CN118015101A - 一种误差标定方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种误差标定方法、装置、设备及存储介质，包括：确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数；获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，所述参数处理结果包括相对所述直线轴的第一参数数据和相对所述旋转轴的第二参数数据；根据所述第一参数数据、第二参数数据和所述联动变换矩阵对所述目标工业设备进行误差标定。上述技术方案，解决了现有技术中遇到特殊情况无法实现高精标定的问题，能够在多种应用场景下直接实现工业设备的五轴精准标定，保证工业设备的作业精度。
Description
技术领域
本发明涉及工业设备误差标定技术领域，尤其涉及一种误差标定方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着工业自动化的迅猛发展，越来越多的高精度高复杂度的工业场景需要使用五轴设备，一直以来五轴设备的精度要求，依赖于出厂前通过厂内高精度仪器仪表的高精度测量与标定，在出厂后若出现改机等情况，需要重新进行五轴标定，重新标定后五轴精度往往难以保持高精度。
发明内容
本发明提供了一种误差标定方法、装置、设备及存储介质，解决了现有技术中遇到特殊情况无法实现高精标定的问题，能够在多种应用场景下直接实现工业设备的五轴精准标定，保证工业设备的作业精度。
第一方面，本公开实施例提供了一种误差标定方法，包括：
确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数；
获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，所述参数处理结果包括相对所述直线轴的第一参数数据和相对所述旋转轴的第二参数数据；
根据所述第一参数数据、第二参数数据和所述联动变换矩阵对所述目标工业设备进行误差标定。
第二方面，本公开实施例提供了一种误差标定装置，包括：
参数确定模块，用于确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数；
参数数据确定模块，用于获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，所述参数处理结果包括相对所述直线轴的第一参数数据和相对所述旋转轴的第二参数数据；
误差标定模块，用于根据所述第一参数数据、第二参数数据和所述联动变换矩阵对所述目标工业设备进行误差标定。
第三方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述第一方面实施例提供的误差标定方法。
第四方面，本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现上述第一方面实施例提供的误差标定方法。
本发明实施例的一种误差标定方法、装置、设备及存储介质，上述技术方案，解决了现有技术中遇到特殊情况无法实现高精标定的问题，能够在多种应用场景下直接实现工业设备的五轴精准标定，保证工业设备的作业精度。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种误差标定方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种误差标定方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种误差标定方法中所涉及直线轴坐标系的示例展示图；
图4是本发明实施例二提供的一种误差标定方法中所涉及旋转轴坐标系的示例展示图；
图5是本发明实施例三提供的一种误差标定装置的结构示意图；
图6是本发明实施例四提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种误差标定方法的流程图，本实施例可适用于对五轴工业设备进行高精标定的情形，该方法可以由误差标定装置来执行，该误差标定装置可以采用硬件和/或软件的形式实现。
如图1所示，该方法包括：
S101、确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据联动变换矩阵确定待处理参数。
