CN101273384A - 用于对专用机床中的摄像机进行校核的方法和*** - Google Patents

用于对专用机床中的摄像机进行校核的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对布置在专用机床工作腔(10)内的摄像机(12)进行校核的方法和***。将校核件(24)置于所述机床的工作腔(10)内的不同位置上，并用所述摄像机(12)对其进行记录，其中，将所述校核件(24)的位置参数分配给所述摄像机(12)的相应记录。通过测定的数据可确定所述摄像机(12)的参数。为能获得所述摄像机(12)的特别精确的参数，本发明借助所述机床的测量***确定所述校核件(24)在所述工作腔(10)内的不同位置，其中，测定所述摄像机(12)的参数时，将所述机床的测量***的数据作为考虑因素。

Description

用于对专用机床中的摄像机进行校核的方法和***
技术领域
本发明涉及一种独立权利要求1和9前序部分所述类型的用于对专用机床中的摄像机进行校核的方法和***。
背景技术
专用机床内广泛使用这种摄像机来监测生产过程或为生产过程测定参数。具体用途例如有碰撞监测、组件识别、组件测量或组件位置识别，为此需在专用机床内部布置一个或多个摄像机。为能利用布置在机床工作腔内的摄像机充分可靠、精确地实现这些监测和/或识别功能，须尽可能精确地确定摄像机相对于专用机床的位置和摄像机的内参数。换言之就是，所得到的摄像机内参数和外参数越精确，对摄像机所摄制的照片或胶片所做的分析就越精确、可靠。此处的内参数指的是与摄像机相关的数据，例如摄像机的透镜焦距或传感器参数。而外参数指的是摄像机在专用机床工作腔内的位置或坐标和定向。
为了测定摄像机的外参数，目前常用的校核方法是以手动方式将一个形状和尺寸都为已知信息的校核件置于机床工作腔内的不同位置上，并用摄像机对其进行记录。将校核件的各位置参数分配给摄像机的相应记录，直到所获得的信息或数据足以用来确定摄像机参数为止。目前一般用基于直接线性变换(DLT)或类似方法的算法来计算校核件的信息或参数以及摄像机所摄制的与此对应的记录。
发明内容
本发明的目的是对开篇所述类型的方法和***进行改进，以便达到更精确地确定摄像机内参数和外参数的目的。
根据本发明，这个目的通过一种具有独立权利要求1和9所述特征的用于对专用机床中的摄像机进行校核的方法和***而达成。从属权利要求说明的是本发明的有利建构方案，其中包含了合理且非平凡的改进方案。
本发明的方法是借助机床内原本就存在的测量***确定校核件在机床工作腔内的不同位置。在测定摄像机的外参数和位置的过程中，将机床的测量***的数据作为考虑因素。专用机床或机床的移动轴上通常存在一个可对沿一个或多个机轴的移动进行测定的测量***。在此情况下，可在机床内部的已知的相关性基础上进行从上述移动到各种坐标系(例如机床坐标系或刀具坐标系)的变换。
本发明不再像传统方法那样对校核件进行手动定位，而是借助机床中原本就存在的测量***对其进行定位。为此需将校核件优选布置在专用机床的可移动机轴或者布置在刀具或刀座上，借此可通过对机轴或刀具的移动进行检测的测量***来测定机床工作腔内的不同位置。很明显，专用机床为此须具有至少一个可加以调节和测量的轴，借助于这个轴可精确确定校核件在机床工作腔内的不同位置。根据经验，在目前常用的加工中心内可实现μm范围内的精度，因此，专用机床的测量***可提供足以用来校核摄像机的精度。由于通过机轴可对校核件进行非常精确的定位，因此可以非常精确的方式将校核摄像机所需的记录与测量***所检测到的参数相联系。测量***所检测到的参数随后会在确定摄像机位置时发挥作用，借此可在专用机床内极其精确地实现对摄像机的校核。
如果将校核件固定在专用机床的刀具或刀座上，就可优选在测量过程开始之前确定校核件相对于刀具或刀座零点(刀具中心点(TCP))的零点。通过这种方式可简单地通过刀具或刀座的零点确定校核件的零点，通过校核件的这个零点以及借助摄像机所摄制的相应记录可对校核件进行定位。换言之就是，只需确定一次校核件相对于刀具或刀座零点的零点。
如果将校核件置于摄像机位于机床工作腔内的采集区的不同终点位置上，就可特别精确地对摄像机进行校核。借此可测定在机床工作腔内最大距离(相对于摄像机的采集区而言)处的位置参数，从而将测量***所引起的误差最小化。
