專利名稱：用于對專用機(jī)床中的攝像機(jī)進(jìn)行校核的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獨(dú)立權(quán)利要求1和9前序部分所述類型的用于對專用機(jī)床中的攝像機(jī)進(jìn)行校核的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
專用機(jī)床內(nèi)廣泛使用這種攝像機(jī)來監(jiān)測生產(chǎn)過程或?yàn)樯a(chǎn)過程測定參 數(shù)。具體用途例如有碰撞監(jiān)測、組件識別、組件測量或組件位置識別，為此 需在專用機(jī)床內(nèi)部布置一個或多個攝像機(jī)。為能利用布置在機(jī)床工作腔內(nèi)的 攝像機(jī)充分可靠、精確地實(shí)現(xiàn)這些監(jiān)測和/或識別功能，須盡可能精確地確 定攝像機(jī)相對于專用機(jī)床的位置和攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)。換言之就是，所得到的 攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)越精確，對攝像機(jī)所攝制的照片或膠片所做的分析就 越精確、可靠。此處的內(nèi)參數(shù)指的是與攝像機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如攝像機(jī)的透 鏡焦距或傳感器參數(shù)。而外參數(shù)指的是攝像機(jī)在專用機(jī)床工作腔內(nèi)的位置或坐才示和定向。為了測定攝像機(jī)的外參數(shù)，目前常用的校核方法是以手動方式將一個形 狀和尺寸都為已知信息的校核件置于機(jī)床工作腔內(nèi)的不同位置上，并用攝像 機(jī)對其進(jìn)行記錄。將校核件的各位置參數(shù)分配給攝像機(jī)的相應(yīng)記錄，直到所 獲得的信息或數(shù)據(jù)足以用來確定攝像機(jī)參數(shù)為止。目前一般用基于直接線性變換(DLT)或類似方法的算法來計(jì)算校核件的信息或參數(shù)以及攝像機(jī)所攝 制的與此對應(yīng)的記錄。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是對開篇所述類型的方法和系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以便達(dá)到更精 確地確定攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)的目的。根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過一種具有獨(dú)立權(quán)利要求1和9所述特征的用 于對專用機(jī)床中的攝像機(jī)進(jìn)行校核的方法和系統(tǒng)而達(dá)成。從屬權(quán)利要求說明 的是本發(fā)明的有利建構(gòu)方案，.其中包含了合理且非平凡的改進(jìn)方案。本發(fā)明的方法是借助機(jī)床內(nèi)原本就存在的測量系統(tǒng)確定校核件在機(jī)床 工作腔內(nèi)的不同位置。在測定攝像機(jī)的外參數(shù)和位置的過程中，將機(jī)床的測 量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為考慮因素。專用機(jī)床或機(jī)床的移動軸上通常存在一個可對 沿一個或多個機(jī)軸的移動進(jìn)行測定的測量系統(tǒng)。在此情況下，可在機(jī)床內(nèi)部 的已知的相關(guān)性基礎(chǔ)上進(jìn)行從上述移動到各種坐標(biāo)系(例如機(jī)床坐標(biāo)系或刀 具坐標(biāo)系)的變換。本發(fā)明不再像傳統(tǒng)方法那樣對校核件進(jìn)行手動定位，而是借助機(jī)床中原 本就存在的測量系統(tǒng)對其進(jìn)行定位。為此需將校核件優(yōu)選布置在專用機(jī)床的 可移動機(jī)軸或者布置在刀具或刀座上，借此可通過對機(jī)軸或刀具的移動進(jìn)行 檢測的測量系統(tǒng)來測定機(jī)床工作腔內(nèi)的不同位置。很明顯，專用機(jī)床為此須 具有至少 一個可加以調(diào)節(jié)和測量的軸，借助于這個軸可精確確定校核件在機(jī)床工作腔內(nèi)的不同位置。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在目前常用的加工中心內(nèi)可實(shí)現(xiàn)Mm范 圍內(nèi)的精度，因此，專用機(jī)床的測量系統(tǒng)可提供足以用來校核攝像機(jī)的精度。 