在本实施例中，目标工业设备可以理解为应用于工业制造中的设备，例如点胶机。直线轴可以理解为正交直线坐标系的X、Y、Z轴。旋转轴可以理解为绕直线轴旋转的轴，至少包括A、C轴，还可以包括B轴，旋转轴具体包括哪些基于实际需求确定，本实施例对此不设限定。联动变换矩阵可以理解为能够体现直线轴与旋转轴之间联动关系的矩阵，用于实现五轴(X、Y、Z、A、C)的联合精准标定。待处理参数可以理解为需要基于实际的标定板图像求解具体数据的参数，待处理参数表征参数含义，但未设定具体数值，在本实施例中，待处理参数至少包括直线轴的关键参数和旋转轴的关键参数。
具体的，确定出目标工业设备实际的X、Y、Z轴，将实际的X轴与标准直线坐标系(正交坐标系)中X轴重叠，确定出标准直线坐标系的向量，根据目标工业设备实际的X、Y、Z轴的向量和标准直线坐标系的向量确定出实际直线轴与标准直线轴之间的第一变换矩阵。根据标准直线坐标系的向量和旋转轴的向量确定XYZ轴到A轴的变换矩阵，A轴到C轴的变换矩阵，进一步确定AC旋转轴的第二变换矩阵。结合第一变换矩阵和第二变换矩阵确定出目标工业设备直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵。并确定出联动变换矩阵中需要基于实际标定板图像的参数信息来进行精准标定的参数，可以理解的是，待处理参数可以是预先设定的未知数值的参数，也可以是基于实际变换过程中所确定出的未知数值的参数。
S102、获取工业相机传输的标定板图像，并根据标定板图像的图像信息确定相对待处理参数的参数处理结果，参数处理结果包括相对直线轴的第一参数数据和相对旋转轴的第二参数数据。
在本实施例中，工业相机可以理解为与工业设备相关联的相机，用于采集标定板图像。标定板图像可以理解为标定板的照片，标定板图像的图像信息可以理解为标定板的位姿数据。参数处理结果可以理解为待处理参数的实际数据内容，包括直线轴的第一参数数据和旋转轴的第二参数数据。第一参数数据为直线轴的待处理参数的实际数据内容，第二参数数据为旋转轴的待处理参数的实际数据内容。
具体的，获取工业相机传输的若干张标定板图像，每张标定板图像都能够对应表征工业相机与目标工业设备的轴的相对位置，这些标定板图像为至少五组，一个轴对应一组图像，例如，其中一组图像为工业相机与目标工业设备X轴之间各个相对位置的标定板图像。基于每组标定板图像，拟合所对应轴的空间直线，得到对应轴的方向向量，结合对应轴的变换矩阵，得到该轴的待处理参数的参数处理结果。例如，基于X、Y、Z轴对应的标定板图像，拟合出X、Y、Z轴的空间直线，确定X、Y、Z轴的方向向量，结合轴所对应的变换矩阵，求解直线轴所对应待求解参数，得到对应的实际数据内容，即第一参数数据。
S103、根据第一参数数据、第二参数数据和联动变换矩阵对目标工业设备进行误差标定。
在本实施例中，将第一参数数据和第二参数数据代入至联动变换矩阵中，形成完整的联动变换矩阵，此时，该联动变换矩阵能够精确表征旋转轴与直线轴之间的变换关系，已知任一轴的相关参数信息即可得到其他轴的精确的相关参数信息，进行后续的误差补偿，实现目标工业设备的精准误差标定。
本发明实施例所提供的一种误差标定方法，确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据联动变换矩阵确定待处理参数；获取工业相机传输的标定板图像，并根据标定板图像的图像信息确定相对待处理参数的参数处理结果，参数处理结果包括相对直线轴的第一参数数据和相对旋转轴的第二参数数据；根据第一参数数据、第二参数数据和联动变换矩阵对目标工业设备进行误差标定。上述技术方案，不受其他外界因素影响，只确定在五轴联动关系的基础上实现标定。解决了现有技术中遇到特殊情况无法实现高精标定的问题，能够在多种应用场景下直接实现工业设备的五轴精准标定，保证工业设备的作业精度。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种误差标定方法的流程图，本实施例是对上述任一实施例的进一步优化，可适用于对五轴工业设备进行高精标定，该方法可以由误差标定装置来执行，该误差标定装置可以采用硬件和/或软件的形式实现。
如图2所示，该方法包括：
S201、确定目标工业设备的当前直线轴，根据当前直线轴与标准直线坐标系确定相对目标工业设备直线轴的第一变换矩阵。
在本实施例中，当前直线轴可以理解为目标工业设备当前的实际直线轴X，第一变换矩阵可以理解为当前直线轴与标准直线坐标系之间的变换矩阵。