此外，通过一分析构件将校核件的参数分配给摄像机的相应记录，是有利的，其中，分析构件优选与专用机床的控制***或测量***直接相连。摄像机的位置测定优选通过一计算构件而实现，计算构件对分析构件的数据进行访问，并通过直接线性变换(DLT)或类似的计算方法确定摄像机的位置。
附图说明
下面借助附图所示的优选实施例对本发明的优点、特征和细节作进一步说明，其中：
附图为对布置在专用机床工作腔内的摄像机进行校核的方法的流程图和所用***的示意图。
具体实施方式
建构为(例如)四轴加工中心的专用机床或机床的工作腔10的内部布置有摄像机12，这个摄像机的记录应用于监测、组件识别、组件位置识别、组件测量、碰撞监测或诸如此类的用途。为能通过摄像机12的记录(可以是照片或胶片)获得有关由专用机床加工的产品的充分精确的信息和参数，须精确获知摄像机12相对于专用机床的位置和摄像机12的内参数。除摄像机12的内参数(涉及的是摄像机性能，如摄像机12的透镜焦距或传感器参数)外，摄像机12的外参数对摄像机12的记录的精度而言也很重要。测定这些外参数时，摄像机12相对于专用机床及其工作腔10的位置特别重要。
为能精确地对摄像机12进行校核以及精确地测定其参数，将摄像机布置在机床工作腔10内的一个位置上，摄像机将在随后的生产过程中在这个位置上发挥其监测和/或识别功能。附图对布置在专用机床工作腔10内的工作台14进行了图示，在随后的生产过程中需要加工的产品可通过相应的夹具16固定在这个工作台上。在本实施例中，工作台14可以常见方式沿三个机轴(如笛卡尔坐标系18所示)进行移动。
此外，工作腔10的内部还布置有用于夹持和驱动刀具20的刀座22，在本实施例中，刀座22同样可沿位于坐标系18中的机轴进行移动。在本实施例的附图单独加以显示的刀具20上固定有一个建构为标识器的校核件24，这个校核件的形状和尺寸为精确的已知信息。换言之就是，将校核件24固定在专用机床的可移动机轴或刀具轴上。作为本实施例所建议的将校核件24固定在刀具20上的方案的替代方案，也可将校核件24固定在工作台14或另一可移动机轴上。
专用机床的控制***26包括机床坐标系和刀具坐标系，借助于这两个坐标系可精确确定或测定(例如)工作台12或刀具20的移动。将校核件24固定在刀具20或刀座22上后，可对校核件24相对于刀具零点(刀具中心点(TCP))的预定零点进行测定，其中，刀具零点由控制***24的刀具坐标系确定。换言之就是，通过刀具20的零点(通过控制***26的刀具坐标系测定)的位置可以获知校核件24的零点。这一点通过校核件24相对于刀具20或刀座22的零点的移动而实现。在此情况下，就可通过控制***26的操作单元28开始对摄像机12进行校核。为此需通过控制***26沿至少一个刀具轴或机轴将校核件24置于机床工作腔10内的不同位置上，其中，通过刀具坐标系测定校核件24的这些位置或参数。为了实现特别精确的校核，需将校核件24一直移动至摄像机12的位于专用机床内部的采集区的终点位置上。通过控制***26的分析构件28将对应于校核件24的各个位置的参数分配给摄像机12的相应记录，并对这些参数进行相应存储。其中，读出摄像机12的每个记录所对应的刀具零点(刀具中心点(TCP))和校核件24的零点位置，并对其进行存储，以便用于进一步加工过程。重复这一过程，直到采集到足够多的信息为止。
借助分析构件28采集到足够多的信息后，就可通过附属于分析构件28或控制***26的计算构件30确定摄像机12的内参数和外参数。计算构件30将为处于不同位置的校核件24的记录、通过刀具坐标系和机床坐标系而测定的刀具20的零点以及已经为已知信息的刀具零点相对于校核件零点的移动作为考虑因素来测定摄像机12的参数。在计算构件30内部进行的计算基于已知算法而实现，例如直接线性变换(DLT)等已知方法，其中，如果从控制***26中读出刀具坐标系和机床坐标系的变换结果并用这个变换结果来对计算过程施加影响，摄像机12的外参数的结果描述的就是摄像机12在机床坐标系中的位置。
所测定的摄像机12的外参数和内参数既可显示在操作单元32上，也可相应地存储在控制***26中。当然也可在控制***26或计算构件30的外部进行摄像机参数计算。
在专用机床的机轴和刀具轴以及相应的机床坐标系和刀具坐标系具有极高精度的情况下，可极其精确地确定校核件24在机床坐标系内的位置，从而最终达到极其精确地确定摄像机12在机床坐标系内的位置的目的，借此可在专用机床的工作腔10内极其精确地实现对摄像机12的校核。