由于通過機(jī)軸可對校核件進(jìn)行非常精確的定位，因此可以非常精確的方式將 校核攝像機(jī)所需的記錄與測量系統(tǒng)所檢測到的參數(shù)相聯(lián)系。測量系統(tǒng)所檢測 到的參數(shù)隨后會在確定攝像機(jī)位置時發(fā)揮作用，借此可在專用機(jī)床內(nèi)極其精 確地實(shí)現(xiàn)對攝像機(jī)的校核。如果將校核件固定在專用機(jī)床的刀具或刀座上，就可優(yōu)選在測量過程開 始之前確定校核件相對于刀具或刀座零點(diǎn)(刀具中心點(diǎn)(TCP))的零點(diǎn)。通 過這種方式可簡單地通過刀具或刀座的零點(diǎn)確定校核件的零點(diǎn)，通過校核件 的這個零點(diǎn)以及借助攝像機(jī)所攝制的相應(yīng)記錄可對校核件進(jìn)行定位。換言之 就是，只需確定一次校核件相對于刀具或刀座零點(diǎn)的零點(diǎn)。如果將校核件置于攝像機(jī)位于機(jī)床工作腔內(nèi)的采集區(qū)的不同終點(diǎn)位置上，就可特別精確地對才聶像機(jī)進(jìn)4亍校核。借此可測定在機(jī)床工作腔內(nèi)最大距 離(相對于攝像機(jī)的采集區(qū)而言)處的位置參數(shù)，從而將測量系統(tǒng)所引起的 誤差最小化。此外，通過一分析構(gòu)件將校核件的參數(shù)分配給攝像機(jī)的相應(yīng)記錄，是有 利的，其中，分析構(gòu)件優(yōu)選與專用機(jī)床的控制系統(tǒng)或測量系統(tǒng)直接相連。攝 像機(jī)的位置測定優(yōu)選通過一計(jì)算構(gòu)件而實(shí)現(xiàn)，計(jì)算構(gòu)件對分析構(gòu)件的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，并通過直接線性變換(DLT)或類似的計(jì)算方法確定攝像機(jī)的位置。


下面借助附圖所示的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)作進(jìn)一步 說明，其中附圖為對布置在專用機(jī)床工作腔內(nèi)的攝像機(jī)進(jìn)行校核的方法的流程圖 和所用系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
建構(gòu)為(例如)四軸加工中心的專用機(jī)床或機(jī)床的工作腔10的內(nèi)部布 置有攝像機(jī)12,這個攝像機(jī)的記錄應(yīng)用于監(jiān)測、組件識別、組件位置識別、 組件測量、碰撞監(jiān)測或諸如此類的用途。為能通過攝像機(jī)12的記錄(可以 是照片或膠片)獲得有關(guān)由專用機(jī)床加工的產(chǎn)品的充分精確的信息和參數(shù)， 須精確獲知攝像機(jī)12相對于專用機(jī)床的位置和攝像機(jī)12的內(nèi)參數(shù)。除撮像 機(jī)12的內(nèi)參數(shù)(涉及的是攝像機(jī)性能，如攝像機(jī)12的透鏡焦距或傳感器參 數(shù))外，攝像機(jī)12的外參數(shù)對攝像機(jī)12的記錄的精度而言也很重要。測定 這些外參數(shù)時，攝像機(jī)12相對于專用機(jī)床及其工作腔10的位置特別重要。為能精確地對攝像機(jī)12進(jìn)行校核以及精確地測定其參數(shù)，將攝像機(jī)布 置在機(jī)床工作腔10內(nèi)的一個位置上，攝像機(jī)將在隨后的生產(chǎn)過程中在這個 位置上發(fā)揮其監(jiān)測和/或識別功能。附圖對布置在專用機(jī)床工作腔10內(nèi)的工 作臺14進(jìn)行了圖示，在隨后的生產(chǎn)過程中需要加工的產(chǎn)品可通過相應(yīng)的夾 具16固定在這個工作臺上。在本實(shí)施例中，工作臺14可以常見方式沿三個機(jī)軸(如笛卡爾坐標(biāo)系18所示)進(jìn)行移動。此外，工作腔10的內(nèi)部還布置有用于夾持和驅(qū)動刀具20的刀座22,在 本實(shí)施例中，刀座22同樣可沿位于坐標(biāo)系18中的機(jī)軸進(jìn)行移動。在本實(shí)施 例的附圖單獨(dú)加以顯示的刀具20上固定有一個建構(gòu)為標(biāo)識器的校核件24, 這個校核件的形狀和尺寸為精確的已知信息。換言之就是，將校核件24固 定在專用機(jī)床的可移動機(jī)軸或刀具軸上。作為本實(shí)施例所建議的將校核件24 固定在刀具20上的方案的替代方案，也可將校核件24固定在工作臺14或 另一可移動機(jī)軸上。專用機(jī)床的控制系統(tǒng)26包括機(jī)床坐標(biāo)系和刀具坐標(biāo)系，借助于這兩個 坐標(biāo)系可精確確定或測定(例如)工作臺12或刀具20的移動。將校核件24 固定在刀具20或刀座22上后，可對校核件24相對于刀具零點(diǎn)(刀具中心 點(diǎn)(TCP))的預(yù)定零點(diǎn)進(jìn)行測定，其中，刀具零點(diǎn)由控制系統(tǒng)24的刀具坐 標(biāo)系確定。