[发明专利]一种基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法

权利要求书

1.一种基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，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；

(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。

2.根据权利要求1所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用伺服电机匀速驱动旋转轴旋转，采用plc利用触发的方式控制线激光视觉传感器进行拍照。

3.根据权利要求2所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，记录旋转轴初始转动时旋转的角度α₀，并依次记录标定圆圆心与激光线重合时旋转轴的角度值α_i,并记录此时该圆心X方向上的偏移值x_i，直至标定工具上所有标定圆全部扫描标定完成。

4.根据权利要求3所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将该外部坐标系转换为笛卡尔坐标系时，Y方向坐标值计算方式为：Y＝α×R，其中，α为旋转轴的旋转角度，R为旋转轴的转轴半径。

5.根据权利要求4所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述步骤(6)中，根据标定圆圆心在外部坐标系和线激光传感器坐标系中的位置矩阵采用最小二乘法求解线激光视觉传感器与外部坐标系的手眼标定矩阵。

6.根据权利要求5所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述步骤(6)中具体步骤如下：

(6.1)设外部坐标系为Q，线激光传感器坐标系为P，P到Q的旋转矩阵和偏移矩阵分别为R和T，设空间某一点B在Q和P坐标系下的齐次坐标分别为Q_b(X,Y,1)，P_b(x,y,1)，P_b和Q_b之间转换关系如公式(1)所示：

其中R代表线激光传感器坐标系到外部坐标系的旋转矩阵，T代表偏移量，SToBMat2D为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；

(6.2)给定一个最小误差限值Minimum，将所有标定点在外部坐标系中的坐标Q_i(x,y,)和在线激光传感器坐标系中的坐标P_i(x,y,)代入到公式(2)中，通过不断迭代得到SToBMat2D的最佳拟合值，将到SToBMat2D的最佳拟合值代入公式(1)中得到线激光传感器坐标系到外部坐标系的旋转矩阵R与偏移矩阵T；

其中，Qx[i]表示第i个标定点在外部坐标系中的X方向的坐标值，Qy[i]表示第i个标定点在外部坐标系中的Y方向的坐标值，Px[i]表示第i个标定点在线激光传感器坐标系中的的X方向的坐标值，Py[i]表示第i个标定点在线激光传感器坐标系中的的Y方向的坐标值。

7.根据权利要求5所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述标定工具为标定纸，所述标定纸上的标定圆为黑色实心圆，所述标定圆的数量大于10个，所述标定纸平整粘贴于旋转轴上。

8.根据权利要求7所述的基于线激光视觉传感器的旋转轴标定方法，其特征在于，所述标定圆的数量为12个。