标定结果检查与分析

对于标定完成的外参数据,需要对其检查,并判断标定精度是否满足要求。如果误差超出正常范围,需要定位造成误差的原因,解决问题后,再重新标定,直至获得符合要求的外参。

验证标定结果

本节提供快速验证标定结果的方法。

验证方法 精度要求不高 精度要求高 说明

查看误差点云

需要

需要

粗略验证

查看机器人的点云与机器人模型的重合度

需要

需要

粗略验证

查看标定板点云相对于固定点的偏移量

需要

需要

粗略验证(EIH场景下相机无法拍机器人基座)

使用外参精度验证工具验证外参

不需要

需要

全面和定量验证

在点云视图中查看误差点云

在计算出相机外参后,执行如下操作:

  1. 标定结果计算完成后,在计算外参步骤的点云视图面板查看误差点云。

    误差点云用于显示每个标定位姿上标定板圆点真实值与计算值之间的偏差。详细说明,请参考误差点云说明
  2. 确认标定精度满足项目精度要求。查找占比为100%的误差值,即可粗略确定标定的精度。

例如,下图的标定精度为±2.5 mm之内(使用标定板多个随机位姿方法采集标定数据)。

check error point cloud randompose

例如,下图的标定精度为±1 mm之内(使用TCP尖点触碰方法采集标定数据)。

check error point cloud tcptouch

点云误差参考标准如下:

  • 一般工程场景,要求所有数据点误差在±3 mm以内,即< 3 mm误差的点达到100%。

  • 高精度场景,要求所有数据点误差在±2 mm以内,即< 2 mm误差的点达到100%。

  • 码垛场景,要求所有数据点误差在±5 mm以内,即< 5 mm误差的点达到100%。

上述标准仅供参考,具体要求以实际生产中的工程精度要求为准。

误差点云说明

误差点云的颜色表示对应点的误差等级(每0.5 mm一个误差等级),由绿到红颜色越深表示该点的误差越大。

要查看每个误差等级的点,在点云视图面板,在英文输入法状态下按下数字键0~9。软件会高亮点云中相应误差等级的点(按键0对应误差小于0.5 mm的点,按键 1 对应误差在0.5 mm 至 1 mm之间的点,依此类推)。

下图展示误差小于 0.5 mm 的数据点(按下数字键 0)。

calibration reference check errorpointcloud1

下图展示误差在2.0~2.5 mm的数据点(按下数字键 4)。

calibration reference check errorpointcloud2

在场景视图中查看机器人的点云与机器人模型的重合度

该标定结果验证方法适用于ETH和EIH场景下的标定。对于ETH场景下的标定,相机需要采集机器人手臂的点云;对于EIH场景下的标定,相机需要采集机器人基座的点云。在EIH场景下,机器人的自由度以及机器人工作空间需要保证机器人末端能够到达基座附近,这样相机才能拍到基座。

ETH场景下的标定:

在计算出相机外参后,执行如下操作:

  1. 将机器人手臂移动至相机视野范围内。

  2. 计算外参步骤中,单击2 辅助工具区域中的相机采集按钮。该操作将触发相机拍照。

  3. 在右侧场景视图,通过目测检查真实机器人点云与机器人模型的重合程度。

    如机器人的点云与机器人模型大致重合,则说明标定结果可用。

    check coincidence degree arm

EIH场景下的标定:

在计算出相机外参后,执行如下操作:

  1. 将机器人末端移动到相机可以拍到基座的位置。

  2. 计算外参步骤中,单击2 辅助工具区域中的相机采集按钮。该操作将触发相机拍照。

  3. 在右侧场景视图,通过目测检查真实机器人点云与机器人模型的重合程度。

    如机器人的点云与机器人模型大致重合,则说明标定结果可用。

    check coincidence degree base
  • 目测检查结果仅能辅助判断相机外参的准确性,不能作为修正外参的直接依据。

  • 除了场景视图外,也可以在Mech-Viz软件中查看机器人的点云与机器人模型的重合度。

  • 在EIH场景下,如果因机器人自由度或工作空间限制导致相机无法拍基座,可以使用在场景视图中查看标定板点云相对于固定点的偏移量替代该方法。

在场景视图中查看标定板点云相对于固定点的偏移量

在EIH场景下,因机器人的自由度以及机器人工作空间限制导致相机不能拍到基座,可以使用该方法粗略验证标定结果。

在计算出相机外参后,执行如下操作:

