三维相机和三维激光联合标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三维相机和三维激光联合标定方法及系统，通过标定出来三维相机和三维激光之间的位姿变换关系，由工业机器人夹持工件在三维相机下拍照后进行实时三维重建，将工件表面点云坐标数据转换为三维激光标刻轨迹，发送给三维激光进行标刻操作。本发明专利技术的有益效果在于：减少应用工作环节，适应工件不同的形状，真正实现工件标刻的自动化、智能化。智能化。智能化。

【技术实现步骤摘要】
三维相机和三维激光联合标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及激光标定切割
，尤其涉及一种三维相机和三维激光联合标定方法及系统。

技术介绍

[0002]三维激光标刻技术由于具有加工成本低、效率高、加工质量好等特点，如今已经广泛应用于金属、塑料、木材等材料的标刻、切割加工中。三维相机由于非接触式、可视化、适应性强、高精度等优势，正逐渐在产品缺陷检测、物料识别等领域得到推广。
[0003]工业机器人是一种广泛用于工业领域的多自由度机械装置，在实际生产应用中，主要通过在线示教和离线编程两种方式来对其进行编程操作。相对于绝对定位精度，工业机器人具有更高的重复定位精度，以工业机器人ABB IRB4400L
‑
10/2.53为例，其绝对定位精度为0.16mm，而重复定位精度则为0.05mm。所以利用工业机器人的重复定位精度对工件进行定位，能够更好地保证相机和激光的使用精度。
[0004]目前，同时将相机、激光和工业机器人作为一个加工单元进行标定应用的方法较少，中国专利CN201910020824.8《一种基于三维扫描的激光打标机》提出了一种基于三维扫描的激光打标机，通过在三维激光打标机上加装三维相机的方法，将三维扫描仪和三维激光打标机结合起来使用，该专利只针对相机和激光，未集成机器人模块，且没有具体说明三维相机和激光之间的标定方法。中国专利CN201910604376.6《激光加工的视觉匹配方法、系统及介质》公开了一种激光加工的视觉匹配方法、系统及介质，通过在法兰盘末端安装标定板，建立相机坐标系、法兰盘坐标系、标定板坐标系和机器人基坐标系之间的封闭运动链方程，获取标定板坐标系和法兰盘坐标系之间的齐次变换矩阵，从而达到相机和机器人之间的标定目的。该专利只针对相机和工业机器人进行了标定，尚未集成三维激光模块，且该方法主要依靠工业机器人的绝对定位精度来建立四个坐标系之间的封闭运动链方程，所以标定结果无法达到高精度要求。
[0005]针对上述这种情况，本专利技术提出了一种三维相机和三维激光联合标定方法及系统，能够有效地对现有技术进行改进，克服其不足。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种三维相机和三维激光联合标定方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题，其具体方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种三维相机和三维激光联合标定方法，所述方法包括：
[0008]使平板夹具与三维激光坐标系XY平面重合；
[0009]标定三维相机与三维激光的位姿变换关系；
[0010]标定工业机器人不同位姿之间的变换关系。
[0011]优选地，所述标定三维相机与三维激光的位姿变换关系，所述方法包括：
[0012]标记所述平板夹具与所述三维激光坐标系XY平面重合时的工业机器人位置为第
一位置，并调整所述三维激光参数在平板夹具上标刻出三维激光坐标系；
[0013]依次将所述工业机器人移至所述三维相机下拍照范围内的不同位置，分别标记所述工业机器人位置为第二位置、第三位置，并通过所述三维相机分别拍照标定在第二位置、第三位置时所述三维激光坐标系在三维相机坐标系下的坐标；
[0014]依次计算出在第二位置、第三位置时所述三维相机坐标系与所述三维激光坐标系的变换关系，分别得到所述第二位置、第三位置的三维相机坐标系至所述第一位置的三维激光坐标系之间的变换关系。
[0015]优选地，所述依次计算出在第二位置、第三位置时所述三维相机坐标系与所述三维激光坐标系的变换关系，分别得到所述第二位置、第三位置的三维相机坐标系至所述第一位置的三维激光坐标系之间的变换关系，所述方法包括：
[0016]将所述三维激光坐标系在三维相机中的原点、在X轴正方向上一点、在Y轴正方向由XY轴所构成的平面上任一点的坐标分别设为P0(x0,y0,z0)，P
x
(x1,y1,z1)，P
y
(x2,y2,z2)，则所述三维相机坐标系至所述三维激光坐标系的转换关系为；
[0017]x方向向量：n＝(x1‑
x0,y1‑
y0,z1‑
z0)；
[0018]y方向向量：o＝(x2‑
x0,y2‑
y0,z2‑
z0)；
[0019]z方向向量：
[0020]矫正后y方向向量：
