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焊缝寻位系统标定技术-焊缝寻位系统坐标系组成

发布时间:2021-09-06
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焊接系统中为了精确获得焊接工件的三维点云数据,并将扫描系统下的坐标数据转换到机器人 基础坐标系下,就需要对三维扫描仪、焊枪及机械臂三者的位姿关系进行标定。本篇文章先介绍机器人焊缝寻位系统坐标系的组成,在此基础上,分别介绍了双目系统标定、 TCP 标定及手眼标定。所谓双目标定,即标定出三维扫描仪内部两个相机的内外参。作为机 械臂的工具坐标(TCP),焊枪被固定在机械臂末端法兰处,焊枪标定即 TCP 标定的目的就是将机械臂末端坐标系下的坐标转换到焊枪坐标系下。通过手眼标定,可以求解出 相机坐标系和机器人工具坐标系之间的关系,从而将机械臂系统和三维扫描系统统一起来。 

焊缝寻位系统坐标系组成 

本文所述的焊缝寻位系统由四个坐标系组成,分别为机械臂基础坐标系( ) ,, b b b x y z 、 机械臂末端坐标系( ) ,, e e e x y z 、工具坐标系(TCP,即焊枪坐标系)( ) ,, t t t x y z 以及相机 坐标系( ) ,, c c c x y z ,图 2-1 为系统坐标系组成示意图。 

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其中,机器人底座固定在地面不动,相机和焊枪均固定在机械臂末端,可随其任意 移动,且相机和焊枪与机械臂末端法兰均为刚性连接,因此工具坐标系、相机坐标系和 机械臂末端坐标系三者之间的位姿关系是固定不变的。一般来说,工业机器人的末端 坐标系相对基础坐标系的位姿关系可以从机器人系统获得。因此本文需要依次进行双目相机标定、TCP 标定及手眼标定。通过双目标定得到相机的内外参,从而确定相机 坐标系,因此需要优先进行。在本文所述的焊缝寻位系统中,以焊枪末端作为机械臂的 工具中心点 TCP,通过 TCP 标定即可得到系统的工具坐标系相对机器人坐标系的位姿 关系。最后通过手眼标定实现相机坐标系相对工具坐标系的位姿转换,从而完成整个 系统的坐标转换,如图 2-2 所示。 

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