  1. 将标定板放置在固定位置。

  2. 打开Mech-Viz软件,添加一个固定点,并将其与标定板其中一个标定圆的十字中心点重合。

    1. 从步骤库中找到“定点移动”步骤,并将其拖动到工程编辑区。

    2. 选中该步骤,然后在参数编辑区将目标类型参数设置为“工件位姿”,并调整位姿的X/Y/Z坐标值使该位姿与标定板其中一个标定圆的十字中心点重合。

  3. 控制机器人多次变换相机位姿,并在标定流程的计算外参步骤中,单击相机拍照按钮。该操作将触发相机拍照。

  4. 场景视图中观察标定板点云相对于固定点是否有明显偏移。

    标定板点云相对于固定点无明显偏移,则说明标定结果可用。

    calibration reference plate point cloud
  1. 除了场景视图外,也可以在Mech-Viz软件中查看标定板点云相对固定点是否有明显偏移。

  2. 在EIH场景下,在未连接机器人的状态下不能实时获取机器人位姿,需要填写机器人当前拍照点位姿才能准确查看在场景视图或Mech-Viz中显示的点云。

使用外参精度验证工具验证外参

Mech-Vision提供针对Eye to hand和Eye in hand场景分别提供外参精度验证工具,综合评估外参精度误差,既包含了外参标定误差,也包含了机器人绝对精度误差。

在标定流程计算外参步骤中,单击外参精度验证工具可以打开该工具。请参照工具的操作指导来验证外参精度,最终生成评估报告。

此外,你还可以在菜单栏上,选择工具箱  精度误差分析工具  外参  EIH/ETH外参误差评估,来打开该工具。

更多信息,请参考外参误差评估

标定结果分析

查看外参标定报告

针对六轴机器人的自动标定以及使用标定板多个随机位姿方法的手动标定,Mech-Vision标定工具提供了“外参标定报告”功能。

在标定流程的计算外参步骤中,单击计算外参按钮计算外参后,可以点击查看外参标定报告按钮。

Mech-Vision标定工具将基于采集的标定数据对外参标定结果进行检查,并生成外参标定报告。

该报告展示如下检查项的检查结果以及优化建议:

  • 标定数据的欧拉角类型检查

  • 相机精度检查

  • 机器人绝对精度检查

如果外参标定报告中相机精度不满足要求,请参照建议排查导致相机精度误差的原因。

提升外参精度

对于标定好的外参数据,如果精度没有达到要求,需要寻找产生误差的原因。

检查标定数据有无问题

请按如下顺序逐一排查标定数据,检查造成问题的原因。

标定数据指标定时产生的 标定点 的数据,其存放在相机编号文件夹下的 calib_data.json 文件中,该文件记录了标定点的法兰位姿,标定圆 数据等。

要查看标定点数据,执行如下步骤:

  1. 打开Mech-Vision软件,在工具栏上单击相机标定按钮。标定预配置窗口将弹出。

  2. 选择如何标定窗口,选择加载已有标定参数单选框,选择标定参数文件,然后单击下一步按钮。

    calibration reference load existing calib params
  3. 选择标定配置应用方式窗口,选择标定当前加载的相机单选框,然后单击下一步按钮。

    calibration reference load existing calib params 2
  4. 选择标定任务窗口,选择重新计算外参单选框,勾选加载标定数据单选框,然后单击开始标定按钮。

    calibration reference load existing calib params 3
  5. 在标定的计算外参步骤,在标定图像及位姿列表面板中选中一个标定点(例如pose_000),单击标定圆信息面板查看标定点的法兰位姿以及标定板上标定圆的数据。

    calibration reference check calib circle data

图中,X (pixel) 和 Y (pixel) 列代表标定板在当前标定点的2D图中所有标定圆的圆心像素坐标;Camera frame: X(m)/Y(m)/Z(m)列代表标定板在当前标定点的深度图中所有标定圆的圆心在相机坐标系下的坐标。

