[发明专利]激光加工的视觉匹配方法、系统及介质

权利要求书

1.一种激光加工的视觉匹配方法，其特征在于，包括：

设备固定步骤：将标定板固定在工业机器人法兰盘上，相机固定放置在工业机器人外部空间的第一预设位置；

坐标系构建步骤：构建工业机器人基坐标系Base、法兰盘坐标系Flange、标定板坐标系Tool以及相机坐标系Cam；

矩阵获取步骤：建立四个坐标系间的封闭运动链方程，并获取标定板坐标系与法兰盘坐标系的齐次变换矩阵

坐标获取步骤：通过激光器输出可见指示光，使可见指示光与激光脉冲同轴，移动工业机器人使得标定板截取可见指示光光斑，并获得光斑中心在工业机器人基坐标系下的坐标表示P_Base；

位置关系确定步骤：重复坐标获取步骤，获得固定光路中不同位置的光斑中心坐标，并以此拟合工业机器人基坐标系下的固定光束空间直线方程，确定固定光束与工业机器人的空间位置关系。

2.根据权利要求1所述的激光加工的视觉匹配方法，其特征在于，所述矩阵获取步骤：

运动链方程建立步骤：令标定板在相机视场的第二预设位置，建立四个坐标系间的封闭运动链方程：

其中，

为相机坐标系Cam与基坐标系Base的齐次变换矩阵；

为法兰坐标系Flange与基坐标系Base的齐次变换矩阵；

为标定板坐标系Tool与法兰坐标系Flange的齐次变换矩阵；

为相机坐标系Cam与标定板坐标系Tool的齐次变换矩阵；

通过工业机器人面板上读取操作面板的坐标信息进行求取；

是相机与标定板间的外参矩阵，通过相机标定操作获得，由于相机安装位置与工业机器人基座相对位置不变，以及标定板与法兰盘刚性连接，因此与均为未知常矩阵。

3.根据权利要求2所述的激光加工的视觉匹配方法，其特征在于，所述矩阵获取步骤还包括：

齐次变换矩阵获取步骤：控制工业机器人进行位姿变换，在相机合理视场中采集清晰的标定板图像，并记录工业机器人操作面板的坐标信息，通过机器人面板坐标获得变换前后机器人法兰坐标系Flange与基坐标系Base的齐次变换矩阵与获得变换前后相机坐标系Cam与标定板坐标系Tool的齐次变换矩阵与根据前后两次齐次变换关系建立如下方程组：

变换方程组，可以得到形如AX＝XB的方程：

控制工业机器人进行多次位姿变换，得到多个形如AX＝XB的超定方程，求解方程最优解X即为标定板坐标系与法兰盘坐标系的齐次变换矩阵

4.根据权利要求3所述的激光加工的视觉匹配方法，其特征在于，所述坐标获取步骤包括：

控制工业机器人，使得可见指示光投射至标定板表面，通过相机采集标定板图像，并通过图像处理提取可见指示光的光斑中心图像坐标(u,v)，同时记录工业机器人操作面板的坐标信息(X,Y,Z,A,B,C)；

将光斑中心的图像坐标(u,v)转换到标定板坐标系下的坐标表示P_Tool(x_T,y_T,z_T)，当求取标定板平面上的坐标信息，z_T＝0；

利用小孔成像原理及张正友标定法建立相机标定的几何模型，方程如下形式：

其中，

表示图像像素齐次坐标；

u₀表示图像原点的u向坐标；

v₀表示图像原点的v向坐标；

R表示标定板坐标系与相机坐标系之间的正交旋转矩阵；

T表示标定板坐标系与相机坐标系之间的平移矩阵；

0^T表示零矩阵；

M₁表示相机的内部参数矩阵；

M₂表示相机的外部参数矩阵；

完成相机标定后，建立了图像坐标系的坐标转换到标定板坐标系中的XY平面二维坐标的转换公式；

将光斑中心坐标最终转换到工业机器人基坐标系下的表示P_Base，通过坐标系间的齐次变换关系有：

P_Base表示光斑中心在工业机器人基坐标系下的坐标。