用于将工具机的工具定位在视觉系统的视觉范围内的方法及其相关工具机技术方案

一种用于将设置在数值控制工具机的转轴(2)上的工具(3)定位在视觉系统(7)的视觉范围(20)内的方法，以便测量工具(3)，该方法包括：沿轴(Z)移动正在旋转的转轴(35)，使其从参考位置(Z0)朝向在视觉范围中所定义的目标位置(Zobj)；以及撷取该视觉范围的影像。当撷取的影像(IM1)显示工具的特定部位(13)(例如其尖端)已进入视觉范围时(36)，控制转轴停止其沿轴的运动。当止动被控制时(37)，撷取转轴的瞬时位置(Z1)(38)并测量工具的尖端与目标位置间的距离(POS)(39)。根据瞬时位置与距离计算出最后位置(Z2)(40)，并使转轴移至该最后位置(42)。可考虑初步步骤(31)及/或细定位阶段(44、45、46、42)，其中，转轴及工具在初步步骤中为朝向视觉系统以一定量位移。一种包括控制单元(4、10)之工具机，以执行前述之定位方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将工具机的工具定位在视觉系统的视觉范围内的方法及其相关工具机
本专利技术涉及一种用于将组装在数值控制工具机的转轴(2)上的工具定位在视觉系统的视觉范围内，以便测量该工具的方法。 本专利技术也涉及一种执行这种方法的工具机。 尤其地，本专利技术有利地但不局限地在自动测量由视觉系统执行的工具之前，应用于设置工具的阶段。说明书将清晰地、并不失普遍性地对其作出详述。
技术介绍
传统的数值控制工具机包括具有转轴的机械结构及电子控制单元，其中转轴承载工具，以加工物体并使其旋转，电子控制单元则可精确地控制转轴沿三个或更多位移轴的运动以及工具的旋转速度。 工具机的工具需要被测量(亦包括其正在旋转时)，以判断工具装于转轴上后的有效尺寸，或判断其经过一段工作时间后的磨损。为此，工具机装设有一自动测量系统，其可测量工具的尺寸，以及当其正在旋转时。 已知的自动测量系统包括与光接收器配合的雷射源，在雷射源发出的激光束被物体遮挡时，光接收器可侦测到。工具尺寸的侦测，例如针对标称长度与工具长度间的差异，是由先将转轴移动至参考位置，然后将转轴沿着横截于激光束的方向朝向激光束移动来取得，其中激光束是站在距离参考位置的已知距离。当工具的尖端遮挡住激光束，更具体地说，当尖端遮挡住激光束横截面的特定量时，控制单元记录转轴相对于参考位置的新位置。根据已知距离与所记录之新位置间的差异，便可估测工具的尺寸。 基于遮挡激光束的侦测系统，其缺点在于侦测的精确性，该精确性随着工具尖端相较于激光束横截面的直径之尺寸及其形状的不同，而有非常大的变化。此外，此类的侦测系统有可能将出现在工具尖端上的任何污泥(例如油滴)误判为工具的一部份，而造成测量错误。 另已知的自动侦测系统包括视觉系统，即光源以及电荷耦合组件(CXD)照相机，其中光源提供未聚焦光束，CCD照相机则撷取位于光源与照相机之间的物体之阴影轮廓的影像。此视觉系统可克服基于激光束的侦测系统的缺点，其视觉精确度平均，且可辨识工具尖端的污泥。当正在转动的工具(绕其自身的轴转动)被放置于视觉范围内时，便可执行侦测。为便确保工具正确地定位，转轴可逐步前进，其中在每一个步骤，可由撷取的影像来实时确认尖纟而的位直。 然而，视觉系统的影像撷取时间相当长。实际上，撷取时间受限于相机的更新速率，这迫使工具的移动须选择非常慢的速度，否则视觉系统无法精确地为工具构图。如此严重限制工具测量所需的最短时间。再者，当需要以高精确度将工具定位在视觉范围内的特定区域时，因提升精确度而需要进一步降低速度，或是需要反复执行细定位的处理，甚至需要更长的运行时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能将数值控制工具机的工具快速定位在视觉系统的观测范围内的方法，此方法可克服先前技术所述的缺点，且容易实施并且便宜。 本专利技术的目的亦在于提供一种可执行前述之定位方法的工具机。 