[发明专利]一种应用于电弧增材的激光相机手眼标定方法

权利要求书

1.一种应用于电弧增材的激光相机手眼标定方法，其特征在于，上述方法包括焊接机器人，焊接机器人前端设有焊枪以及与焊枪固定连接的激光相机，焊枪下方设有工作台，工作台上放置有长方体标定板；上述方法具体包括如下步骤：

步骤1，打开相机控制端，将相机控制端与激光相机连接；激光相机发出的激光线投影在工作台上，激光相机发出的激光线沿激光相机坐标的X轴方向延伸，沿激光相机坐标的Z轴方向射出；

步骤2，定义一个工件坐标系wobj1，使用标定板上表面左下角顶点为工件坐标系原点，上表面长边为工件坐标系的X轴方向，上表面短边为工件坐标系的Y轴方向；

步骤3，使用机器人内置的6点法定义当前焊枪尖端工具坐标tool1，该工具坐标tool1对应的齐次变换矩阵记做

步骤4，对准Rz方向：使用机器人示教器，移动焊枪尖端到标定板上方约50mm处，将焊枪尖端沿工具坐标系Z轴方向旋转，使激光线与标定板上表面长边重合；

步骤5，对准Ry方向：此时在相机软件中读取到光平面与标定板上表面的交线，将焊枪尖端沿工具坐标系Y轴方向旋转，使交线呈水平状态，交线与工件坐标系X轴方向平行；

步骤6，对准Rx方向：设置机器人为基于工件坐标系wobj1的平移运动，将焊枪尖端沿着工具坐标系Z轴方向上移100mm，此时激光线偏离标定板，沿工具坐标系X轴方向旋转焊枪头，使激光线再次与标定板上表面的长边重合；重复将焊枪尖端在工具坐标系Z方向上上下平移，观察激光线是否偏离标定板边沿，如有偏移，需要沿工具坐标系X轴方向继续旋转焊枪头，直到将焊枪尖端在工具坐标系Z方向上上下平移时激光线没有偏移偏离标定板的对应边沿为止；

步骤7，从机器人示教器中读取到当前焊枪尖端在工具坐标系下的点姿态[x,y,z]，[q1,q2,q3,q4]，记为S点位姿；经过步骤4～6调整后，此时光平面与标定板上表面相互垂直；

步骤8，确定Z方向偏移量：焊枪尖端在保持S点姿态的前提下进行平移运动，将焊枪尖端沿着工件坐标系Z轴方向竖直向下平移，直至焊枪尖端刚好触碰到标定板上表面，此时，焊枪尖端在工件坐标系Z方向的坐标为0，此时从相机软件读取到相机与标定板z方向的距离，记为Oz，Oz为Z方向偏移量；其中，Oz＝(P_tool3).z-(P_tool1).z；P_tool3为相机中心点在工件坐标系wobj1下的位置，P_tool1为焊枪尖端在工件坐标系wobj1下的位置；P_tool3的z值可以在相机软件中读取，P_tool1在工件坐标z＝0的平面上，所以z值为0；

步骤9，确定Y方向偏移量：焊枪尖端在保持S点姿态的前提下进行平移运动，将焊枪尖端平移到标定板上表面约1-3mm高度，沿着工件坐标系Y轴负方向移动，直到焊枪尖端处于标定板长边正上方，此时焊枪尖端在工件坐标系Y方向的坐标为0，记录当前焊枪尖端的坐标[x1,y1,z1]，继续将焊枪尖端沿着工件坐标系Y轴负方向移动，直到激光线与标定板上表面长边重合，记录当前焊枪尖端的坐标[x2,y2,z2]，Y方向偏移量Oy＝y2-y1；

步骤10，确定X方向偏移量：焊枪尖端在保持S点姿态的前提下进行平移运动，将焊枪尖端平移到标定板上表面约1-3mm高度，使激光线回到标定板上，此时再将焊枪尖端沿着工件坐标系X轴正方向移动，直到焊枪尖端处于标定板上表面短边边沿正上方，此时焊枪尖端在工件坐标系X方向的坐标为0，此时激光线位于标定板短边范围内，记录当前焊枪尖端的坐标[x3,y3,z3]，控制焊枪尖端继续沿工件坐标系X正方向平移，直到相机软件中显示标定板上表面短边边沿处于x＝0的位置，记录当前焊枪尖端的坐标[x4,y4,z4]，X方向偏移量Ox＝x4-x3；

步骤11，求解相机工具坐标tool3：

求解相机工具坐标，即求解根据齐次变换原理可以得到：

当机器人焊枪尖端移动到Point点时，为4x4的单位矩阵；

式(2)带入式(1)得到:

根据上述步骤1～10对准后，当焊枪尖端位于工件坐标的(0,0,0),(q1,q2,q3,q4)位姿，此时相机姿态为(Ox,Oy,Oz),(0,0,1,0)即：

为(0,0,0),(q1,q2,q3,q4)对应的齐次变换矩阵；

为(Ox,Oy,Oz),(0,0,1,0)对应的齐次变换矩阵；

为焊枪工具坐标对应的齐次变换矩阵，该值是由6点法标定得到；

由(3)求解得到相机工具坐标