[发明专利]具有摄像头的坐标测量机

说明书

本发明总体上关于能够确定测量点的至少空间坐标的坐标测量机，并且更具体地说，关于具有测距摄像头的坐标测量机，所述测距摄像头包括测距图像传感器。

在工件的生产之后进行检查以确定生产工艺的精度(也就是说，工件尺寸、角度的正确性等)是常规做法。例如，可通过坐标测量机执行这种测量。

为了检查，将工件放置在这种坐标测量机的基台上，并且可相对于基台运动的探头被领导到工件的预定测量点，以获得这些点的确切坐标数据。因此，可确定工件的生产精度。

在常规3D测量机中，支承探头以使其沿着三条互相垂直的轴线(沿着方向X、Y和Z)运动。因此，可将探头引导至坐标测量机的工作空间中的任何任意点。

为了确定坐标，采用了已知测量装置，其能够确定探头与已知原点相距的距离。例如，针对该目的，使用刻度尺或其它合适的测量装置。随后，获得的坐标数据可被存储在诸如RAM的存储器中，并且用于进一步处理。

然而，由于工件的相当复杂的结构，出现了将探头引导至选择的目标点麻烦的问题。也就是说，需要适时地减小探头的运动速度，以防止当探头紧靠工件时由于过于强的撞击而损坏探头或工件。特别地，全自动坐标测量机可出现这种问题。

因此，需要能够实现快速确定选择的目标点的坐标数据并且能够减小损坏探头或待测量的工件的风险的坐标测量机。本发明的一个目的是提供这样的坐标测量机。

本发明的另一目的是提供这样一种坐标测量机，其使得用户能够在不接触的情况下控制坐标测量机的测量处理。

通过根据权利要求1、20和24和/或本发明的从属权利要求所述的坐标测量机实现这些目标的至少一个。

根据本发明的第一方面，一种用于确定待测对象的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机，包括：基台；探头，适用于接近测量点；驱动机构，其适用于按照使探头能够相对于基台运动以接近测量点的方式驱动探头。所述CMM还包括框架结构，探头附着于该框架结构，该框架结构沿着水平和竖直方向可动。此外，根据本发明的坐标测量机具有第一摄像头。所述摄像头适用于指向测量空间，以提供测量空间的至少第一部分的至少第一图像，其中，所述测量空间表示其中根据所述坐标测量机的设计，特别地根据探头的提供的可移动性，可确定测量点的至少一个空间坐标的特定空间。而且，坐标测量机的控制器适用于基于从至少第一图像得到的图像数据来控制所述驱动机构。

根据本发明的特定实施方式，第一摄像头被构建成第一测距摄像头，其具有带有传感器阵列的测距图像传感器。测距摄像头适用于指向待测对象，并且能够提供至少第一图像作为待测对象的测距图像。测距图像的测距像素对应于待测对象的目标点的3D位置，并用作图像数据，以生成待测对象的点云。此外，坐标测量机的控制器用于基于目标点的3D位置来控制驱动机构。

通常，已知测距成像是一种用于产生示出从特定点与场景中的点相距的距离的2D图像的技术。得到的图像通常被称作测距图像，具有对应于对象处的各目标点的距离的像素值。

例如，较亮的值意指较短的距离，或反之亦然。甚至能够准确地校准传感器，以产生这种测距图像，其使得可按照诸如米的物理单位直接提供这种像素值。针对测距图像的像素(测距像素)的每个，指派能够测量距离的一个单独的传感器。由于指派给各传感器(像素)的目标点的距离已知，因此可确切地确定目标点的3D位置。

因此，通过利用测距成像技术，可识别待测对象的每个测量点，以及甚至确定每个测量点的3D数据。然而，虽然因为测距图像的像素数量可能有限所以通过这种方式确定的3D位置可能不够精确，但是，信息足以确定测距图像中的待测对象的形状。

因此，通过使用目标点的3D位置，控制器可按照避免可能损坏探头的严重撞击的方式来调整用于驱动探头的驱动机构。此外，通过利用目标点的3D位置，探头可以相对低的速度接近待测对象，而在没有撞击风险的区域，也就是说，在距待测对象较大距离处，探头可以相对高的速度移动。为了克服可用的图像点数量有限带来的精度问题，有利的是，测距图像可被待测对象的真实图像覆盖。

因此，可在较短时间内执行对待测对象的测量点的测量，这是因为构成待测对象的测量点的3D位置是已知的。因此，当靠近这些测量点之一时，驱动探头的驱动机构的速度可被最小化，可改变探头的运动方向，或可进行其它合适的测量。

有利的是，坐标测量机可包括探头位置确定装置。该探头位置确定装置能够确定探头的3D位置以及运动方向。通过学习探头的位置，控制器通过控制与探头的3D位置和运动方向关联的驱动机构甚至更加能够控制探头的运动速度。