具体的，标准直线坐标系的三个轴分别为X0轴、Y0轴和Z0轴，为正交直线坐标系。确定目标工业设备的当前直线轴，将当前直线轴中的X轴与标准直线坐标系的X0轴重叠，基于重叠的X(X0)轴，确定出标准直线坐标系中Y0轴和Z0轴的基向量。具体的，将当前直线轴的实际的Z轴向量与实际的X轴向量叉乘得到标准直线坐标系Y0轴的基向量；将当前直线轴实际的X轴向量与标准直线坐标系Y0轴的基向量叉乘得到标准直线坐标系Z0轴的基向量。根据X轴向量、Y轴向量、Z轴向量、X0轴的基向量、Y0轴的基向量和Z0轴的基向量，确定相对目标工业设备直线轴的第一变换矩阵。
可选的，确定目标工业设备的当前直线轴，根据当前直线轴与标准直线坐标系确定相对目标工业设备直线轴的第一变换矩阵，包括：
S2011、确定目标工业设备的当前直线轴，将当前直线轴中X轴的方向向量作为标准直线坐标系中X0轴的基，得到X0轴的基向量。
在本实施例中，图3是本发明实施例二提供的一种误差标定方法中所涉及直线轴坐标系的示例展示图。如图3所示，确定出目标工业设备的当前直线轴，向量XYZ分别表示五轴机台的实际XYZ三轴的正方向向量，将当前直线轴中X轴的方向向量作为标准直线坐标系中X0轴的基，即当前的实际直线轴X与标准直线坐标系中X0轴重叠，得到X0轴的基向量。
S2012、根据当前直线轴中X轴的方向向量、Y轴的方向向量和Z轴的方向向量，分别确定相对标准直线坐标系Y0轴的基向量和Z0轴的基向量。
在本实施例中，将当前直线轴中的实际Z轴的方向向量与实际X轴的方向向量叉乘，得到标准直线坐标系Y0轴的基向量；将当前直线轴实际的X轴向量与标准直线坐标系Y0轴的基向量叉乘得到标准直线坐标系Z0轴的基向量。
S2013、根据X轴的方向向量或X0轴的基向量、Y轴的方向向量、Z轴的方向向量、Y0轴的基向量以及Z0轴的基向量，确定相对目标工业设备直线轴的第一变换矩阵。
在本实施例中，X轴的方向向量或X0轴的基向量表示为Nx；Y轴的方向向量表示为Ny，Z轴的方向向量表示为Nz，Y0轴的基向量表示为Ny0，Z0轴的基向量表示为Nz0，确定XYZ标准旋转矩阵M，M＝[Nx；Ny0；Nz0]；取M旋转矩阵的转置M’，分别用旋转矩阵M'乘以向量Nx、Ny、Nz，得到新向量Nx1、Ny1、Nz1。其中Nx1＝[1 0 0]’；Ny1＝[Ox 1Oz]’；Nz1＝[Ax 0 1]。基于向量误差建模的XYZ位置模型为：Pos_XYZ＝Nx1*Jx+Ny1*(-Jy)+Nz1*Jz；其中Jx,Jy,Jz分别表示实际XYZ轴相对于零位的偏离数值，为目标工业设备XYZ轴的关节值，为经验值。可以理解的是，Y轴是摇篮式地带动AC轴运动，因此，Trans_XYZ模型中Jy需要带负号。进一步的，基于XYZ位置模型为Pos_XYZ，改写第一变换矩阵Trans_XYZ＝[IPos_XYZ；0 1],其中I为单位矩阵。
S202、根据标准直线坐标系和旋转轴坐标系，确定相对目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵。
在本实施例中，旋转轴坐标系可以理解为由旋转A轴和旋转C轴构成的坐标系。第二变换矩阵可以理解为旋转轴AC的变换矩阵。图4是本发明实施例二提供的一种误差标定方法中所涉及旋转轴坐标系的示例展示图。如图4所示，C轴相对于A轴是固定位姿关系，A轴旋转带动C轴整体旋转，零初始状态条件下，满足如下条件：C轴的轴向量朝上，且C轴轴向量的Y分量为0。
根据AC两旋转轴之间共垂线、共垂线上垂足点相对标准直线坐标系XYZ三个轴的偏离距离，以及AC两旋转轴的实际轴向量建立相对目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵。
可选的，根据标准直线坐标系和旋转轴坐标系，确定相对目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵，包括：
S2021、根据标准直线坐标系、第一旋转轴坐标系和第二旋转轴坐标系，确定标准直线坐标系相对第一旋转轴坐标系的第一子变换矩阵，和第一旋转轴坐标系相对第二旋转轴坐标系的第二子变换矩阵。
在本实施例中，第一旋转轴坐标系可以理解为A轴的A坐标系。第二旋转轴坐标系可以理解为C轴的C坐标系。第一子变换矩阵可以理解为直线坐标系到A轴坐标系的变换矩阵。第二子变换矩阵可以理解为A轴坐标系到C轴坐标系的变换矩阵。
具体的，如图4所示，A为A轴实际位置，C为C轴实际位置，A0为AC坐标系中相对C0的标准位置，C0为AC坐标系中相对A0的标准位置。零初始状态条件下，AC旋转轴的实际轴向量分别为Va、Vc，空间中AC两条直线之间的共垂线为MN，点M、N分别为A、C轴线上的垂足点，轴间距MN线段长度为Offset_ac，旋转角度Offset_A是A轴机械零位旋转到零初始状态下旋转的角度；偏离距离Offset_X,Offset_Y,Offset_Z是M点相对于标准机械XYZ坐标系的坐标位置。
