用于惡劣環(huán)境中的無線視覺系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于惡劣環(huán)境中的無線視覺系統(tǒng)和方法，特別是用于惡劣環(huán)境的卡盤或主軸安裝的無線視覺系統(tǒng)和方法。該視覺系統(tǒng)包括密封外殼。密封外殼包括工具夾持器接口以耦合到機器的卡盤或主軸。獲得圖像的光學系統(tǒng)被定位在所述密封外殼內，所述光學系統(tǒng)包括處理器、存儲器和機器視覺軟件以執(zhí)行圖像處理的至少一部分。無線通信模塊可操作地耦合到光學系統(tǒng)，用于無線地通信圖像數(shù)據(jù)。電源操作地耦合到所述光學系統(tǒng)和所述無線通信模塊。
【專利說明】用于惡劣環(huán)境中的無線視覺系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年9月10日提交的、標題為“wireless vis1n system foruse by CNC Machines”、序列號為61/875，774的美國臨時專利申請的權益。本申請還要求于 2013 年 11 月 4 日提交的、標題為 “wireless vis1n for use by CNC Machines”、序例號為61/899，684的美國臨時專利申請的權益，這兩者在此通過引用并入本文中。
[0003]關于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的聲明
[0004]不適用。

【背景技術】
[0005]本技術涉及無線視覺系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于在惡劣環(huán)境中的無線視覺系統(tǒng)。
[0006]計算機數(shù)字控制(CNC)機器是眾所周知的并用于基本上使組件或部件的生產自動化。部件設計可以采用計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)程序進行開發(fā)，以及然后部件文件可以傳送到CNC機器以生產該部件。許多CNC機器使用各種可互換工具以產生部件，諸如激光器、焊接機、鉆、鋸以及各種其他工具。
[0007]在生產過程中，可以有助于確定部件或部件上結構的精確定位。CNC機器通常使用觸摸探頭以在操作之前或之后機械定位CNC工作表面上的部件。觸摸探頭通過在多個位置處物理地觸摸多個部件而操作，以獲得部件本身的準確尺寸。CNC觸摸探頭可電池供電，具行無線通信，并可用于測量和固定部件。示例是伊利諾伊州霍夫曼莊園的Renishaw股份有限公司的觸摸探頭。有些觸摸探頭可被改裝以與具有測量功能的CNC機器工作。
[0008]視覺系統(tǒng)也被修改以在CNC環(huán)境下工作。例如，照相機已被固定地安裝到CNC主軸的一側。這些側裝式照相機然后使用機器視覺算法，用于固定和檢測由CNC機器處理的部件。這些側裝的照相機系統(tǒng)需要大量的修改或具有專用相機系統(tǒng)的CNC機器。這些側面安裝的照相機系統(tǒng)不能由CNC機器操縱，并因此需要定期手動校準。示例是臺灣新竹新代公司的側裝照相機系統(tǒng)。
[0009]用于固定和檢測部件的其他系統(tǒng)包括坐標測量機(CMM)目前使用的視覺探頭。這些傳感器連接到計算機控制的機器并用于“離線”(未在制造過程中)測量部件并沒有被設計為在具有苛刻化學品和油的環(huán)境中使用，諸如在CNC加工處理過程中看到的。示例包括來自伊利諾伊州Aurora市Mitutoyo美洲公司的Mitutoyo QVP視覺探頭和Mitutoyo視覺測量系統(tǒng)。其他示例是來自馬薩諸塞州Athol市的L.S.Starrett公司的Starrett視頻測量系統(tǒng)和顯像管手持式視頻顯微鏡。
[0010]通常，現(xiàn)有的檢查和測量技術使用獨立的拴式CNC控制視覺系統(tǒng)，用于檢查部件。此外，這些檢驗和測量技術沒有被設計為耐受一般用于CNC機器的惡劣環(huán)境和其他制造工藝。這些惡劣環(huán)境可以包含切削油和化學品以及被扔在各個方向的金屬件。
[0011]因此，所需要的是可用于惡劣環(huán)境的視覺系統(tǒng)。


【發(fā)明內容】

[0012]本實施例通過提供卡盤或主軸安裝的無線的電池供電的非接觸式視覺系統(tǒng)克服了上述問題，該系統(tǒng)可以集成并由CNC機器和在惡劣環(huán)境中運行的其他生產設備使用。視覺系統(tǒng)可以是應用特定的，并可用作用于x、y和z測量的觸摸探頭替換，或者它們的任意組合，例如，X和y測量。與上述的檢查和測量技術相反，視覺系統(tǒng)可被設計成耐受通常適用于CNC和其他機械加工和制造處理的惡劣生產環(huán)境。這個環(huán)境可以包含切削油和化學品以及被扔在各個方向的金屬片。
