，机械手工业执行性好，广泛应用于焊接，装配，高精度搬运等工业测量领域。结构光手眼测量系统在制造业技术改造、提高产品质量、减少工人劳动强度、改善工人劳动条件、等方面有明显的优越性。

实现该测量系统自动化工作的前提是系统的标定问题，标定参数包括结构光光平面参数、摄像机参数和手眼矩阵参数。现有的标定方法大多基于高精度靶标的标定，标定过程复杂且标定板易磨损，在一些无法使用标定板的环境无法完成系统标定任务。本发明给出一种基于环境特征点的全自动标定方法，给定机器人2个位姿，控制机器人进行五次平移运动即可实现结构光手眼三维测量系统的标定，提高结构光手眼三维测量系统使用的自动化程度。

发明内容

本发明针对现有标定结构光手眼测量系统方法中存在的标定精度对靶标精度依赖度高，标定过程复杂，提出一种基于三个环境特征点的全自动标定方法。该标定方法无需使用特制高精度靶标，可使用工业现场常见的非等腰直角三角形工件，以工件的角点作为标定特征点。

按照本发明提供的技术方案，所述结构光手眼三维测量系统全自动标定方法如下：

第一步:给定机器人一个初始位姿T0=RHW0tHW001,]]>将标定工件放置在摄像机视野区域I₀中，采集一幅图像，提取三角形工件的三个角点作为标定特征像点m_0i(i＝1,2,3)，而后精确控制机器人进行5次平移运动，分别为并在每次运动后拍摄包含标定特征点的图像，提取图像特征像点m_1i～m_5i。

第二步:根据结构光手眼测量系统中特征像点运动前后关系，建立每个特征点关于摄像机内参数K和手眼矩阵旋转部分R的最小二程方程，标定出摄像机内参数K和手眼矩阵旋转部分R，同时得到三个特征点在摄像机坐标系的三维坐标X_C0i，进一步求解三个点构成的平面方程π₁。