构造旋转矩阵Rot_A0＝[Va Vy Vz]，其中，向量Vy是由向量Vc叉乘向量Va得到，Vz是由向量Va叉乘向量Vy得到，向量Va,Vy,Vz；因此，机械XYZ坐标系到A轴坐标系的第一子变换矩阵为Trans_A(a)＝[Rot_A0 Pm；01]*Trans_R(a)；其中Pm＝[Offset_X Offset_YOffset_Z]’，Trans_R(a)是A坐标系绕X轴旋转a角度的变换矩阵，a基于实际需求确定，本实施例对此不设限定。
建立A坐标系到C坐标系的第二子变换矩阵Trans_C(c)＝Trans_Dac*Trans_Rc*Trans_Dh*Trans_R(c),其中Trans_Dac是A坐标系沿Y轴方向平移到C坐标系的偏离变换矩阵，其偏离距离是Offset_ac，Trans_Rc是A坐标系绕Y轴旋转某一角度，使Z轴与C轴重合的变换矩阵；Trans_Dh是A坐标系沿Z轴平移到C轴工作台面的高度，使A坐标系与C坐标系重合的变换矩阵，当向量Va,Vc已知的条件下，上述Trans_Dac、Trans_Rc、Trans_Dh都是可求量，不再细述；Trans_R(c)是C坐标系绕其Z轴旋转c角度的变换矩阵。
S2022、根据第一子变换矩阵和第二子变换矩阵确定相对目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵。
在本实施例中，根据第一子变换矩阵Trans_A(a)和第二子变换矩阵Trans_C(c)，通过Trans_AC＝Trans_A(a)*Trans_C(c)，得到相对目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵Trans_AC。
S203、根据第一变换矩阵和第二变换矩阵，确定联动变换矩阵。
在本实施例中，通过直线坐标系XYZ的第一变换矩阵Trans_XYZ和旋转轴坐标系AC的第二变换矩阵Trans_AC，建立联动变换矩阵Trans_XYZ*Trans_Tool＝Trans_AC*Trans_User*Trans_Kine，其中Trans_Tool是XYZ模组Z轴末端所携带的工具坐标，Trans_User是AC轴末端所携带的用户坐标，Trans_Kine是联动正运动学变换矩阵。变换联动变换矩阵形式为：Trans_Kine＝Inv(Trans_User)*Inv(Trans_AC)*Trans_XYZ*Trans_Tool
S204、根据联动变换矩阵分别确定出相对直线轴的待处理参数和相对旋转轴的待处理参数。
在本实施例中，基于联动变换矩阵Trans_Kine、联动变换矩阵下属直线轴的第一变换矩阵Trans_XYZ、旋转轴的第二变换矩阵Trans_AC、第二变换矩阵下属第一子变换矩阵Trans_A(a)和第二子变换矩阵Trans_C(c)中的某一矩阵，确定出相对直线轴的待处理参数Ox、Oz和Ax，以及相对旋转轴的待处理参数Va、Vc、Offset_ac、Offset_A、Offset_X、Offset_Y以及Offset_Z。
可以理解的是，待处理参数可以是预先确定的固定的未知参数，也可以是基于实际需求所确定的未知参数。
S205、对关联的工业相机进行相机内参的参数标定。
在本实施例中，在获取工业相机传输的相对直线轴的标定板图像之前，为保证工业相机所获取并传输标定板图像的图像信息准确性，需要相对工业相机的相机内参进行标定，以进一步保证对工业设备五轴标定的准确性。
具体的，标定板为7*7圆点阵列的halcon标准标定板，标定板精度要求为+-1um。标定板置于C轴的工作平台上，移动A轴使C轴平台面处于水平状态，移动XYZ轴使标定板位于相机视野范围中心位置，标定板占视野范围的1/2左右，标定板在视野中成像清晰。A轴范围[-20,20]度，C轴范围[-60,60]度，从AC轴范围内随机选取20个角度位置，每个角度位置，都调整XYZ轴，使得相机视野中心对准标定板，且使标定板在视野中成像清晰可见，通过工业相机拍照并保存图片。采集完成20张图片后，通过halcon标定软件，对20张图片进行halcon标定板相机内参数标定，完成相机的内参数标定。
S206、获取工业相机传输的相对直线轴的标定板图像。
在本实施例中，获取工业相机经标定后所采集并传输的相对直线轴的标定板图像。此时获取的标定板图像至少包括相对X轴的若干张图像、相对Y轴的若干张图像和相对Z轴的若干张图像。
具体的，测量标定板各个方向的移动数据，工业相机向对应反方向移动，令标定板位于视野的一边，以固定步长向正方向移动N步，每移动一步工业相机采集一张标定板图像。相应的，获取工业相机基于每一步移动时采集并传输的标定板图像。