[0013]因此，該技術的實施例包括卡盤或主軸安裝的無線視覺系統(tǒng)。該視覺系統(tǒng)包括密封外殼。所述密封外殼包括工具夾持器接口和底座，該工具夾持器接口耦合到所述基座的第一端，以及位于該底座的第二端的窗口。光學系統(tǒng)被包括通過窗口來獲取圖像，所述光學系統(tǒng)包括處理器、存儲器和機器視覺軟件。無線通信模塊可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)以無線通信數(shù)據(jù)，其中包括由機器視覺軟件生成的圖像數(shù)據(jù)。并且，電源可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)和所述無線通信模塊。
[0014]根據(jù)該技術的另一實施例，卡盤或主軸安裝的視覺系統(tǒng)。該視覺系統(tǒng)包括密封外殼，該密封外殼包括工具夾持器接口以耦合到所述卡盤或主軸。光學系統(tǒng)獲得圖像，光學系統(tǒng)定位在密封外殼中，該光學系統(tǒng)包括處理器、存儲器和機器視覺軟件以執(zhí)行圖像處理的至少一部分。無線通信模塊可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)，以無線通信圖像數(shù)據(jù)。并且，電源，該電源可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)和無線通信模塊。
[0015]根據(jù)該技術的另一實施例，該技術的實施例包括用于自動校準視覺系統(tǒng)的方法，該視覺系統(tǒng)耦合到CNC機器的卡盤或主軸，CNC機器具有工作空間。該方法包括以下步驟:a.獲得工作空間的至少一部分的至少一個圖像；b.定位圖像中的特征；c.旋轉CNC機器的主軸；d.獲得工作空間的至少一部分的至少一個新的圖像；e.定位在至少一個新圖像中的特征；f.計算旋轉中心；g.移動工作空間；h.獲得工作空間的至少一部分的至少一個后續(xù)圖像；1.定位至少一個后續(xù)圖像中的特征；和j.創(chuàng)建在視覺系統(tǒng)和CNC機器之間的手眼校正。
[0016]為了實現(xiàn)上述和相關目標，實施例然后包括在下文中充分描述的特征。以下描述和附圖在該技術的詳細某些示例性方面提出。然而，這些方面僅指示該技術的原理可以被采用的少數(shù)的多種方式。當結合附圖考慮時，從該技術的如下詳細描述，該技術的其它方面、優(yōu)點和新穎特征將變得顯而易見。
[0017]附圖描述
[0018]圖1是根據(jù)該技術實施例耦合到CNC機器的視覺系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)該技術實施例的視覺系統(tǒng)的透視圖；
[0020]圖3是根據(jù)該技術實施例圖2的視覺系統(tǒng)的一部分的特寫透視圖；
[0021]圖4是根據(jù)該技術實施例圖2的視覺系統(tǒng)的側視圖；
[0022]圖5是根據(jù)該技術實施例的示例性視覺系統(tǒng)的底視圖并示出從視覺系統(tǒng)中移除的工具夾持器接口和移除的電池；
[0023]圖6是根據(jù)該技術實施例圖5的視覺系統(tǒng)的透視圖并表示安裝到視覺系統(tǒng)的外殼的電池；
[0024]圖7是根據(jù)該技術實施例的視覺系統(tǒng)和密封窗口的底視圖；
[0025]圖8是根據(jù)該技術實施例的視覺系統(tǒng)的平面圖；
[0026]圖9是根據(jù)該技術實施例的視覺系統(tǒng)的部分的透視圖；
[0027]圖10是根據(jù)該技術實施例可用于視覺系統(tǒng)的通信模塊的平面圖；
[0028]圖11是根據(jù)該技術實施例圖10的通信模塊的俯視圖；
[0029]圖12是根據(jù)該技術實施例用于自動校準視覺系統(tǒng)的方法的流程圖；
[0030]圖13是根據(jù)該技術實施例除了示出可移動的蓋子之外類似于圖2的視覺系統(tǒng)的視覺系統(tǒng)的立體圖；
[0031]圖14是根據(jù)該技術實施例的視覺系統(tǒng)的部分的側視圖并表示組件與視覺系統(tǒng)的外殼的示例性布置；
[0032]圖15是根據(jù)該技術實施例表示安裝的天線的視覺系統(tǒng)的透視圖；
