Spatiotemporal Calibration for Laser Vision Sensor in Hand-Eye System Based on Straight-Line Constraint

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作者
Peiwen Yang,Mingquan Jiang,Xinyue Shen,Heping Zhang
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (12): 13320-13327
标识
DOI:10.1109/lra.2025.3630038
摘要

Laser vision sensors (LVS) are critical perception modules for industrial robots, facilitating real-time acquisition of workpiece geometric data in welding applications. However, the camera communication delay will lead to a temporal desynchronization between captured images and the robot motions. Additionally, hand-eye extrinsic parameters may vary during prolonged measurement. To address these issues, we introduce a measurement model of LVS considering the effect of the camera's time-offset and propose a teaching-free spatiotemporal calibration method utilizing line constraints. This method involves a robot equipped with an LVS repeatedly scanning straight-line fillet welds using S-shaped trajectories. Regardless of the robot's orientation changes, all measured welding positions are constrained to a straight-line, represented by Plucker coordinates. Moreover, a nonlinear optimization model based on straight-line constraints is established. Subsequently, the Levenberg-Marquardt algorithm (LMA) is employed to optimize parameters, including time-offset, hand-eye extrinsic parameters, and straight-line parameters. The feasibility and accuracy of the proposed approach are quantitatively validated through experiments on curved weld scanning. We open-sourced the code, dataset, and simulation report at https://github.com/RoboticsPolyu/LVS_ST_CALIB.
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