具体的，测量标定板X正方向移动数据，工业相机向X轴负方向移动，令标定板位于视野的一边，固定步长正方向移动X轴N步，每移动一步采集一张标定板图像，共采集N张标定板图像，获得工业相机传输的相对X轴的N张标定板图像；测量标定板Y正方向移动数据，将标定板移回到工业相机视野中心，再使工业相机向Y负方向移动，令标定板位于视野的一侧，固定步长正方向移动Y轴N步，每移动一步采集一张标定板图像，共采集N张标定板图像，获得工业相机传输的相对Y轴的N张标定板图像；测量标定板Z正方向数据，将标定板移回到相机视野中心，工业相机向Z负方向移动3mm，固定步长1mm正方向移动Z轴6步，每移动一步采集一张标定板图像，共采集6张标定板图像，获得工业相机传输的相对Z轴的6张标定板图像。
S207、根据标定板图像的图像信息，进行相对直线轴的空间直线拟合，确定相对直线轴的待处理参数的第一参数数据。
在本实施例中，标定板的图像信息可以理解为标定板的位姿数据信息。
具体的，根据N张X轴的标定板图像，确定对应的图像信息，即标定板的位姿数据，构建N张标定板图像的图像信息集合PosXi,i＝1,...,N；根据N张Y轴的标定板图像，确定对应的图像信息，即标定板的位姿数据，构建N张标定板图像的图像信息集合PosYi,i＝1,...,N；根据6张Z轴的标定板图像，确定对应的图像信息，即标定板的位姿数据，构建6张标定板图像的图像信息集合PosZi,i＝1,...,6。通过多点空间直线拟合方法，根据三组图像信息(位姿数据)PosXi,i＝1,...,N、PosYi,i＝1,...,N、PosZi,i＝1,...,6，分别拟合出X轴、Y轴、Z轴的方向向量Nx，Ny，Nz。通过三组图像信息，结合第一变换矩阵Trans_XYZ，求解XYZ运动学模型的三个待处理参数[Ox Oz Ax]，得到待处理参数Ox、Oz、Ax所对应的第一参数数据。
另外，通过三组图像信息，结合第一变换矩阵Trans_XYZ，得到相机坐标系相对于XYZ坐标系的姿态矩阵Trans_Cam。
S208、获取工业相机传输的相对旋转轴的标定板图像。
在本实施例中，获取工业相机经标定后所采集并传输的相对旋转轴的标定板图像。此时获取的标定板图像至少包括相对A轴的若干张图像和相对C轴的若干张图像。
具体的，A轴选取范围[-20,20]，C轴选取范围[-60,60]，AC轴分别在范围内取5等分角度值，每个A角度，对应5个C角度，共计25个标定板数据采样位置。每个采样位置，工业相机采集一张对应的标定板图像，获得工业相机相对AC两轴采集并传输的标定板图像。
S209、根据标定板图像的图像信息，进行相对旋转轴的空间直线拟合，分别得到相对第一旋转轴的第一拟合空间直线和相对第二旋转轴的第二拟合空间直线，并根据第一拟合空间直线和第二拟合空间直线确定相对旋转轴的待处理参数的第二参数数据。
在本实施例中，第一旋转轴可以理解为旋转A轴，第一拟合空间直线可以理解为拟合出的A轴的空间直线。第二旋转轴可以理解为旋转C轴，第二拟合空间直线可以理解为拟合出的C轴的空间直线。
具体的，基于标定板图像，确定出标定板图像的图像信息，即XYZ各轴关节位置Jxyz_i,i＝1,...,25；AC关节位置,Jac_i,i＝1,...,25；以及标定板位姿Pos_i,i＝1,..,25。根据标定板位姿Pos_i的位姿数据，通过相机坐标系相对于XYZ坐标系的姿态矩阵Trans_Cam，转化为XYZ模组的工具坐标Tool_i＝Inv(Trans_Cam)*Pos_i,i＝1,...,25，再通过XYZ的工具坐标的运动学模型，求解得到标定板到XYZ坐标系下的位置关系Pxyz_i＝Trans_XYZ*Tool_i,i＝1,..,25。
在25个采样数据Pxyz_i,i＝1,...,25中，按照A轴取值不同，分成5组数据，每组数据C轴取值都是等分[-60,60]范围，令Pxyz_jk,j＝1,...,5,k＝1,...,5，k表示第k组，j表示第k组的第j个数据，每组数据都可以拟合出一个空间圆，令空间圆心坐标为Ca_k，k＝1,...,5，5组数据可以拟合出5个空间圆心坐标，再由5个空间圆心坐标，拟合空间直线，得到旋转A轴的空间轴线，即第一旋转轴的第一拟合空间直线Na。第一拟合空间直线Na的方向向量为Va。
