陈汉 任杰亮 闫帅 石晓鹏 李志勇

摘要：随着现代智能制造的快速发展，金属增材制造、绿色再制造、焊接等领域大量使用机器人等自动化装备，视觉传感是机器人智能制造的关键环节。针对上述需求设计了一套基于线结构光的视觉传感器，并对其进行标定，自主开发了用于机器人激光增材制造的机器视觉系统。该系统通过Matlab相机标定工具包实现相机的内外参数标定，利用Labview编程提取出像素坐标，根据最小二乘法拟合出相机坐标系下的光平面方程，实现像素坐标到光平面坐标的转换，最后针对视觉传感器与机器人的“Eye-in-Hand”系统实现手眼标定，完成像素坐标到机器人三维基坐标的转换。实验结果表明，开发的视觉传感器具有较高的定位精度，各方向平均误差仅为1 mm。

关键词：增材制造;机器视觉;线结构光;手眼标定

中图分类号： TG665      文献标识码： A文章编号：1001-2303（2022）02-0036-06

Laser Additive Manufacturing Machine Vision System Development

CHEN Han， REN Jieliang， YAN Shuai， SHI Xiaopeng， LI ZhiyongSchool of Materials Science and Engineering， North University of China， Taiyuan 030051， China

Abstract： With the rapid development of modern intelligent manufacturing， Robots and other automation equipment are widely used in metal additive manufacturing， green remanufacturing， welding and other fields. Visual sensing is a key link in robot intelligent manufacturing. This article addresses the above requirements， Designed and calibrated a set of vision sen‐ sors based on laser structured light， and independently developed a machine vision system for the robotic laser additive manufacturing process. This method realizes the internal and external parameter calibration of the camera through the Mat‐ lab camera calibration toolkit， uses Labview programming to extract the pixel coordinates， fits the laser plane equation in the camera coordinate system according to the least square method， and realizes the conversion from pixel coordinates to laser plane coordinates. Finally， the "Eye-in-Hand" system of the vision sensor and the robot realizes hand-eye calibration， and ob‐ tains the conversion of pixel coordinates to the three-dimensional base coordinates of the robot. Experiments show that the developed vision sensor has high positioning accuracy.

Keywords： additive manufacturing; machine vision; line structured light; Eye-in-Hand calibration

引用格式：陳汉，任杰亮，闫帅，等.面向机器人激光增材制造的机器视觉系统标定算法[J].电焊机，2022，52（2）：36-41.           Citation：CHEN Han， REN Jieliang， YAN Shuai， et al. Laser Additive Manufacturing Machine Vision System Development[J]. Electric Welding Ma‐ chine， 2022， 52（2）：36-41.

0  前言

增材制造技术（Addictive Manufacturing，AM）[1]是一种基于离散分离原理，对三维模型进行分层切片，再通过添加材料快速制造实体零件的技术。按照热源能束的不同，可将金属增材制造技术分为激光、电弧和电子束三类[2]。激光增材制造技术（La‐ ser Addictive Manufacturing，LAM）[3]是以激光作为热源，金属粉末或丝材作为成型材料，惰性气体作为保护气的金属增材制造技术，在航天航空、汽车、电子、医疗、军工等领域得到了广泛应用[4-7]。LAM成型制品质量与激光功率、工艺设计和焊接路径规划有密不可分的关系。……