[发明专利]一种基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法

说明书

本发明涉及一种基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，包括如下步骤：(1)线激光视觉传感器的安装；(2)标定工具的设置；(3)确定外部坐标系；(4)标定圆圆心在外部坐标系中坐标的确定；(5)分析计算标定圆圆心在线激光传感器坐标系中的坐标：对线激光视觉传感器采集的图像上的标定圆进行拟合，得到标定圆圆心在线激光传感器中的坐标；(6)进行拟合运算，得到标定圆圆心在线激光传感器中的坐标和外部坐标系中的坐标的变换关系的最佳值。本发明的使用，解决了非标准空间直角坐标系(当一个坐标轴为旋转轴)时的相机标定问题，标定过程简单、操标定精度高，同时本发明拓宽了线激光在工业机器人领域的应用范围。

技术领域

本发明属于传感器标定技术领域，具体涉及一种基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法。

背景技术

线结构光传感器是一种非接触式测量装置，主要由相机和线激光器组成。具有结构简单、非接触、测量速度快，精度高等优点，在工业领域的高精度测量中有大量的应用需求。而在使用线激光传感器前需要先对其进行标定，标定的精度将直接影响铸件打磨的准确性和安全可靠性，目前线激光应用比较广泛的是高精度测量，而本发明所用的线激光主要用于机器人工业智能应用领域，对传感器的标定精度具有较高的要求。

对于线激光传感器的机器人手眼变换矩阵标定，采用目前标定方法最后得到的结果主要为相机相对某个坐标系的旋转与偏移量。而这个坐标系通常都是空间直角坐标系。而这种标定方法在非标准空间直角坐标系，如当一个坐标轴为旋转轴的时候并不实用。

现有技术中的标定方式常有以下几种形式：1.通过非接触式标定方法进行线激光手眼变换矩阵的标定。2.使用接触式的标定方式，借助各种标定工具如标定针，标定球、标定工装等工具进行线激光的手眼变换矩阵的标定。3.通过使用多台机器人或使用专门的数控移动平台，以及使用具有固定结构的标定板完成线激光手眼变换矩阵的标定。但是上述方式存在如下缺陷：现有的线激光静态标定方法要么是需要专门的机械运动执行机构携带标定板在激光相机的视野范围内运动，需要增加额外的高精度运动机构，要么，需要多台机器人协同工作，共同完成手眼标定，实际应用时可能没有这么多的机器人供使用。在不借助第二台机器人及额外的运动执行机构时需要在机械臂末端安装已知位置关系的工装或工件，且需要工装或工件上具有多个较明显的特征，此种方式前期准备工作较多，需要额外专门设计的设备，且在机器人携带工装与线激光配合进行扫图的时候，难以操作。采用借助外部工装或工件进行标定时，受标定点特征加工精度的影响，影响标定精度。标定过程复杂，受线激光视野范围的限制，标定时运动机构的运动范围同样受限，标定精度较低，所以这种标定方式用的比较少。

综上所述，亟需提供一种标定过程简单、标定精度高，适用于非标准空间直角坐标系时的相机标定的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种标定过程简单、标定精度高，适用于非标准空间直角坐标系时的相机标定的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，包括如下步骤：

(1)线激光视觉传感器的安装；

(2)标定工具的设置：将标定工具贴附在旋转轴的侧面，标定工具包括多个标定圆；

(3)确定外部坐标系：旋转轴边缘处上标定一个点作为外部坐标系原点，绕转轴旋转的方向作为Y方向，沿旋转轴轴线的方向作为X方向；

(4)标定圆圆心在外部坐标系中坐标的确定：匀速转动旋转轴，记录线激光视觉传感器收到触发信号时旋转轴初始转动的位置以及标定圆位于线激光视觉传感器下方时旋转轴的位置，以此作为标定圆在外部坐标系中的坐标；

(5)分析计算标定圆圆心在线激光传感器坐标系中的坐标：对线激光视觉传感器采集的图像上的标定圆进行拟合，得到标定圆圆心在线激光传感器坐标系中的坐标。