在25个采样数据Pxyz_i,i＝1,...,25中，按照C轴取值不同，分成5组数据，每组数据A轴取值都是等分[-20,20]范围，令Pxyz_jk,j＝1,...,5,k＝1,...,5，k表示第k组，j表示第k组的第j个数据。每组数据都可以拟合出一个空间圆，令拟合出来的空间圆心坐标为Cc_k，k＝1,...,5，以及空间圆所在平面的法向量为N_k,k＝1,...,5。对5个平面的法向量N_k,k＝1,...,5，绕方向向量Na进行空间旋转插值，得到插值出来的法向量Vc，进一步根据Vc旋转C轴的空间轴线，即第二旋转轴的第二拟合空间直线Nc。拟合出当插值出来的法向量Vc满足：Y方向分量为零时，Z方向分量趋近于1时，Vc便是零初始状态下的C轴轴线Nc的方向向量，并计算出此刻所对应的A轴实际角度，此角度值即为A轴的零初始姿态下的偏移角度Offset A；由5点空间圆心拟合空间圆轨迹，确定零初始状态下C轴轴线Nc的空间位置，并根据Nc的空间位置确定AC轴之间共垂线上垂足点距离X、Y、Z轴的距离Offset_X、Offset_Y和Offset_Z。根据第一拟合空间直线Na和第二拟合空间直线Nc确定A坐标系沿Y轴方向平移到C坐标系的偏移距离Offset_ac。得到待处理参数Va、Vc、Offset_ac、Offset_A、Offset_X、Offset_Y以及Offset_Z所对应的第二参数数据。
S210、根据第一参数数据、第二参数数据和联动变换矩阵对目标工业设备进行误差标定。
本发明实施例所提供的一种误差标定方法，通过确定目标工业设备的当前直线轴，根据当前直线轴与标准直线坐标系确定相对目标工业设备直线轴的第一变换矩阵；根据标准直线坐标系和旋转轴坐标系，确定相对目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵；根据第一变换矩阵和第二变换矩阵，确定联动变换矩阵；根据联动变换矩阵分别确定出相对直线轴的待处理参数和相对旋转轴的待处理参数；对关联的工业相机进行相机内参的参数标定；获取工业相机传输的相对直线轴的标定板图像；根据标定板图像的图像信息，进行相对直线轴的空间直线拟合，确定相对直线轴的待处理参数的第一参数数据；获取工业相机传输的相对旋转轴的标定板图像；根据标定板图像的图像信息，进行相对旋转轴的空间直线拟合，分别得到相对第一旋转轴的第一拟合空间直线和相对第二旋转轴的第二拟合空间直线，并根据第一拟合空间直线和第二拟合空间直线确定相对旋转轴的待处理参数的第二参数数据；根据第一参数数据、第二参数数据和联动变换矩阵对目标工业设备进行误差标定。上述技术方案，不受其他外界因素影响，只确定在五轴联动关系的基础上实现标定。解决了现有技术中遇到特殊情况无法实现高精标定的问题，能够在多种应用场景下直接实现工业设备的五轴精准标定，保证工业设备的作业精度。
实施例三
图5是本发明实施例三提供的一种误差标定装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括：
参数确定模块31，用于确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数；
参数数据确定模块32，用于获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，所述参数处理结果包括相对所述直线轴的第一参数数据和相对所述旋转轴的第二参数数据；
误差标定模块33，用于根据所述第一参数数据、第二参数数据和所述联动变换矩阵对所述目标工业设备进行误差标定。
本技术方案采用的误差标定装置，解决了现有技术中遇到特殊情况无法实现高精标定的问题，能够在多种应用场景下直接实现工业设备的五轴精准标定，保证工业设备的作业精度。
可选的参数确定模块31，包括：
第一矩阵确定单元，用于确定目标工业设备的当前直线轴，根据所述当前直线轴与标准直线坐标系确定相对所述目标工业设备直线轴的第一变换矩阵；
第二矩阵确定单元，用于根据所述标准直线坐标系和旋转轴坐标系，确定相对所述目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵；
联动矩阵确定单元，用于根据所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵，确定联动变换矩阵；
待处理参数确定单元，用于根据所述联动变换矩阵分别确定出相对所述直线轴的待处理参数和相对所述旋转轴的待处理参数。
可选的，第一矩阵确定单元，具体用于：
确定目标工业设备的当前直线轴，将所述当前直线轴中X轴的方向向量作为标准直线坐标系中X0轴的基，得到所述X0轴的基向量；
根据所述当前直线轴中X轴的方向向量、Y轴的方向向量和Z轴的方向向量，分别确定相对所述标准直线坐标系Y0轴的基向量和Z0轴的基向量；
根据所述X轴的方向向量或X0轴的基向量、Y轴的方向向量、Z轴的方向向量、Y0轴的基向量以及Z0轴的基向量，确定相对所述目标工业设备直线轴的第一变换矩阵。
