资源描述：
《焊接机器人再制造中结构光传感器的标定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第12期焊接学报Vol.30No.122009年12月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONDecember2009焊接机器人再制造中结构光传感器的标定殷子强,张广军,高洪明,吴林(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001)摘要:在基于焊接机器人的柔性再制造平台中,对零件破损部位的三维测量是获取再制造模型的关键步骤.文中提出了一种结构光传感器系统的快速标定方法,对柔性再制造线结构光三维扫描测量系统进行了标定.标定过程中首先采用平面
2、靶标法标定出CCD摄像机线性模型的内外参数,然后通过靶标上的结构光条纹的像求解出光平面方程,确定结构光光平面与摄像机的位置关系.在标定出结构光测量系统的各个参数后,即可以求得零件破损部位特征点的三维坐标,从而获得破损零件的再制造模型.该方法标定过程简单,精度较高,易于实现现场标定.关键词:焊接机器人;再制造;结构光;标定中图分类号:TG115.28文献标识码:A文章编号:0253-360X(2009)12-0057-04殷子强0序言从而获得破损零件的再制造模型.零件再制造是一种刚刚兴起的优质、高效、节1
3、系统的数学模型能、节材的先进制造技术,越来越受到研究者的关注[1-4].随着焊接机器人技术和自动控制技术的发结构光三维测量系统模型如图1所示,图1中,展与应用,基于焊接机器人的柔性再制造逐渐成为摄像机为针孔模型,L为激光发射器与CCD摄像机研究热点.在基于焊接机器人的柔性再制造平台之间的直线距离;f为摄像机焦距;Ocxcyczc为摄像中,首先要由焊接机器人手臂末端夹持结构光传感机坐标系,Oixiyi为像平面坐标系,OwXwYwZw为器,与变位机协作对破损零件进行三维扫描测量,将世界坐标系;虚线围成的扇面
4、区域为线结构光平面,测得数据传递给PC机,操作者利用这些数据建立摄像机主轴Oczc由Oc点出发穿过该平面.零件的再制造模型,再通过机器人控制器控制焊接机器人对零件进行再制造.可见对零件破损部位的三维测量是获取再制造模型的关键步骤.目前,结构光法以其大视场、大量程、信息易提取等特点,在三维测量方面得到广泛应用,国内外许多学者对结构光三维测量原理和方法进行了深入研[5-8]究.系统采用结构光三维扫描测量的方法对零件进行测量和建模.在对零件进行测量之前必须要对系统进行标定,文中采用线结构光扫描的方式对破损零件
5、进行测量,并针对该测量系统的标定问题进行了研究.系统的标定不仅包括CCD摄像机的内外参图1结构光三维测量系统模型数标定,还包括系统中结构光光平面与摄像机相对Fig11Modelofstructured2lightrangingsystem位置关系的标定.标定出结构光测量系统的各个参数后,即可以求得零件破损部位特征点的三维坐标,假设图1中P点为代测量物体表面上的一点,则物体目标点P在世界坐标系的坐标(Xw,Yw,Zw)收稿日期:2008-08-07基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2002A
6、A305402)与其在像平面内的投影点P′的坐标(u,v)之间的©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net58焊接学报第30卷[9,10]关系为XWuXWXwYWuαγu00sv=K[r1r2r3t]=K[r1r2t]YW(4)RtYw0zcv=0βv00(1)11T01Zw1100101由式(4)可知,靶标平面上的点与其像点之间建式中:α,β,γ,u0为v0为
7、摄像机内部参数;α,β分立了一个单应性映射,每一幅图像都可以计算出一别为图像u轴和v轴上的尺度因子;γ为描述两图个单应性矩阵H,得～～像坐标轴倾斜程度的参数;u0和v0为摄像机主点sm=HM,H=K[r1r2t](5)坐标;R和t为摄像机外部参数,分别表示旋转矩阵令H=[h1h2h3],由式(5)得和平移矢量.简记为[h1h2h3]=λK[r1r2t]～～sm=K[R
8、t]M(2)式中:λ为一常数因子.因为r1和r2是正交单位矢～～式中:s为比例因子;M和m分别为齐次矩阵表示的量,有如下两个约束,即αγ
9、u0T-T-1h1KKh2=0(6)世界坐标和像素坐标;K=0βv0为摄像机内T-T-1T-T-1h1KKh1=h2KKh2(7)001令部参数矩阵.B11B12B13结构光光平面方程可由三元一次方程描述为-T-1B=KK=B12B22B23=Axc+Byc+Czc+D=0(3)B13B23B33式中:A,B,C,D分别为平面方程系数项参数;xc,1γv0γ-u0βyc,zc为光平面上点在摄像机坐标系下的三维坐2-22ααβαβ标.上述式(