[0033]圖16是根據(jù)該技術實施例表示安裝的電池的視覺系統(tǒng)的透視圖；
[0034]圖17是根據(jù)該技術實施例表示電池開關的接入的透視圖；
[0035]圖18是根據(jù)該技術實施例表示安裝的光學系統(tǒng)的視覺系統(tǒng)透視圖；
[0036]圖19是根據(jù)該技術實施例圖13的視覺系統(tǒng)的透視圖，表示了所安裝的可移動蓋;
[0037]圖20和21是根據(jù)該技術實施例圖19可見的蓋子的保持特征的透視圖；和
[0038]圖22是表示蓋子的釋放結構的剖面的透視圖。
[0039]雖然該技術易于進行各種修改和替代形式，但是其特定實施例已經(jīng)通過附圖中的示例表示并在本文中詳細描述。然而，應當理解，本文描述的具體實施例并不意在將技術限制于所公開的特定形式，而是相反，在由所附權利要求書所限定的技術的精神和范圍內，其意圖是要覆蓋所有修改、等同物和替代物。

【具體實施方式】
[0040]現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明各種方式，其中在幾個視圖中相同的附圖標記對應類似的元件。然而，應當理解，與此有關的附圖和下文詳細描述不旨在限制所請求主題于公開的特定形式。相反，其意圖是在所請求主題的精神和范圍內覆蓋所有的修改、等同物和替代物。
[0041]如本文使用的，術語“組件”、“系統(tǒng)”、“設備”等意指硬件、硬件和軟件的組合、軟件、或執(zhí)行中的軟件。詞語“示例性”在本文中用于表示充當實例、示例或說明。本文中描述為“示例性”的任何方面或設計并不一定解釋為優(yōu)于或勝過其他方面或設計。
[0042]此外，所公開的主題可以被實現(xiàn)為使用標準編程和/或工程技術和/或編程系統(tǒng)的方法、裝置或制造產品，以產生硬件、固件、軟件或其任何組合，以控制基于電子的設備用于實現(xiàn)本文詳細描述的方面。
[0043]除非另外指定或限制，術語“連接”和“耦合”及其變形被廣泛使用，并包括直接和間接的安裝、連接、支撐和接頭。另外，“連接”和“耦合”不局限于物理或機械連接或耦合。當用于本文中，除非另有明確說明，“連接”是指一個元件/結構直接或間接地連接到另一個元件/結構，而不一定是電氣或機械。同樣地，除非明確聲明，否則“耦合”意味著一個元件/特征直接或間接地耦合到另一元件/特征，而不一定是電氣或機械。
[0044]如本文所用，術語“處理器”可以包括一個或多個處理器和存儲器和/或一個或多個可編程硬件元件。如本文所用，“處理器”這一術語指包括任何類型的處理器、CPU數(shù)目、微控制器、數(shù)字信號處理器，或能夠執(zhí)行軟件指令的其它設備。
[0045]如本文所用，“存儲器”一詞包括非易失性介質，例如，磁性介質或硬盤、光存儲或閃存；易失性介質，諸如系統(tǒng)存儲器，例如，隨機存取存儲器(RAM)，如DRAM、SRAM、EDO內存、RAMBUS內存、DR DRAM等；或安裝介質，諸如軟件介質，例如，CD-ROM或軟盤，其上程序可被存儲和/或數(shù)據(jù)通信可以被緩沖。術語“存儲器”也可包括其它類型的存儲器或其組合。
[0046]該技術的實施例通過使用附圖如下描述，以示示出用于實現(xiàn)該技術的實施例的實施例的結構或處理。以這種方式使用附圖呈現(xiàn)該技術的實施例不應被解釋為限制其范圍。當前技術設想用于加工和制造設備的卡盤或主軸安裝無線電池供電的視覺系統(tǒng)，其中CNC機器，并且可以被設計成通常適用于CNC和其他加工處理的惡劣環(huán)境。
[0047]卡盤或主軸可安裝視覺系統(tǒng)的各種實施例將結合CNC機器進行描述，CNC機器適于使用各種CNC控制工具生產部件。這因為該技術的特征和優(yōu)點非常適合用于此用途。盡管如此，應該理解，該技術的各個方面可以應用于其它形式的視覺系統(tǒng)和制造及加工設備，可受益于具有本文所描述特征的視覺系統(tǒng)。
[0048]現(xiàn)在參考圖1，該技術將在CNC機器54可用的示例性視覺系統(tǒng)50的情況下描述?？梢岳斫?，機器人例如可代替CNC機器。該視覺系統(tǒng)50可以嵌入機器視覺軟件58，并且可以包括無線通信62，用于例如與路由器66或無線網(wǎng)絡70進行通信。路由器66或無線網(wǎng)絡70可以與其它設備74(諸如PC)和/或其他接收器或CNC控制器78進行有線或無線72通信，該CNC控制器78可以包括機器視覺軟件，并與視覺通信系統(tǒng)50進行通信以提供閉環(huán)控制。該視覺系統(tǒng)50可以作為CNC工具，并可以使得伴隨的PC執(zhí)行全部或部分的圖像處理。