可选的，第二矩阵确定单元，具体用于：
根据所述标准直线坐标系、第一旋转轴坐标系和第二旋转轴坐标系，确定所述标准直线坐标系相对所述第一旋转轴坐标系的第一子变换矩阵，和所述第一旋转轴坐标系相对所述第二旋转轴坐标系的第二子变换矩阵；
根据所述第一子变换矩阵和所述第二子变换矩阵确定相对所述目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵。
可选的，该装置还包括相机内参标定模块，具体用于：
在获取工业相机传输的至少五组标定板图像之前，对关联的工业相机进行相机内参的参数标定。
可选的，参数数据确定模块32，具体用于：
获取工业相机传输的相对所述直线轴的标定板图像；
根据所述标定板图像的图像信息，进行相对所述直线轴的空间直线拟合，确定相对直线轴的待处理参数的第一参数数据。
可选的，参数数据确定模块32，具体用于：
获取工业相机传输的相对所述旋转轴的标定板图像；
根据所述标定板图像的图像信息，进行相对所述旋转轴的空间直线拟合，分别得到相对第一旋转轴的第一拟合空间直线和相对第二旋转轴的第二拟合空间直线，并根据所述第一拟合空间直线和所述第二拟合空间直线确定相对旋转轴的待处理参数的第二参数数据。
本发明实施例所提供的误差标定装置可执行本发明任意实施例所提供的误差标定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图6示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备40的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图6所示，电子设备40包括至少一个处理器41，以及与至少一个处理器41通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)42、随机访问存储器(RAM)43等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器41可以根据存储在只读存储器(ROM)42中的计算机程序或者从存储单元48加载到随机访问存储器(RAM)43中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 43中，还可存储电子设备40操作所需的各种程序和数据。处理器41、ROM 42以及RAM 43通过总线44彼此相连。输入/输出(I/O)接口45也连接至总线44。
电子设备40中的多个部件连接至I/O接口45，包括：输入单元46，例如键盘、鼠标等；输出单元47，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元48，例如磁盘、光盘等；以及通信单元49，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元49允许电子设备40通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器41可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器41的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器41执行上文所描述的各个方法和处理，例如误差标定方法。
在一些实施例中，误差标定方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元48。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 42和/或通信单元49而被载入和/或安装到电子设备40上。当计算机程序加载到RAM 43并由处理器41执行时，可以执行上文描述的误差标定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器41可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行误差标定方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种误差标定方法，其特征在于，包括：
确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数；