[0021]得到第一变换矩阵T1或第二变换矩阵T2均为形式。
[0022]优选地，所述标定工业机器人不同位姿之间的变换关系，所述方法包括：
[0023]计算所述工业机器人从所述第二位置到所述第三位置的第三变换矩阵T3为：
[0024]T3＝T2*T1
‑1[0025]优选地，所述使平板夹具与三维激光坐标系XY平面重合，所述方法包括：
[0026]将工业机器人移至三维激光下，以使所述工业机器人上的平板夹具与所述三维激光坐标系的XY平面重合。
[0027]优选地，所述方法还包括：
[0028]对安装于工业机器人末端的工件，分别在第二位置和第三位置处进行拍照获得该工件两个不同位姿的点云；
[0029]通过不同位姿之间的变换关系对获得的两个不同位姿的点云进行拼接，获得所述工件的三维重建模型，并将所述三维重建模型在上位机进行可视化展示。
[0030]优选地，所述通过不同位姿之间的变换关系对获得的两个不同位姿的点云进行拼接，获得所述工件的三维重建模型，所述方法包括：
[0031]将工业机器人在第二位置时拍照所得点云通过计算得到的第二位置到第三位置的变换矩阵T3进行变换，即可和工业机器人在第三位置处拍照得到的点云完成拼接，得到三维重建模型。
[0032]优选地，所述方法还包括：
[0033]将三维轨迹投影在工件的三维重建模型上；
[0034]通过所述三维相机与三维激光的位姿变换关系将三维轨迹转换到三维激光坐标系；
[0035]将工业机器人移至三维激光坐标系的初始位置进行三维标刻。
[0036]第二方面，本专利技术提供了一种三维相机和三维激光联合标定系统，所述系统包括：
[0037]坐标系匹配模块，用于使平板夹具与三维激光坐标系XY平面重合；
[0038]三维相机
‑
激光标定模块，用于标定三维相机与三维激光的位姿变换关系；
[0039]工业机器人位姿变换标定模块，用于标定工业机器人不同位姿之间的变换关系。
[0040]第三方面，本专利技术提供了一种三维相机和三维激光联合标定系统，所述系统包括：
[0041]三维相机；
[0042]三维激光；
[0043]工业机器人；
[0044]通信总线，用于实现处理器与存储器间的连接通信；
[0045]存储器，用于存储计算机程序；
[0046]处理器，用于执行所述计算机程序以实现如下步骤：
[0047]使平板夹具与三维激光坐标系XY平面重合；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维相机和三维激光联合标定方法，其特征在于，所述方法包括：使平板夹具与三维激光坐标系XY平面重合；标定三维相机与三维激光的位姿变换关系；标定工业机器人不同位姿之间的变换关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定三维相机与三维激光的位姿变换关系，所述方法包括：标记所述平板夹具与所述三维激光坐标系XY平面重合时的工业机器人位置为第一位置，并调整所述三维激光参数在平板夹具上标刻出三维激光坐标系；依次将所述工业机器人移至所述三维相机下拍照范围内的不同位置，分别标记所述工业机器人位置为第二位置、第三位置，并通过所述三维相机分别拍照标定在第二位置、第三位置时所述三维激光坐标系在三维相机坐标系下的坐标；依次计算出在第二位置、第三位置时所述三维相机坐标系与所述三维激光坐标系的变换关系，分别得到所述第二位置、第三位置的三维相机坐标系至所述第一位置的三维激光坐标系之间的变换关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依次计算出在第二位置、第三位置时所述三维相机坐标系与所述三维激光坐标系的变换关系，分别得到所述第二位置、第三位置的三维相机坐标系至所述第一位置的三维激光坐标系之间的变换关系，所述方法包括：将所述三维激光坐标系在三维相机中的原点、在X轴正方向上一点、在Y轴正方向由XY轴所构成的平面上任一点的坐标分别设为P0(x0,y0,z0)，P
x
(x1,y1,z1)，P
y
(x2,y2,z2)，则所述三维相机坐标系至所述三维激光坐标系的转换关系为；x方向向量：n＝(x1‑
x0,y1‑
y0,z1‑
z0)；y方向向量：o＝(x2‑
x0,y2‑
y0,z2‑
z0)；z方向向量：矫正后y方向向量：得到第一变换矩阵T1或第二变换矩阵T2均为形式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定工业机器人不同位姿之间的变换关系，所述方法包括：计算所述工业机器人从所述第二位置到所述第三位置的第三变换矩阵T3为：T3＝T2*T1
‑1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷浩浩，李振汉，陈达伟，张晓龙，王宝辉，苏鸿波，黄全杰，元波，杜天福，
申请(专利权)人：泉州深索思传感器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：