[0049]視覺系統(tǒng)50可以運行復雜的機器視覺算法，用于檢測印刷基準點和原點標記、模式識別、2-D或3-D校準、對準、測量和檢查作為非限制性示例，并可實時用于在加工過程中。
[0050]當與CNC機器使用時，例如，由于觸摸探頭確定被加工部件二維和/或三維位置所需的時間，視覺系統(tǒng)50可以是觸摸探頭的替代。安裝為CNC工具并由CNC機器操作的該視覺系統(tǒng)50可以使該過程更快，因為它是非觸摸式傳感器。此外，視覺系統(tǒng)50可以檢測和測量不能通過觸摸來物理定位的部件上的特征，諸如印刷基準點標記或其他2-D或3-D部件特征，作為非限制性實例。
[0051]如圖1中看出，視覺系統(tǒng)50可被安裝在CNC機器54的卡盤或主軸82中。視覺系統(tǒng)50具有視場86，并且視覺系統(tǒng)50可由CNC機器54定位，使得視場86可包括由CNC機器54制作的部件90的至少一部分，雖然不是必需的。視覺系統(tǒng)50是便攜式的，并且可容易地安裝到CNC工具夾持器，無論工具夾持器的大小或尺寸。在這點上，可變外形可用于自動工具變化，而無需人工安裝和校準。
[0052]參照圖2-4,在一些實施例中，視覺系統(tǒng)50可包括外殼94。外殼94可以是防液體和/或防水的，以便實現(xiàn)IPXX和/或NEMA標準的入口防護標準，并可以具有可變外形，使得視覺系統(tǒng)50安裝為在CNC機器54的主軸82上的工具，因此視覺系統(tǒng)50可以由CNC機器54使用的任何其它工具的相同方式自由旋轉并重新定位。IP評級(和相當?shù)腘EMA等級)可以包括從IPOO (無保護)至IP69K的所有已知IP評級。在用于數(shù)控加工環(huán)境的一些實施例中，視覺系統(tǒng)50可以達到IP67的IP評價，但未受保護IP69K等級也可以考慮。
[0053]除了可安裝在CNC機器54的卡盤或主軸82中之外，外殼94可以調整尺寸并經(jīng)配置以包住具有照相機傳感器102的光學系統(tǒng)98，包括CMOS、CXD或其它已知的傳感器技術(包括激光技術)以及處理器106、存儲器110 (其中包括RAM和/或閃存)，用于執(zhí)行校準、對準、測量、檢查、代碼讀取和/或照相機傳感器102的其它機器視覺任務中的一種或多種。光學系統(tǒng)98可包括光學器件112，其包含透鏡114、濾光片，諸如例如帶通濾光片、中性密度濾光片和偏振器。處理器106可執(zhí)行在存儲器110中存儲的程序以執(zhí)行本發(fā)明的處理。每個處理器106、照相機傳感器102、存儲器110、光學元件112、電源118以及光源120可以被安裝在或以其它方式支撐在外殼94內。處理器106可以耦合到每個照相機傳感器102、存儲器110、光學器件112、電源118和光源120。
[0054]外殼94可包括工具夾持器接口 122。工具夾持器接口 122可以是類似于CNC機器使用的任何正常的鉆頭或端銑刀。在一些示例中，該工具夾持器接口 122可以包括例如拉釘124。工具夾持器接口 122可以采取任何已知的或將來開發(fā)的形狀與例如任何卡盤或主軸進行接口。這可以使用特定于設備制造商的自定義工具夾持器接口實現(xiàn)，視覺系統(tǒng)50可以用于與機器的卡盤或主軸接口。在一些實施例中，視覺系統(tǒng)50可以被旋擰到CNC工具夾持器上的筒夾以創(chuàng)建防水密封。
[0055]外殼94還可以包括底座126以放置視覺系統(tǒng)50的組件。在一些實施例中，底座126可以是管狀的，但其它幾何形狀是可能的。底座126的第一端130可密封地耦合到工具保持器接口 122，并且底座126第二端134可包括照相機傳感器102的窗口 136以獲取并拍攝視場86的圖像。要理解的是，該工具夾持器接口 122和底座126可以是單個工件，或可以是耦合在一起的多個工件。
[0056]密封墊132 (諸如例如O形環(huán))可用于維持預定的IPXX評級(參見圖8和圖9)。窗口 136也可以密封以維持視覺系統(tǒng)50的預定IPXX和/或NEMA等級。窗口 136可以是玻璃或聚碳酸酯，例如，可以是透明的或彩色的，并且可以是耐刮擦和/或不粘的，以防止積聚在該窗口上的殘余。
[0057]根據(jù)用戶的應用，例如，用戶可以移除并使用更適于應用的代替透鏡114。新鏡頭可比現(xiàn)有透鏡物理上較長或較短，和/或新的透鏡可例如提供較長或較短焦距。在一些實施例中，外殼94可允許連接/拆除外殼擴展142 (如圖4中虛線所示)，以確保所述光學系統(tǒng)保持在包括窗口 138的延長外殼94的范圍之內，同時仍保持照相機傳感器102、透鏡114和外殼窗口 138之間適當?shù)墓鈱W路徑，并保持所需的IP等級。在一些實施例中，透鏡114可以是由運營商手動調整或使用液體鏡頭或電動機械機構自動調節(jié)。
