[发明专利]一种激光视觉焊缝跟踪系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种激光视觉焊缝跟踪系统及标定方法，标定时，利用图像处理技术获取一一对应的像素坐标和世界坐标，通过薄板样条插值方法，获取其转换关系从而实现焊缝跟踪系统的标定；实现该方法的系统是通过高精度三轴运动控制平台将焊缝跟踪传感器固定在三轴运动控制平台上，调整标准焊缝的位姿，使其水平位姿与传感器的激光平面垂直；本发明实现过程中，与以往分为两个步骤的标定方法相比，明显减少了标定的过程与步骤，减少了传感器标定步骤以及明显避免了滤波片对相机内参的影响，提高了效率和精度，同时基本无人工交互，自动化程度高，无需采用标定板等辅助工具，其中无高维矩阵运算，计算量小，标定精度高。减少了误差，简单实用快捷高效。

技术领域

本发明涉及激光视觉焊缝跟踪系统领域，具体是一种激光视觉焊缝跟踪系统及标定方法，可以实现焊缝跟踪系统的标定。

背景技术

基于激光视觉的焊缝跟踪传感器的标定包括摄像机标定和结构光标定两部分，其中摄像机标定的方法相对比较成熟。首先需要利用摄像标定的方法进行获取相机内参，再对加上滤波片后的相机进行激光平面的标定。

对于激光平面的标定，早期较为常用的方法有齿形标定法和拉丝标定法，其主要特点就是利用特定靶标在结构光平面上产生标定点，再获取其标定点在结构光平面上的坐标，以此计算出光平面的外参参数。该方法存在一些误差，比如加入滤波片后对相机的内参造成的误差容易导致传感器的精度降低等等。

与现有的利用运动控制平台来辅助标定激光焊缝跟踪传感器的方法相比，本发明提出的激光焊缝跟踪传感器的标定方法自动化程度高，无人工交互，计算简单，操作简便，无需分别计算相机内参和激光平面，省略了计算内参和激光平面带来的误差，也避免了滤波片对于相机标定精度的影响，并且可直接用于激光焊缝传感器的产品量产化。

发明内容

本发明为提高标定精度，减少误差，通过高精度三轴运动控制平台，将焊缝跟踪传感器固定在三轴运动控制平台上，调整标准焊缝的位姿，使其水平位姿与传感器的激光平面垂直，获取一一对应的像素坐标和世界坐标(该点为焊缝与激光的拐点)，利用数学方法获取其转换关系从而实现标定，与以往分为两个步骤的标定方法相比，明显减少了标定的过程与步骤，提高了效率和精度，快捷高效。

本发明的技术内容如下：

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，记录当前零点时的三轴运动控制平台的三维坐标参数；

(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，保存上述世界坐标和图像坐标作为样本数据；

(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。该步骤主要为像素坐标分别计算世界坐标(y,z)。

通过上述步骤(1)-(5)从而完成了标定工作。

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。

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、每行的间隔等等。