換言之就是，通過刀具20的零點(diǎn)(通過控制系統(tǒng)26的刀具坐標(biāo) 系測定)的位置可以獲知校核件24的零點(diǎn)。這一點(diǎn)通過校核件24相對于刀 具20或刀座22的零點(diǎn)的移動而實(shí)現(xiàn)。在此情況下，就可通過控制系統(tǒng)26 的操作單元28開始對攝像機(jī)12進(jìn)行校核。為此需通過控制系統(tǒng)26沿至少 一個刀具軸或機(jī)軸將校核件24置于機(jī)床工作腔10內(nèi)的不同位置上，其中， 通過刀具坐標(biāo)系測定校核件24的這些位置或參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)特別精確的校 核，需將校核件24 —直移動至攝像機(jī)12的位于專用機(jī)床內(nèi)部的采集區(qū)的終 點(diǎn)位置上。通過控制系統(tǒng)26的分析構(gòu)件28將對應(yīng)于校核件24的各個位置 的參數(shù)分配給攝像機(jī)12的相應(yīng)記錄，并對這些參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)存儲。其中， 讀出攝像機(jī)12的每個記錄所對應(yīng)的刀具零點(diǎn)(刀具中心點(diǎn)(TCP))和校核 件24的零點(diǎn)位置，并對其進(jìn)行存儲，以便用于進(jìn)一步加工過程。重復(fù)這一 過程，直到采集到足夠多的信息為止。借助分析構(gòu)件28采集到足夠多的信息后，就可通過附屬于分析構(gòu)件28 或控制系統(tǒng)26的計(jì)算構(gòu)件30確定攝像機(jī)12的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。計(jì)算構(gòu)件30將為處于不同位置的校核件24的記錄、通過刀具坐標(biāo)系和才幾床坐標(biāo)系而測定的刀具20的零點(diǎn)以及已經(jīng)為已知信息的刀具零點(diǎn)相對于校核件零點(diǎn)的 移動作為考慮因素來測定攝像機(jī)12的參數(shù)。在計(jì)算構(gòu)件30內(nèi)部進(jìn)行的計(jì)算 基于已知算法而實(shí)現(xiàn)，例如直接線性變換(DLT)等已知方法，其中，如果 從控制系統(tǒng)26中讀出刀具坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系的變換結(jié)果并用這個變換結(jié) 果來對計(jì)算過程施加影響，攝像機(jī)12的外參數(shù)的結(jié)果描述的就是攝像機(jī)12 在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。所測定的攝像機(jī)12的外參數(shù)和內(nèi)參數(shù)既可顯示在操作單元32上，也可 相應(yīng)地存儲在控制系統(tǒng)26中。當(dāng)然也可在控制系統(tǒng)26或計(jì)算構(gòu)件30的外 部進(jìn)行攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算。在專用機(jī)床的機(jī)軸和刀具軸以及相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)系和刀具坐標(biāo)系具有 極高精度的情況下，可極其精確地確定校核件24在機(jī)床坐標(biāo)系內(nèi)的位置， 從而最終達(dá)到極其精確地確定攝像機(jī)12在機(jī)床坐標(biāo)系內(nèi)的位置的目的，借 此可在專用機(jī)床的工作腔10內(nèi)極其精確地實(shí)現(xiàn)對攝像機(jī)12的校核。
權(quán)利要求
1.一種對專用機(jī)床中的一攝像機(jī)(12)進(jìn)行校核的方法，所述方法包括下列步驟a)將一校核件(24)置于所述機(jī)床內(nèi)部的不同位置上，b)用所述攝像機(jī)(12)對處于各位置上的校核件(24)進(jìn)行記錄，c)將所述校核件(24)的參數(shù)分配給所述攝像機(jī)(12)的相應(yīng)記錄，d)借助在步驟c)中所獲得的數(shù)據(jù)確定所述攝像機(jī)(12)的參數(shù)，其特征在于，借助所述機(jī)床的測量系統(tǒng)確定步驟a)中所述的校核件(24)的各個位置，以及如步驟d)所述確定所述攝像機(jī)(12)的參數(shù)時，將所述機(jī)床的測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為考慮因素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，實(shí)施步驟a)之前將所述校核件(24 )布置在所述專用機(jī)床的可移動機(jī)軸.