获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，所述参数处理结果包括相对所述直线轴的第一参数数据和相对所述旋转轴的第二参数数据；
根据所述第一参数数据、第二参数数据和所述联动变换矩阵对所述目标工业设备进行误差标定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数，包括：
确定目标工业设备的当前直线轴，根据所述当前直线轴与标准直线坐标系确定相对所述目标工业设备直线轴的第一变换矩阵；
根据所述标准直线坐标系和旋转轴坐标系，确定相对所述目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵；
根据所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵，确定联动变换矩阵；
根据所述联动变换矩阵分别确定出相对所述直线轴的待处理参数和相对所述旋转轴的待处理参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定目标工业设备的当前直线轴，根据所述当前直线轴与标准直线坐标系确定相对所述目标工业设备直线轴的第一变换矩阵，包括：
确定目标工业设备的当前直线轴，将所述当前直线轴中X轴的方向向量作为标准直线坐标系中X0轴的基，得到所述X0轴的基向量；
根据所述当前直线轴中X轴的方向向量、Y轴的方向向量和Z轴的方向向量，分别确定相对所述标准直线坐标系Y0轴的基向量和Z0轴的基向量；
根据所述X轴的方向向量或X0轴的基向量、Y轴的方向向量、Z轴的方向向量、Y0轴的基向量以及Z0轴的基向量，确定相对所述目标工业设备直线轴的第一变换矩阵。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述标准直线坐标系和旋转轴坐标系，确定相对所述目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵，包括：
根据所述标准直线坐标系、第一旋转轴坐标系和第二旋转轴坐标系，确定所述标准直线坐标系相对所述第一旋转轴坐标系的第一子变换矩阵，和所述第一旋转轴坐标系相对所述第二旋转轴坐标系的第二子变换矩阵；
根据所述第一子变换矩阵和所述第二子变换矩阵确定相对所述目标工业设备旋转轴的第二变换矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取工业相机传输的至少五组标定板图像之前，还包括：
对关联的工业相机进行相机内参的参数标定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，包括：
获取工业相机传输的相对所述直线轴的标定板图像；
根据所述标定板图像的图像信息，进行相对所述直线轴的空间直线拟合，确定相对直线轴的待处理参数的第一参数数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，包括：
获取工业相机传输的相对所述旋转轴的标定板图像；
根据所述标定板图像的图像信息，进行相对所述旋转轴的空间直线拟合，分别得到相对第一旋转轴的第一拟合空间直线和相对第二旋转轴的第二拟合空间直线，并根据所述第一拟合空间直线和所述第二拟合空间直线确定相对旋转轴的待处理参数的第二参数数据。
8.一种误差标定装置，其特征在于，包括：
参数确定模块，用于确定目标工业设备的直线轴与旋转轴之间的联动变换矩阵，并根据所述联动变换矩阵确定待处理参数；
参数数据确定模块，用于获取工业相机传输的标定板图像，并根据所述标定板图像的图像信息确定相对所述待处理参数的参数处理结果，所述参数处理结果包括相对所述直线轴的第一参数数据和相对所述旋转轴的第二参数数据；
误差标定模块，用于根据所述第一参数数据、第二参数数据和所述联动变换矩阵对所述目标工业设备进行误差标定。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的一种误差标定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的一种误差标定方法。
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| CN202410248051.XA CN118015101A (zh) | 2024-03-05 | 2024-03-05 | 一种误差标定方法、装置、设备及存储介质 |
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