[发明专利]一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统及其标定方法

说明书

本发明属于机器人视觉测量领域，并公开了一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统及其标定方法。该视觉测量系统包括外部跟踪装置，立体球笼靶标，面阵扫描仪，工业机器人和标定装置，面阵扫描仪设置在工业机器人末端，立体球笼靶标设置在面阵扫描仪上。本发明还公开了上述测量系统的标定方法，通过采用外部跟踪装置和面阵扫描仪分别扫描立体球笼靶标和标定装置，采集在姿态不变位置变的状态下和位姿变换下的两组目标数据，然后建立相互坐标系之间的转换关系，最后利用两组数据计算获得面阵扫描仪坐标系和立体球笼靶标坐标系之间转换矩阵。通过本发明，避免不同人或不同时刻处理同样的数据可能导致求解结果不一样，实现了标定求解的稳定性和一致性。

技术领域

本发明属于机器人视觉测量领域，更具体地，涉及一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统及其标定方法。

背景技术

大型零件的测量在工业制造领域的数字化测量，数字化加工，数字化装配等诸多方面有广泛应用，是实现工业制造的自动化与智能化的技术方向之一。

现有大型零件的测量分接触式和非接触式。接触式测量有三坐标测量机，双目三坐标测量系统；非接触式测量主要有摄影测量，基于标志点拼接的面阵扫描仪或线激光扫描仪测量方案。接触式测量一般精度较高，但是属于点位测量，数据获取效率低，数据获取量小。摄影测量系统在布置标志点之后，能够实现测点的批量获取，数据获取效率与数量有一定的提升，但是多数只能用于关键尺寸的测量；基于标志点拼接的面阵扫描仪或线激光扫描仪测量方案，能够实现点云高效率大批量的获取，但是标记点的布置与清理工作费时费力。上述对于需要布置标志点的测量方案，在不能使用或不方便布置标记点的工况中，受到了极大的限制。本方案采用工业机器人携带面阵扫描仪是实现数据的高效率高精度较高柔性和较大范围的获取，通过外部跟踪装置实现无标志点的高精度拼接，成功回避了已有方案的诸多问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统及其标定方法，通过采用外部跟踪装置和面阵扫描仪分别扫描立体球笼靶标和标定装置，采集在姿态不变位置变的状态下和位姿变换下的两组目标数据，然后建立相互坐标系之间的转换关系，最后利用两组数据计算获得面阵扫描仪坐标系和立体球笼靶标坐标系之间转换矩阵，由此解决大尺寸零件的高精度扫描和拼接的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统，该视觉测量系统包括外部跟踪装置，立体球笼靶标，面阵扫描仪，工业机器人和标定装置，其中：

所述面阵扫描仪设置在工业机器人末端，所述立体球笼靶标设置在所述面阵扫描仪上，所述外部跟踪装置和所述工业机器人相对设置，用于获取立体球笼靶标的位姿数据，所述标定装置设置在所述外部跟踪装置与工业机器人之间，所述面阵扫描仪用于扫描并获取所述标定装置的点云数据，所述工业机器人用于调整所述面阵扫描仪的位置和姿态。

进一步优选地，所述标定装置包括黑色基体和设置在该基体上的多个白色哑光陶瓷标定球，每个所述标定球的三维坐标和半径唯一对应一个所述标定球。

按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述所述的基于外部跟踪的机器人视觉测量系统的标定方法，该方法包括下列步骤：

(a)设定所述面阵扫描仪的位姿，在该设定的位姿下，通过所述外部跟踪装置和面阵扫描仪获得一组目标数据，保持所述面阵扫描仪的姿态不变，n-1次改变其位置，通过所述外部跟踪装置和面阵扫描仪获得不同位置下的n-1组目标数据，以此获得在所述目标数据；

(b)m次改变所述面阵扫描仪的位姿，通过所述外部跟踪装置和面阵扫描仪获得m组目标数据，以此获得m组所述目标数据，其中，每组所述目标数据包括所述外部跟踪装置获取的所述立体球笼靶标的位姿和所述面阵扫描仪扫描的所述标定装置的点云数据；