CN111504189A - 一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法 - Google Patents

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蔡建辉
么文昊
冯海萌
杨新宇
何欢
李林轩
董悦
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Abstract

本发明公开了一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，包括以下步骤：步骤一，激光检测获取坐标值；步骤二，两点确立直线；步骤四，基准工件轨迹设定和交点计算完成记录；步骤五，执行程序，激光测量坐标值，计算交点相对偏差，修正运动轨迹，本发明涉及工件或物体检测技术领域。该激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，精度上比单纯寻位计算位置更高，功能上更强大，解决了工件旋转后不准的问题，既解决工件任何方向移动所带来的偏差，又能解决旋转出现的偏差，精度高，机器人姿态自由，满足不同用途和工艺，指令简洁，每条边只需要扫描两次，就可以完成寻位和计算操作，能够精确计算偏差修正运动轨迹。

Description

一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法
技术领域
本发明涉及工件或物体检测技术领域，具体为一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法。
背景技术
近几年来我国工业自动化水平得到了稳步提升，我国自2013年开始，便连续7年成为了全球最大的工业机器人需求市场，与此同时，我国工业机器人年销量稳步增长，超过了全球销量的三分之一。例如在焊接行业，弧焊机器人代替人工，效率和质量都得到提升，但对于同样一批次的工件由于放置位置和装夹等原因会存在任意方向的偏差，尤其对于氩弧焊和激光焊等精度要求非常高的工艺，任何偏差都会影响产品焊接效果，而每次的人工示教不仅繁琐浪费时间影响焊接质量而且对于焊接成型的一致性也存在问题影响美观。
目前存在的激光传感器寻位方式单一，大多数视觉系统检测到特征点位置数据后发送给机器人，引导机器人到达该位置，该方式使用条件高，寻位精度差，并且无法精确修正因旋转角度产生的偏差，并且对于机器人的姿态也有一定的限制，从而无法满足工艺要求，对于需要准确获取起点或终点等交点的物件普通的寻位则无法实现。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，通过求每条边的直线和构建直线方程组求交点，来解决工件偏移和旋转导致修正不准的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，具体包括以下步骤：
S1、激光检测获取坐标值：通过激光视觉传感器测量获取照射位置P1-P4的坐标值，并将其存储到定义的全局变量中，针对直边多边形的每条边需要获取两个坐标值，并且使得两个激光照射位置相距变远；
S2、两点确立直线：通过“过两点有且只有一条直线”的数学理论确立针对激光视觉获取的P1和P2两个坐标值，并求得该多边形一条边的激光坐标值直线；
S3、两条直线相交时计算交点坐标值：通过建立空间两点直线，P1P2直线与P3P4直线相交交点的方程组进行简化拆分，分别求出原始交点B的坐标值X，Y，Z；
S4、基准工件轨迹设定和执行程序交点计算完成记录；
S5、当工件一换成同样的工件二，位置和高度发生偏移并且存在旋转角度，执行程序，激光测量坐标值，计算交点相对偏差，并修正运动轨迹。
优选的，所述步骤S1中的激光视觉传感器是采用型号为英莱DOF-120系列的激光传感器。
优选的，所述步骤S2中P1和P2两点坐标值分别为(x1，y1，z1)和(x1，y1，z1)，且空间两点确定的直线方程为：A1x+B1y+C1z+D1＝0，确立两条直线方程联立求得交点坐标，并以同样的方法求得其他直线和交点。
优选的，所述步骤S4中运动轨迹交点为预先设定好的轨迹和姿态，工件发生移动后激光测量坐标执行程序计算，即可在原有姿态和轨迹基础上进行精确修正。
优选的，所述步骤S5中采用相对求交点方法计算求得交点并计算得到交点偏差，将原始轨迹与偏差值进行计算得到最终的X,Y,Z坐标，并且与原始轨迹的欧拉角(O,A,T)值相结合，组成工业机器人的精确定位位置，完成轨迹修正。
优选的，所述步骤S2中令P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)，P4(x4，y4，z4)，即可求得多边形一条边的激光坐标值直线的方程如下：
a1＝x2-x1 a2＝x4-x3 a3＝b1*c2-b2*c1
b1＝y2-y1 a2＝x4-x3 b3＝c1*a2-c2*a1
c1＝z2-z1 c2＝z4-z3 c3＝a1*b2-a2*b1。