[0058]在一些實施例中，視覺系統(tǒng)50可以包括通信模塊140，例如WiFi模塊或任何類型的圖像和數(shù)據(jù)來往于視覺系統(tǒng)50無線通信62的其它已知的通信技術。許多公知的無線協(xié)議是可獲得的，例如802.1ln WLAN，作為非限制性的示例。通信模塊140可以包括位于外殼94內或外的天線144。其他實施例可以包括有線通信。
[0059]電源118(例如，電池)可設置在外殼94內。電池可以是可更換的和/或可充電的。電源118可在外殼94內或外感應地充電。視覺系統(tǒng)50可結合無線喚醒機制用于節(jié)能。使用無線通信62，視覺系統(tǒng)50可以被指示在不使用時關閉，并在需要時重新開機。在其他實施例中，定向感測裝置116(例如，加速計或陀螺儀)可以被包括以用于檢測當視覺系統(tǒng)50向下或使用時的取向。在一些實施例中，當CNC機器54采用視覺系統(tǒng)50時，向下取向可是主要時間。利用該取向感測裝置116也可用于當系統(tǒng)不在使用時節(jié)省電力。
[0060]參照圖5-6，在一些實施例中，該工具夾持器接口 122和/或第二端134可以是可移動的，以允許視覺系統(tǒng)50包括電池電纜128以簡化電池118的去除和充電以及更換。圖5示出去除工具夾持器接口的外殼94的試圖，使得電池電纜128是可見的并可接入以連接到電池118。視覺系統(tǒng)50可以包括充電站148和/或充電線152。圖6示出具有連接到電池電纜128并被插入到基座126的電池118的透視圖。
[0061]參見圖7，視場86的照明可以由照明源120提供，例如，位于外殼94內或之上的一個或多個LED布置。裝置可以是線性、圓形或形成任意的圖案。照明源120可以由電源118供電?？墒褂靡阎臋C制將照明弓丨導到該視場以弓I導該照明，例如，包括光管、反光鏡、聚焦透鏡、偏振或濾光材料以及漫射器。照明源120可以被布置以不同顏色或者組合產生軸上照明(即，明場照明)、離軸照明(即，暗場照明)。
[0062]參見圖8，外殼94還可以包括安裝孔146與電源連接150，用于安裝在外殼94的外部154的外部照明。外部照明可以是可選的并可由用戶更換的，并且可以由視覺系統(tǒng)來控制。可采用的外部照明的示例可包括軸上照明、離軸照明和基于圓頂照明，作為非限制性實施例。
[0063]參照圖10-11，無線通信適配器158可用于發(fā)送和接收的無線通信62來往于視覺系統(tǒng)50，并且可以安裝在視覺系統(tǒng)50通信范圍內的任何地方。無線通信62然后可以從通信適配器158有線或無線中繼到安裝在PC或工業(yè)控制器中的以太網(wǎng)連接或無線網(wǎng)絡卡，或指定從視覺系統(tǒng)50接收數(shù)據(jù)或圖像的任何設備，諸如例如CNC機器54或CNC控制器78。該無線通信62可以由單個設備或多個設備接收。無線通信適配器158可以被容納在和外殼94具有相同或類似等級的盒子154中，例如，IPXX和/或NEMA等級，例如IP67。無線通信適配器158可以向視覺系統(tǒng)50發(fā)送無線通信62。無線通信適配器158可以發(fā)送控制信號，例如，諸如機器視覺任務的選擇或聚焦位置、參數(shù)的信息，例如諸如機器視覺任務閾值、圖像或其他數(shù)據(jù)，或者它們的任意組合。
[0064]在所示實施例中，無線通信適配器158可包括IPXX(例如，IP67)、額定功率連接器162和電源線166和IPXX(例如，IP67)、額定網(wǎng)絡連接器170和網(wǎng)線174(例如，用于以太網(wǎng))。無線通信適配器158可以包括耦合到電源線166的無線中繼器和橋接178以及發(fā)送和接收無線通信62的網(wǎng)絡電纜174。
[0065]將便攜相機用于CNC機器的機器視覺的已知缺點在于，相機必須每一次重新安裝到CNC機器。相機的安裝的很小的位置或角度變化可產生不正確的測量結果。這是由于相機安裝的方式或由于機器的制造公差或兩者的組合而導致的。
[0066]由于視覺系統(tǒng)50可被安裝在CNC機器的卡盤或主中，CNC機器的移動可用于執(zhí)行每次使用視覺系統(tǒng)50的自動現(xiàn)場校準，以確保較高的精度。視覺系統(tǒng)50可精確到大約例如加或減一到兩微米，這可與觸摸探頭的精度相比。現(xiàn)場校準可讓視覺系統(tǒng)50將其圖像中的像素位置轉換為CNC機器坐標系統(tǒng)中的物理位置。