根据本专利技术，提供一种用于将组装于数值控制工具机的转轴上的工具定位在视觉系统的视觉范围内的方法，以便测量工具，以及一种数值控制工具机，该方法与工具机具有如申请专利范围所记载的特征。 【附图说明】 现在将通过实施例并参考附图描述本专利技术的非限制性的实施方案，在附图中: 图1示出依据本专利技术的实施例的数值控制工具机的示意图，该数值控制工具机执行用于将工具定位在转轴上的方法。 图2-5示出图1的工具机的转轴于本专利技术的定位方法中的四个步骤之示意图。 图6示出图5的局部放大图，其中依据本专利技术另一较佳实施例中设有另一定位阶段。 图7示出依据本专利技术之定位方法的流程图。 【具体实施方式】 参考图1，组件符号I为表示整体的数值控制工具机。数值控制工具机I包括转轴2及第一电子控制单元4。转轴2上设置有工具3，第一电子控制单元4则实现工具机I的数值控制，以控制转轴2的旋转速度及沿至少一个位移轴的运动。第一电子控制单元4典型地藉由致动器(图未示)控制转轴2沿着三个直角(笛卡耳(Cartesian))轴X，Y和Z的运动。 转轴2通常透过部份程序中的机械码指令开始沿着位移轴运动，且可由外部单元透过第一电子控制单元4的特定输入端5(—般称“跳跃输入”)控制此运动停止。第一电子控制单元4亦用来记录转轴2沿着位移轴的位置，例如当输入端5接收到控制讯号时。此夕卜，第一电子控制单元4包括通讯接口 6,例如以太网络(Ethernet network)的通讯端口。 工具机I设有视觉系统7，当工具机I维持转轴2绕其旋转轴2a旋转的同时，视觉系统7可测量工具3的尺寸。具体地，视觉系统7包括光源8及影像传感器，其中影像传感器典型地为照相机9。照相机9以一定距离位于光源8的前方。当工具3透过转轴2沿位移轴的运动而位于光源8与照相机9之间时，照相机9便可撷取工具3阴影轮廓的影像。光源8可产生未聚焦的光束，照相机9例如为数字电荷耦合组件(CCD)照相机。 照相机9具有视觉范围20，此视觉范围20定义出工具3的测量区域。要进行测量时，将工具3置放于照相机9的视觉范围20内，撷取视觉范围20的影像，再根据撷取的影像计算工具3的尺寸。 根据一实施例，视觉系统7包括第二电子控制单元10，第二电子控制单元10与第一电子控制单元4连接，以传输控制讯号至第一电子控制单元4，并与第一电子控制单元4交换数据。依图1所示的示意图，第二电子控制单元10硬件上整合于承载光源8与照相机9的框架中，然本专利技术不限于此，第二电子控制单元10亦可为分开的单元。具体地，控制单元10包括输出端11及通讯端口 12，其中输出端11可与第一电子控制单元4的输入端5连接，通讯端口 12则可与第一电子控制单元4的通讯接口 6连接。电子控制单元4、10可被程序化以执行将工具3定位于视觉系统7的视觉范围20中的方法，更具体地说，实现如以下配合图2至5所述的方法。 图2示出转轴2位于初始位置或零点位置，而此时组装于转轴2上的工具3完全位于照相机9的视觉范围20之外(照相机9并未示出于图2至5中)。视觉范围20包括例如第一侧边及第二侧边，其中第一侧边介于约0.3至0.5毫米(mm)，第二侧边则介于约0.2至0.4mm。图中所示的工具3可定义出纵向的工具轴3a。转轴2钳紧工具3，使工具轴3a大体上与旋转轴2a相重迭。在将工具机3定位于视觉范围20内并随后进行测量工具机3的过程中，转轴2均持续地绕着旋转轴2a旋转。 根据一实施例，就工具3的特定部位，特别是尖端13，于视觉范围20中定义出目标位置。因视觉范围20的中央部份通常能保证最佳效果，故如图所示的目标位置为垂直高度Zobj、并沿着Z轴方向位于视觉范围20的中心。 图7示出根据本专利技术的定位方法的步骤流程图，其中亦包括额外可选择的细定位阶段。流程图中的每个步骤以方块表示，每一个步骤的描述可参考以下说明。 当定位的步骤开始(即图7的方块30)，于初步步骤(方块31)中，在转轴2维持旋转的同时，第一电子控制单元4控制转轴2沿Z轴从零点位置朝向视觉系统7进行初步位移。初步位移的大小是取决于工具3沿着Z轴方向的尺寸L，其目的在于将工具3的尖端13置放于视觉范围20内。