优选的，所述步骤S1中P1、P2为一条边上的不重复的两点且距离尽量大。P3、P4点为一条相邻边上的不重复的两点且距离尽量大，保证两边或延长线是相交的。
优选的，所述步骤S3中根据直线关系式求得交点坐标值，具体如下：
x5h＝(a3*x3+b3*b3*x1/a3-b3*(y1-y3)+c3*c3*x1/a3-c3*(z1-z3))
x5l＝(a3+b3*b3/a3+c3*c3/a3)
x5＝(x5h/x5l)
y5＝(b3*(x5-x1)/a3+y1)
z5＝(c3*(x5-x1)/a3+z1)
x6h＝(b1*x5/a1-y5-b2*x3/a2+y3)
x6l＝(b1/a1-b2/a2)
x6＝x6h/x6l
y6＝(b1*(x6-x5)/a1+y5)
zh6＝(c1*(x6-x5)/a1+zh5)
x7h＝(b3*x6/a3-y6-b1*x1/a1+y1)
x7l＝(b3/a3-b1/a1)
x7＝x7h/x7l
y7＝b3*(x7-x6)/a3+y6
zh7＝c3*(x7-x6)/a3+zh6
xn＝(x6+x7)/2
yn＝(y6+y7)/2
zn＝(zh6+zh7)/2
交点坐标值(xn,yn,zn)。
优选的，所述步骤S4中首先执行程序进行原始轨迹设定和原始交点计算记录。
(三)有益效果
本发明提供了一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，包括以下步骤：步骤一，激光检测获取坐标值；步骤二，两点确立直线；步骤三，两条直线相交时计算交点坐标值；步骤四，基准工件轨迹设定和交点计算完成记录；步骤五，当工件一换成同样的工件二，位置和高度发生偏移并且存在旋转角度。执行程序，激光测量坐标值，计算交点相对偏差，修正运动轨迹，功能实现步骤简练，很好的实现了通过求每条边的直线和构建直线方程组求交点，来解决工件偏移和旋转导致修正不准的问题，精度上比单纯寻位计算位置更高，功能上更强大可以解决工件旋转后不准的问题，既可以解决工件任何方向移动所带来的偏差，又可以解决旋转出现的偏差，精度高，机器人姿态自由，满足不同用途和工艺，指令简洁，每条边只需要扫描两次，就可以完成寻位和计算操作，能够精确计算偏差修正运动轨迹。
(2)、该激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，程序简单，在本发明计算程序以子程序或者集成指令的方式创建到机器人系统中，使用时只需调用插入即可，所有的计算都不需要人为操作，便于操作人员使用。
(3)、该激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，能够实现精确定位，在本发明应用数学关系计算出相对关系，无论检测工件是上下左右偏移还是任何方向的旋转，通过点，线，交点的位置关系即可精确定位每个轨迹点。
(4)、该激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，机器人姿态灵活，在本发明中采用相对求交点的方式，每次计算出交点偏差值来实现轨迹修正，不干涉机器人因本身工艺需求设定的姿态角度和位置，使用灵活。
附图说明
图1为本发明获取扫描坐标值的示意图；
图2为本发明工件位置发生变化时的激光视觉修正示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例提供一种技术方案：一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，具体包括以下步骤：
S1、激光检测获取坐标值：通过激光视觉传感器测量获取照射位置P1-P4的坐标值，并将其存储到定义的全局变量中，针对直边多边形的每条边需要获取两个坐标值，并且使得两个激光照射位置相距变远，激光视觉传感器是采用型号为英莱DOF-120系列的激光传感器，P1、P2为一条边上的不重复的两点且距离尽量大，P3、P4点为一条相邻边上的不重复的两点且距离尽量大。
保证两边或延长线是相交的；
S2、两点确立直线：通过“过两点有且只有一条直线”的数学理论确立针对激光视觉获取的P1和P2两个坐标值，并求得该多边形一条边的激光坐标值直线，P1和P2两点坐标值分别为(x1，y1，z1)和(x1，y1，z1)，且空间两点确定的直线方程为：A1x+B1y+C1z+D1＝0，确立两条直线方程联立求得交点坐标，并以同样的方法求得其他直线和交点，令P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)，P4(x4，y4，z4)，即可求得多边形一条边的激光坐标值直线的方程如下：
a1＝x2-x1 a2＝x4-x3 a3＝b1*c2-b2*c1
b1＝y2-y1 a2＝x4-x3 b3＝c1*a2-c2*a1
c1＝z2-z1 c2＝z4-z3 c3＝a1*b2-a2*b1；
S3、两条直线相交时计算交点坐标值：通过建立空间两点直线，P1P2直线与P3P4直线相交交点的方程组进行简化拆分，分别求出原始交点B的坐标值X，Y，Z，根据直线关系式求得交点坐标值，具体如下：