Claims (13)

1.一种对专用机床中的一摄像机(12)进行校核的方法，所述方法包括下列步骤：
a)将一校核件(24)置于所述机床内部的不同位置上，
b)用所述摄像机(12)对处于各位置上的校核件(24)进行记录，
c)将所述校核件(24)的参数分配给所述摄像机(12)的相应记录，
d)借助在步骤c)中所获得的数据确定所述摄像机(12)的参数，
其特征在于，
借助所述机床的测量***确定步骤a)中所述的校核件(24)的各个位置，以及
如步骤d)所述确定所述摄像机(12)的参数时，将所述机床的测量***的数据作为考虑因素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
实施步骤a)之前将所述校核件(24)布置在所述专用机床的可移动机轴上。
3.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
实施步骤a)之前将所述校核件固定在所述机床的刀具(20)或刀座(22)上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
确定所述校核件(24)相对于所述刀具(20)或所述刀座(22)的零点的零点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
根据所述刀具(20)或所述刀座(22)的零点确定步骤c)中所述的校核件(24)的参数。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
在步骤a)中将所述校核件(24)置于所述摄像机(12)位于所述机床内的采集区的不同终点位置上。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
借助一分析构件(28)将所述校核件(24)的参数分配给所述摄像机的相应记录。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
如步骤d)所述测定所述摄像机(12)的参数时，将所述机床的机床坐标系和/或刀具坐标系的数据作为考虑因素。
9.一种用于对专用机床中的一摄像机(12)进行校核的***，所述***包括
a)一校核件(24)，所述校核件可被置于所述机床内部的不同位置上，
b)所述摄像机(12)，借助所述摄像机可对处于所述机床内各位置上的校核件(24)进行记录，以及
c)一分析构件(28)，所述分析构件可将所述校核件(24)的参数分配给所述摄像机(12)的相应记录，
其特征在于，
设置有一所述机床的测量***，借助所述测量***可确定所述校核件(24)的位置，以及
所述分析构件(28)与所述机床的测量***相连。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，
设置有一计算构件，所述计算构件可根据所述分析构件(28)的数据确定所述摄像机(12)的参数。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，
所述计算构件(30)与所述分析构件(28)相连。
12.根据权利要求10或11中任一项权利要求所述的***，其特征在于，
所述校核件(24)布置在所述专用机床的可移动机轴上。
13.根据权利要求10至12所述的***，其特征在于，
所述校核件(24)固定在所述专用机床的刀具(20)或刀座(22)上。
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