工具3的尺寸L是预先估测好的，例如透过校准程序，并将其储存于工具机I的第一电子控制单元4。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将设置在数值控制工具机的转轴上的工具定位在视觉系统的视觉范围内的方法，以便测量该工具，该方法包括：定义该工具(3)的特定部位(13)在该视觉范围(20)内的目标位置(Zobj)；控制(35)该转轴(2)沿至少一个位移轴(Z)从参考位置(Z0)移动，并以一种方式移动该工具(3)的该特定部位(13)至该目标位置(Zobj)的第一运动，同时该视觉系统(7)撷取该视觉范围(20)的影像；当该视觉系统(7)根据撷取影像(IM1)，侦测到该工具(3)的该特定部位进入该视觉范围(20)内时，控制(37)该转轴(2)停止沿该位移轴(Z)的该第一运动；当该转轴(2)被控制停止时，撷取该转轴(2)的瞬时位置(Z1)；根据该撷取影像(IM1)，沿该位移轴(Z)上测量(39)该工具(3)的该特定部位(13)与该目标位置(Zobj)间的第一距离(POS)，其中该工具(3)的该特定部位(13)可见于该撷取影像(IM1)中；将该转轴(2)的该瞬时位置(Z1)与该第一距离(POS)相加，以计算(40)该转轴(2)的第一最终位置(Z2)；以及将该转轴(2)沿该位移轴(Z)移动至该第一最终位置(Z2)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.20 IT BO2012A0002211.一种用于将设置在数值控制工具机的转轴上的工具定位在视觉系统的视觉范围内的方法，以便测量该工具，该方法包括:定义该工具(3)的特定部位(13)在该视觉范围(20)内的目标位置(Zobj);控制(35)该转轴(2)沿至少一个位移轴(Z)从参考位置(ZO)移动，并以一种方式移动该工具(3)的该特定部位(13)至该目标位置(Zobj)的第一运动，同时该视觉系统(7)撷取该视觉范围(20)的影像；当该视觉系统(7)根据撷取影像(IMl)，侦测到该工具(3)的该特定部位进入该视觉范围(20)内时，控制(37)该转轴(2)停止沿该位移轴(Z)的该第一运动；当该转轴(2)被控制停止时，撷取该转轴(2)的瞬时位置(Zl)；根据该撷取影像(頂1)，沿该位移轴(Z)上测量(39)该工具(3)的该特定部位(13)与该目标位置(Zobj)间的第一距离(POS)，其中该工具(3)的该特定部位(13)可见于该撷取影像(Ml)中；将该转轴(2)的该瞬时位置(Zl)与该第一距离(POS)相加，以计算(40)该转轴(2)的第一最终位置(Z2);以及将该转轴(2)沿该位移轴(Z)移动至该第一最终位置(Z2)。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤:当该转轴在该第一最终位置(Z2)处于静态时，透过该视觉系统撷取(44)该视觉范围(20)的第一附加影像(IM2);根据该第一附加影像(頂2)，沿该位移轴(Z)测量(45)该工具(3)的该特定部位(13)与该目标位置(Zobj)间的第二距离(P0S2);将该第一最终位置与该第二距离(P0S2)相加，以计算(46)到该转轴(2)的第二最终位置；以及将该转轴(2)沿该位移(Z)轴移动(42)至该第二最终位置。3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括初步阶段，其包括以下步骤:沿该位移轴(Z)估计该工具(3)的尺寸；驱动该转轴(2)沿该位移轴(Z)朝向该视觉系统(7)作初步位移(31)，该初步位移的大小根据所估计的该工具(3)的尺寸而定；当该转轴(2)完成该初步位移后处于静态时，透过该视觉系统(7)撷取(32)位于该参考位...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·帕西尼，R·布鲁尼，
申请(专利权)人：马波斯SPA公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT