[发明专利]旁轴式视觉系统与激光振镜加工系统位置关系的标定方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种旁轴式视觉系统与激光振镜加工系统位置关系的标定方法。

背景技术

高精度激光加工(如刻蚀、焊接等)中，常常采用视觉系统测量被加工件的位置和角度，然后根据测量结果引导振镜或激光头进行加工。

旁轴式视觉系统由于不需要改变已有激光加工系统的光路与机械结构，其在高精度激光加工中应用最广泛。但为了提高激光加工精度，激光加工以及视觉系统的视野范围均较小，两者的视野范围并没有重合之处，即使重合，也只在视野边缘部分，畸变大，不适合高精度激光加工。所以，实际生产中，视觉系统与激光加工系统位置关系的确定，变得尤为重要，特别是在高精度激光加工中，位置关系的精度直接影响加工精度。

旁轴式视觉系统引导激光加工系统的过程为：激光加工系统中二维位移平台移动到上下料工位，人工将工件摆放至二维位移平台并通过工装夹具固定，完成机械粗定位。二维位移平台将工件送至相机视野范围，相机拍照，获取工件在相机坐标系下的位置与角度信息。根据相机坐标系与振镜坐标系之间的位置关系，将工件的位置与角度信息转换到振镜坐标系中，驱动二维位移平台，使得工件移动到振镜视野范围，驱动振镜的偏移距离和旋转角，加工工件。相机与振镜间位置关系的确定是激光加工系统标定的关键。

传统的视觉系统与激光加工系统的位置关系依靠机械结构调整装置来保证，如将相机固定于平移与旋转组合平台上，通过手动或电动调节平移与旋转台，从而调整相机，使其与激光头处于预期的位置关系。调整是否到位，往往通过相机视频观察来确定。调整的过程比较费时，且带入了很多人为因素；同时，机械结构设计较复杂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便捷、高速、适用于高精度激光加工的旁轴式视觉系统与激光加工系统位置关系的标定方法。

本发明所采用的技术方案是：一种旁轴式视觉系统与激光振镜加工系统位置关系的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立标定相机坐标系O_c-X_cY_cZ_c和振镜坐标系O_L-X_LY_LZ_L；其中，O_c表示相机光心，O_cZ_c与相机光轴重合，O_cX_c平行于相机像元水平方向，O_cY_c平行于相机像元垂直方向；O_L表示振镜光心，O_LZ_L与振镜光轴重合，O_LX_L沿振镜系统的X方向，O_LY_L沿振镜系统的Y方向；

步骤2：在振镜下方二维位移平台上放置试刻靶标，且试刻靶标位于振镜视野范围内；

步骤3：启动激光振镜加工系统，在试刻靶标上刻蚀标记点阵列，标记为圆形，其圆心即标记点，记下此时标记点i在振镜坐标系下坐标(X_Li,Y_Li,0)；

步骤4：移动二维位移平台使试刻靶标上所有标记点均位于标定相机视野范围，记下此时标记点在振镜坐标系下坐标(X_Li+t_x,Y_Li+t_y,0)，t_x、t_y分别表示试刻靶标在振镜坐标系X_L和Y_L方向的位移；

步骤5：标定相机拍摄标记点图像，并在标记点图像中提取标记点的图像坐标(u_i,v_i)，结合图像坐标(u_i,v_i)和相机成像原理获得标记点在标定相机坐标系下坐标；

步骤6：结合t_x、t_y及标记点在标定相机坐标系下坐标，获得二维位移平台前标记点在标定相机坐标系下坐标(X_ci,Y_ci,Z_ci)；