[0067]圖12示出用于自動現(xiàn)場校準視覺系統(tǒng)50的方法的實施例。圖12所示的方法可用于與附圖中描述和/或示出的任何系統(tǒng)或設備結合。在各種實施例中，示出的一些方法步驟可以被同時執(zhí)行，以示出的不同順序，或者也可以省略。當需要時，其他方法步驟也可以實施。
[0068]參見圖12，方法200示出用于視覺系統(tǒng)50的自動現(xiàn)場校準。第一步可以安裝視覺系統(tǒng)50到CNC卡盤或主軸82，如處理框204所示。CNC機器54可以執(zhí)行該步驟。接著，在處理框208，視覺系統(tǒng)50可以獲取至少一個圖像并在CNC工作臺216上定位至少一個特征212(見圖1)。至少一個圖像可以被存儲在存儲器110中。特征212的非限制示例可以包括校準板、在工作臺216上的基準和/或在工作臺上的紋理。在處理框220，CNC主軸82然后可以執(zhí)行至少一個運動(例如，旋轉)，該旋轉使得視覺系統(tǒng)50也旋轉。然后視覺系統(tǒng)50可以獲取并存儲所述至少一個新的圖像，并再次找到至少一個特征212，如處理框224所指示。至少一個新的圖像也可以被存儲在存儲器110中。在一些實施例中，在可選的處理框226，在處理框208、220和224所指示的步驟可以重復至少一次，或者例如，2次、3次、4次，直到獲得足夠的數(shù)據(jù)。在這種情況下，足夠數(shù)據(jù)可指足夠數(shù)量的圖像，以計算具有所需精確度和自由度的視覺系統(tǒng)50校準。該至少一個特征212可以在圖像中找到，并且該特征用于確定機器的運動和圖像中特征212的明顯移動之間的關系。該操作所需要的圖像數(shù)量可取決于機器可以勝任的移動類型?？梢允褂醚刂鴻C器的每個自由度的移動的至少一個示例。多個圖像可以提高準確性和可選地，當取得多個圖像時，失真的建模可以完成。在處理框228，視覺系統(tǒng)50可以然后使用數(shù)據(jù)收集處理框208、220和224計算其旋轉中心。旋轉中心的計算結果然后可以作為CNC機器坐標系的原點。
[0069]接著，在處理框232，CNC機器54可以沿一個軸使其工作臺216移動很小的距離，例如，I毫米、十毫米或例如50毫米。CNC機器54要使其工作臺216移動的量可以是由視覺系統(tǒng)50提前預定和已知的。視覺系統(tǒng)50然后可以記錄至少一個另外的新圖像，并定位所述至少一個特征212，如在處理框236所指示的。在一些實施例中，在可選的處理框238處，處理框232和236處所表示的步驟可以被重復至少一次，或者例如2次、3次、4次，直到例如如上所述足夠的數(shù)據(jù)被獲得，以使得特征對應關系已被收集以計算在給定精度水平具有自由度的給定數(shù)量的視覺系統(tǒng)50校準。在一些實施例中，如在處理框240指示，如果應用需要，在處理框232、236和238表示的步驟可以重復以獲得更多的工作臺軸。
[0070]在完成上述步驟后，視覺系統(tǒng)50可以然后使用已知技術創(chuàng)造手眼校準，如在處理框244處所示。方法200可以是視覺系統(tǒng)50的設置步驟，并可以在幾秒鐘內完成。一旦完成，可以在加工過程中獲得運行時圖像。
[0071]提供幾個示例來描述視覺系統(tǒng)50的示范應用，用戶可以快速地在CNC機器的工作臺216上放置多個部件。視覺系統(tǒng)50可以在CNC機器的坐標系統(tǒng)中定位所有部件，然后CNC機器54可以使用這些坐標以在每個部件中鉆出多個孔的圖案。
[0072]在某些應用中，部件的高度是未知的或不平坦的，但CNC機器54必須相對于部件的上表面執(zhí)行一些操作。視覺系統(tǒng)50可以在工作臺216上拍攝部件90的圖像。CNC機器54可以將部件轉換為固定的相對位置。該視覺系統(tǒng)50可以獲取部件的至少第二影像。這些圖像形成立體像，其可以允許視覺系統(tǒng)50在任何位置感測部件的精確高度。該高度可然后用于在部件上執(zhí)行的操作，諸如雕刻、拋光或路由，作為非限制性實施例。
[0073]在一些應用中，材料(諸如，金屬或玻璃)可以通過CNC機器54切割。CNC機器54可使用切割工具切割部件，然后切換切削工具到視覺系統(tǒng)50。CNC機器54可再使用視覺系統(tǒng)50以檢查切口部分是否有裂紋或其他缺陷。