上。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 實(shí)施步驟a)之前將所述校核件固定在所述機(jī)床的刀具(20)或刀座(22)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，確定所述校核件(24)相對于所述刀具(20)或所述刀座(22)的零點(diǎn) 的零點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述刀具(20)或所述刀座(22)的零點(diǎn)確定步驟c)中所述的校核 件(24)的參數(shù)。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 在步驟a)中將所述校核件(24 )置于所述攝像機(jī)(U )位于所述機(jī)床內(nèi)的采集區(qū)的不同終點(diǎn)位置上。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，借助一分析構(gòu)件(28 )將所述校核件(24 )的參數(shù)分配給所述攝像機(jī)的相應(yīng)記錄。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 如步驟d)所述測定所述攝像機(jī)(12 )的參數(shù)時，將所述機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系和/或刀具坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)作為考慮因素。
9. 一種用于對專用機(jī)床中的一攝像機(jī)(12)進(jìn)行校核的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括a) —校核件(24)，所述校核件可被置于所述機(jī)床內(nèi)部的不同位置上，b) 所述攝像機(jī)(12)，借助所述攝像機(jī)可對處于所述機(jī)床內(nèi)各位置上的 校核件(24)進(jìn)行記錄，以及c) 一分析構(gòu)件(28),所述分析構(gòu)件可將所述校核件(24)的參數(shù)分配 給所述攝像機(jī)(12)的相應(yīng)記錄，其特征在于，設(shè)置有一所述機(jī)床的測量系統(tǒng)，借助所述測量系統(tǒng)可確定所述校核件 (24)的位置，以及所述分析構(gòu)件(28)與所述才幾床的測量系統(tǒng)相連。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置有一計(jì)算構(gòu)件，所述計(jì)算構(gòu)件可根據(jù)所述分析構(gòu)件U8)的數(shù)據(jù)確 定所述攝像機(jī)(12)的參數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述計(jì)算構(gòu)件(30)與所述分析構(gòu)件(28)相連。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于, 所述校核件(24)布置在所述專用機(jī)床的可移動機(jī)軸上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述校核件(24)固定在所述專用機(jī)床的刀具(20)或刀座(22)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對布置在專用機(jī)床工作腔(10)內(nèi)的攝像機(jī)(12)進(jìn)行校核的方法和系統(tǒng)。將校核件(24)置于所述機(jī)床的工作腔(10)內(nèi)的不同位置上，并用所述攝像機(jī)(12)對其進(jìn)行記錄，其中，將所述校核件(24)的位置參數(shù)分配給所述攝像機(jī)(12)的相應(yīng)記錄。通過測定的數(shù)據(jù)可確定所述攝像機(jī)(12)的參數(shù)。為能獲得所述攝像機(jī)(12)的特別精確的參數(shù)，本發(fā)明借助所述機(jī)床的測量系統(tǒng)確定所述校核件(24)在所述工作腔(10)內(nèi)的不同位置，其中，測定所述攝像機(jī)(12)的參數(shù)時，將所述機(jī)床的測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為考慮因素。
文檔編號G06T7/00GK101273384SQ200680035447
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者德克·簡 申請人:西門子公司