x5h＝(a3*x3+b3*b3*x1/a3-b3*(y1-y3)+c3*c3*x1/a3-c3*(z1-z3))
x5l＝(a3+b3*b3/a3+c3*c3/a3)
x5＝(x5h/x5l)
y5＝(b3*(x5-x1)/a3+y1)
z5＝(c3*(x5-x1)/a3+z1)
x6h＝(b1*x5/a1-y5-b2*x3/a2+y3)
x6l＝(b1/a1-b2/a2)
x6＝x6h/x6l
y6＝(b1*(x6-x5)/a1+y5)
zh6＝(c1*(x6-x5)/a1+zh5)
x7h＝(b3*x6/a3-y6-b1*x1/a1+y1)
x7l＝(b3/a3-b1/a1)
x7＝x7h/x7l
y7＝b3*(x7-x6)/a3+y6
zh7＝c3*(x7-x6)/a3+zh6
xn＝(x6+x7)/2
yn＝(y6+y7)/2
zn＝(zh6+zh7)/2
交点坐标值(xn,yn,zn)；
S4、基准工件轨迹设定和执行程序交点计算完成记录，运动轨迹交点为预先设定好的轨迹和姿态，工件发生移动后激光测量坐标执行程序计算，即可在原有姿态和轨迹基础上进行精确修正；
S5、当工件一换成同样的工件二，位置和高度发生偏移并且存在旋转角度，执行程序，激光测量坐标值，计算交点相对偏差，并修正运动轨迹，采用相对求交点方法计算求得交点并计算得到交点偏差，将原始轨迹与偏差值进行计算得到最终的X,Y,Z坐标，并且与原始轨迹的欧拉角(O,A,T)值相结合，组成工业机器人的精确定位位置，完成轨迹修正。
本发明一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，可应用在焊接、切割或检测定位领域，也可应用在触碰传感等工艺和各品牌工业机器人上。
综上，本发明方案与现有寻位相比，本发明功能性比现有寻位精度更高，使用场景更多，功能更丰富，既可以解决工件平移所带来的任何方向偏差，又可以解决旋转出现的偏差，相比现有寻位方法，指令操作上简化许多，只需要扫描三次，就可以完成寻位操作，通过求直线、建立直线方程求交点，多条直线确定平面等过程能够很好的解决工件偏移和旋转导致修正不准的问题。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、激光检测获取坐标值：通过激光视觉传感器测量获取照射位置P1-P4的坐标值，并将其存储到定义的全局变量中，针对直边多边形的每条边需要获取两个坐标值，并且使得两个激光照射位置相距变远；
S2、两点确立直线：通过“过两点有且只有一条直线”的数学理论确立针对激光视觉获取的P1和P2两个坐标值，并求得该多边形一条边的激光坐标值直线；
S3、两条直线相交时计算交点坐标值：通过建立空间两点直线，P1P2直线与P3P4直线相交交点的方程组进行简化拆分，分别求出原始交点B的坐标值X，Y，Z；
S4、基准工件轨迹设定和执行程序交点计算完成记录；
S5、当工件一换成同样的工件二，位置和高度发生偏移并且存在旋转角度，执行程序，激光测量坐标值，计算交点相对偏差，并修正运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，其特征在于：所述步骤S1中的激光视觉传感器是采用型号为英莱DOF-120系列的激光传感器。
3.根据权利要求1所述的一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，其特征在于：所述步骤S2中P1和P2两点坐标值分别为(x1，y1，z1)和(x1，y1，z1)，且空间两点确定的直线方程为：A1x+B1y+C1z+D1＝0，确立两条直线方程联立求得交点坐标，并以同样的方法求得其他直线和交点。
4.根据权利要求1所述的一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，其特征在于：所述步骤S4中运动轨迹交点为预先设定好的轨迹和姿态，工件发生移动后激光测量坐标执行程序计算，即可在原有姿态和轨迹基础上进行精确修正。
5.根据权利要求1所述的一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，其特征在于：所述步骤S5中采用相对求交点方法计算求得交点并计算得到交点偏差，将原始轨迹与偏差值进行计算得到最终的X,Y,Z坐标，并且与原始轨迹的欧拉角(O,A,T)值相结合，组成工业机器人的精确定位位置，完成轨迹修正。
6.根据权利要求1所述的一种激光视觉寻位求交点精确定位多边形轨迹的方法，其特征在于：所述步骤S2中令P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)，P4(x4，y4，z4)，即可求得多边形一条边的激光坐标值直线的方程如下：
a1＝x2-x1 a2＝x4-x3 a3＝b1*c2-b2*c1
b1＝y2-y1 a2＝x4-x3 b3＝c1*a2-c2*a1
c1＝z2-z1 c2＝z4-z3 c3＝a1*b2-a2*b1。
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