[0074]在一些應用中，CNC機器可以對部件完成工作，以及部件然后可以從工作空間或工作臺216去除。CNC機器54可以使用視覺系統(tǒng)50切換出以前的工具。視覺系統(tǒng)50可用于檢查工作臺216的碎片或其它障礙物，以保證工作空間對于要工作的另一部件是理想的，而沒有任何問題。
[0075]參見圖13，在一些實施例中，外殼94可包括蓋子260，以收納在基座126中。圖14不出在外殼94中位于的光學系統(tǒng)98、通信模塊140和電池118的外殼94的截面的側視圖。如圖15所看出的，在一些實施例中，通信模塊140可以通過第二端134中的開口 264插入到基座126。隨著蓋260移除以及通信模塊140就位，電池118可以通過開口 268并在外殼94內放置，如圖16中所見。圖17示出定位在外殼94內和具有可接入的電池開關272的電池118。電池開關272可用來使能或禁止電池供電。如見于圖18，光學系統(tǒng)98可以然后通過開口 264被插入并使用緊固件276固定在適當位置。通信模塊140、電池118和光學系統(tǒng)98可以可操作耦合在一起。
[0076]隨著在外殼94內安裝的組件,蓋260可以位于外殼94的背面。在一些實施例中，蓋260可以通過首先咬合蓋第一端284上的楔子280和外殼94中的插槽288安裝，如圖19和20所示。參照圖21和22，蓋第二端292可包括至少一個彈簧夾296，例如，示出兩個。該彈簧夾296可以包括防滑板300，其可與外殼94中的配合爪304接合。在一些實施例中，外殼94可以包括穿過外殼94的孔308 (例如，示出兩個)，其允許工具插入到所述孔308中以從外殼94中的棘爪304脫開蓋彈簧夾296。在一些實施例中，并且如圖22中所見，外殼94還可以包括電池開關孔312，其允許工具插入到孔312以打開電池和關閉。外殼94可以由能夠耐受與惡劣的化學物質接觸的材料制成。例如，外殼可由金屬或塑料或它們的組合制成。
[0077]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例說明本發(fā)明的技術，本領域技術人員將認識到，可以在不脫離該技術的精神和范圍的情況下，在形式和細節(jié)上作出改變。例如，該技術不限于CNC機器的視覺系統(tǒng)，并可以實施為具有移動部件的機器。例如，雖然上面示出和描述CNC機器，視覺系統(tǒng)可以例如與機器人一起使用。該機器人可以拿起視覺系統(tǒng)并根據(jù)需要移動視覺系統(tǒng)來決定工件的工作條件或例如執(zhí)行檢查。
[0078]以上所公開的特定實施例僅僅是說明性的，因為技術可以以不同但等效的方式修改和實踐，其對本領域技術人員是明顯的。此外，除了下面權利要求的描述，對于本文所表示的構建或設計沒有限制。因此，很顯然，上文公開的特定實施例可以被改變或修改，并且所有這樣的變化被認為在該技術的范圍和精神之內。因此，本文尋求的保護在下面的權利要求中提出。
【權利要求】
1.一種卡盤或主軸安裝的視覺系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 密封外殼，所述密封外殼包括工具夾持器接口和底座，所述工具夾持器接口耦合到所述底座的第一端以及所述底座的第二端上的窗口 ； 光學系統(tǒng)，以通過所述窗口獲取圖像，所述光學系統(tǒng)包括處理器、存儲器和機器視覺軟件； 無線通信模塊，可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)以無線通信數(shù)據(jù)，包括由機器視覺軟件生成的圖像數(shù)據(jù)；和 電源，該電源可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)和所述無線通信模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光學系統(tǒng)是非觸摸式光學系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺系統(tǒng)被安裝到CNC機器的卡盤或主軸。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述工具夾持器接口被安裝到CNC機器的卡盤或主軸。