从如下三个方面对标定点数据进行检查:

  1. 检查走金字塔路径的标定点的法兰位姿中欧拉角前后是否发生变化

    注意只是走金字塔的标定点,不包括旋转的标定点。该检查仅适用于使用标定板多个随机位姿方法采集标定数据的标定场景。 在标定图像及位姿列表面板中依次选中一个标定点(例如 pose_000),然后单击标定圆信息选项卡查看标定点的法兰位姿。走金字塔路径时,机器人会沿着自身基坐标系或法兰坐标系移动,不存在旋转,因此欧拉角会基本保持一致。

    对于不同机器人,根据其精度不同,位姿存在上下浮动。如果浮动超过 1 度以上,则机器人本身零点可能丢失,或者机器人精度较差。

    解决办法:此时不适合手眼标定,应当检查机器人零点(可以使用重定位的方法检验机器人零点是否准确)并修复机器人问题才能继续标定。

  2. 检查标定点“平均标定圆间隔测量值误差”是否超出标准值

    标定图像及位姿列表面板选中标定点,在下方消息框中查看平均标定圆间隔测量值误差。

    当其超出误差上限标准,标定点会变成黄色警告。平均标定圆间隔测量值误差作为内参检查结果的一部分,可部分反映当前相机内参的误差值。

    calibration reference check instrinc and point cloud error

    解决办法:对于精度要求不高的场合,轻微超出标准值的内参仍旧可以用。但对于高精度或误差较大的情况,建议重新标定相机内参或返厂替换相机。

    内参的误差会影响标定结果,一般内参误差在标准值内时,基本没有问题。

  3. 检查标定点“标定圆点云波动”的最大值是否超出3 mm

    标定图像及位姿列表面板选中标定点,在下方消息框中查看标定圆点云波动标定圆点云波动统计了在当前标定点时标定板所有标定圆圆心坐标拟合在一个平面上的上下波动,其值的大小会直接影响外参的精度。

    calibration reference check instrinc and point cloud fluctuation

    精度要求越高,要求点云波动值越小。一般设定最大值不超过3 mm。当超过三个标定点的点云波动的最大值大于3 mm时,表明整体精度无法保证。应当排除问题再次标定。

    影响标定圆点云波动的可能原因有:

    原因一:相机3D曝光参数没有调节好,点云波动比较大,没有开启表面平滑点云去噪功能,或者打开了相机增益

    解决办法:开启表面平滑点云去噪功能,关闭相机增益,调整3D曝光。如果标定板上圆点点云仍旧残缺,需要现场遮光处理。

    原因二:在ETH场景下进行自动标定时,标定板在机器人法兰末端固定不牢固。标定时机器人移动速度过快,导致相机拍照时标定板存在抖动,使得点云波动很大。

    解决办法:调低机器人移动速度,加固标定板,并延长相机拍照等待时间。

计算手眼系统补偿

在ETH场景下,如果当前外参标定结果的误差评估大于项目精度要求,可以使用该功能计算补偿参数。

原理介绍

机器人携带标定板,在工作区域内采集数据并进行手眼系统补偿,然后划分工作区域,对精度进行分区补偿。

使用方法

该功能仅在开发者模式可用。
  1. 根据现场实际情况和相机的拍照视野,增加数据采集点。精度要求越高,需要的采集点越密。通常需要在工作空间的Z方向上增加10层以上的采集点(推荐15层),每层采集点为3*3至5*5。

  2. 在标定流程的计算外参步骤,勾选计算手眼系统补偿复选框,然后单击重新计算外参按钮。

  • 采集点越多,空间划分和精度补偿会越细致。

  • 在采集点采集图像时,需保持标定板稳固,避免晃动。

  • 如果补偿后的外参精度仍不满足要求,可考虑在精度要求较高处增加更多采集点。

  • 如需计算手眼系统补偿,请联系梅卡曼德技术支持。

  • 在重新计算外参前,请先备份原来的extri_param.json外参文件。

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