[发明专利]一种激光视觉焊缝跟踪系统及标定方法

权利要求书

1.一种激光视觉焊缝跟踪系统的标定方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)将焊缝特征点和激光视觉焊缝跟踪系统的三轴运动控制平台进行零点校准；

(2)三轴运动控制平台在合适的范围内进行运动，选择采集数据的参数，三轴运动控制平台根据参数进行采集；采集的数据包括焊缝特征点的图像坐标和三轴运动控制平台的世界坐标，保存上述的图像坐标和世界坐标数据作为样本数据；

(3)步骤(2)中的样本数据采集完成后，需要进行数据检验；检验数据的稳定性，对于同一点的数据需要采集20次，计算这20次数据的均方根误差，若均方根误差小于0.025，则代表样本数据正确，否则需要重新采集；

(4)进行实际测量时，将采集到的样本数据作为控制点，基于薄板样条插值法进行Block划分，计算每个Block的参数并保存；

(5)此时，获得世界坐标关于图像坐标的关系，即每次提取出的图像坐标，通过计算获取该图像坐标的Block，并在该Block内根据采集的数据点进行插值获取世界坐标。

2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于：所述三轴运动控制平台在合适范围内运动的数据为多行数据，每行之间的高度差相同，并且同一行数据形式为等差数列。

3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于：所述采集数据的参数至少包括数据的行数和列数、起始高度、每行的间隔。

4.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于：步骤(4)中的每个Block内的控制点大于阈值，所述阈值是指薄板样条插值算法中有效Block的控制点的数量，大于8即可达到要求，用于保证插值精度。

5.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于：步骤(4)中计算每个Block的参数的具体步骤如下所示：

薄板样条插值函数的公式为：

式中U、V为焊缝特征点像素坐标，a*U+b*V+c为趋势函数，a、b、c分别为趋势函数中的参数，为基函数；n为该Block中采集的控制点数量，i、j分别代表的是第i个控制点、第j个控制点，i和j均为0到n之间的整数；

对于该Block中的n个控制点，列n+3阶方程组：

求解上述方程组求得该Block的参数，根据TPS公式计算估计值；求上述方程中A_i为该Block中的第i个控制点的权值，d_ij为该Block中第i个控制点和第j个控制点的距离，Z_i为该Block中第i个控制点的坐标值。

6.适用于权利要求1-5中任意一项所述方法的激光视觉焊缝跟踪系统，其特征在于包括：

三轴运动平台控制系统，用于辅助焊缝跟踪传感器获得世界坐标和精度测试，包括高精度的三轴运动控制平台和控制系统；

靶标，用于辅助焊缝跟踪传感器获取像素坐标和世界坐标；靶标是一个标准焊缝加工的模拟工件，为焊缝跟踪传感器在图像坐标系和世界坐标系的坐标提取提供特征明显的点。

7.根据权利要求6所述的激光视觉焊缝跟踪系统，其特征在于：所述三轴运动控制平台的定位精度为5～10μm。

8.根据权利要求6所述的激光视觉焊缝跟踪系统，其特征在于所述系统初始安装方式为：将焊缝跟踪传感器固定在三轴运动控制平台的末端；将靶标置于三轴运动控制平台下端的平面，使得靶标与激光平面垂直，并使得靶标位于焊缝跟踪传感器的视场范围内，并根据靶标所在的位置选择合适的平台运动量程，保证靶标遍布在焊缝跟踪传感器视场的范围内。