5.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，在由CNC機器控制的處理期間，所述視覺系統(tǒng)獲取圖像并生成圖像數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，在由CNC機器控制的處理期間，所述無線通信模塊無線地通信圖像數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電源是可充電的電源。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括通信適配器，所述通信適配器發(fā)送和接收無線通信來往于所述無線通信模塊。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述通信適配器被定位在盒子中，所述盒子具行至少IP67或等同評級。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述工具夾持器接口包括拉釘。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述密封外殼具有至少IP67或等同評級。
12.—種卡盤或主軸安裝的視覺系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 密封外殼，所述密封外殼包括工具夾持器接口以耦合到卡盤或主軸； 光學系統(tǒng)，用于獲取圖像，所述光學系統(tǒng)定位在密封外殼內，所述光學系統(tǒng)包括處理器、存儲器和機器視覺軟件以執(zhí)行圖像處理的至少一部分； 無線通信模塊，可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)以無線地通信圖象數(shù)據(jù)；和 電源，該電源可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)和所述無線通信模塊。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述密封外殼具行至少IP67或等同評級。
14.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述密封外殼還包括具有第一端和第二端的底座，所述工具夾持器接口密封地耦合到所述底座的第一端，該底座包括在底座的第二端上的窗口。
15.一種用于自動校準一視覺系統(tǒng)的方法，所述視覺系統(tǒng)耦合到CNC機器的卡盤或主軸，所述CNC機器具行工作空間，該方法包括以下步驟: a.獲取所述工作空間的至少一部分的至少一個圖像； b.定位所述圖像中的特征； c.旋轉CNC機器的主軸； d.獲取所述工作空間的至少一部分的至少一個新的圖像； e.定位所述至少一個新的圖像中的所述特征； f.計算旋轉中心； g.移動所述工作空間； h.獲取所述工作空間的至少一部分的至少一個后續(xù)圖像； 1.定位在所述至少一個后續(xù)圖像中的所述特征；和 j.創(chuàng)造在視覺系統(tǒng)和CNC機器之間的手眼校準。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括在執(zhí)行步驟f之前重復步驟a到e至少一次。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述特征是校正板、所述工作空間上的基準以及所述工作空間上的紋理中的一個。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括:在執(zhí)行步驟j之前，重復步驟h利i至少一次。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，重復步驟h和i獲得了用于至少一個其他工作空間軸的數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，視覺系統(tǒng)包括光學系統(tǒng)、無線通信模塊以及可操作地耦合到所述光學系統(tǒng)和無線通信模塊的電源，所述光學系統(tǒng)、無線通信模塊和電源被放置在密封外殼內。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中，該方法由CNC機器進行控制。
22.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括:在由CNC機器控制的加工處理期間，利用視覺系統(tǒng)獲取運行時的圖像。
【文檔編號】G01C11/00GK104457568SQ201410698945
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2013年9月10日
【發(fā)明者】A·古德爾, Z·席林, D·R·金, G·科斯蒂根, L·王 申請人:康耐視公司