估算安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法及该工具机技术

在包括旋转心轴(2)和获取安装于心轴上的工具(3)的影像的视觉系统(7)的工具机(1)中，对于集中在心轴的标称旋转速率值(VN)上的预先选择的旋转速率值的间隔(ICN)的每个值(VC)，确定影像获取周期(TA)，其是心轴旋转周期(TR)的倍数，该旋转周期针对预先选择的速率值而被计算并兼容于视觉系统，以及在心轴以标称旋转速率旋转的同时，得到工具影像的代表对，其在时间上彼此隔开了影像获取周期，以便通过选择基于相似度规则彼此最相似的影像的代表对所对应的那个预先选择的速率值，而得到与标称速率值相关联的估算速率值(VS)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估算安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法及该工具机
本专利技术涉及用于估算安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法。尤其，本专利技术可以有利的但非排外的应用于由投影视觉系统执行的自动测量工具的过程，对该过程的参考将在以下说明书中不失一般性地明确进行。
技术介绍
如一般所知，数值控制工具机包括具有心轴的机械结构，该心轴承载工具来加工物体并使工具旋转，以及包括电子控制单元以精确控制心轴沿着三或更多个移动轴进行的位移及工具旋转速率。工具机的工具必须加以测量，而且当工具绕着其轴快速旋转时，以确定一旦它安装于心轴上之后的有效尺度，或者确定其几个工作小时后的磨耗。为此目的，工具机装配了自动测量系统，该自动测量系统能够在工具绕着其自己的轴旋转的同时来测量工具的几何特征(包括其尺度)。自动测量系统是已知的，其包括投影视觉系统，该系统包括未聚焦光源和置于光源前面并与光源相距特定距离的二维影像传感器(举例来说CCD传感器)。当使用时，要测量的工具必须在它绕着其自己的轴旋转的同时被置于光源和影像传感器之间，并且在影像传感器的视野里，以这种方式使得影像传感器可以获取工具阴影的影像。工具的几何特征基于由视觉系统所获取的影像而被测量。为了进行想要的测量，视觉系统必须获取正绕着旋转轴线旋转的工具在不同角度位置的影像，这些位置被彼此隔开特定的角度步距。要测量的工具的旋转周期经常远短于影像传感器的帧获取周期。因此，为了获取具有想要的角度步距的旋转工具的影像，视觉系统根据获取周期来获取影像，如此工具在两个连续的获取之间执行特定整数个完整旋转加上部分的旋转以等于想要的角度步距。为了真正获取在想要的角度位置的影像，工具的旋转速率必须是高精确已知的。事实上，有可能展现标称或已知速率和实际速率之间即使有万分之一的差异也可以导致大的获取误差，即导致获取影像的角度位置远离于想要的角度位置。迄今，基本上已知两种方法来解决实际速率值与标称速率值之间的可能偏差。第一种已知方法包括执行多次获取，这相较于最小数目的获取来说是大大的冗赘。该第一种方法通常是不可行的，因为相较于执行测量周期所允许运行时间，需要太多的运行时间。第二种已知方法包括使用速率或位置传感器，其举例来说布置在心轴上，以此方式可以获取一直被更新的和可靠的速率实时数据。该第二种方法于许多情况下并不受到欢迎，因为它被视为太多的侵入性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供精确确定安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法，此种方法是无前述的不便，而可同时、容易和便宜的实施。根据本专利技术，根据所附权利要求书所请求的，提供的是估算安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法、获取安装于工具机的旋转心轴上的工具的影像的方法以及工具机。附图说明现在参考所附图示来描述本专利技术，该图示系以非限制性的范例而提出，其中：图1显示包括视觉系统的数值控制工具机，其实施用于估算安装于工具机的心轴上的工具的旋转速率的方法，该方法是由本专利技术所提供；以及图2是图1工具的极为示意的放大截面图，其显示了处于根据时间节奏而想要获取工具影像的角度位置的范例，该时间节奏根据由本专利技术方法所估算的旋转速率来计算。具体实施方式数值控制(numericalcontrol，NC)工具机一般在图1中以参考1来指示，并且包括上面安装了工具3的心轴2以及体现工具机1的数值控制的第一电子控制单元4。第一电子控制单元4能够控制心轴2的旋转速率，以及能够经由专用的致动器(其本身是已知的，因此并未示范)而控制心轴2沿着至少一个位移轴(典型沿着三个直角坐标轴X、Y、Z)的移动。心轴2沿着位移轴的开始移动和停止移动经常是由第一控制单元4所控制。然而，心轴2沿着位移轴的停止移动也可以根据替代性程序而由外部单元通过第一控制单元4的特定输入5(一般称为“跳过输入”(skipinput))来控制。第一控制单元4还被设定成记录心轴2沿着位移轴的位置，例如根据输入5处的信号。第一控制单元4进一步包括通讯接口6，例如以太网络端口。工具机1配置有视觉系统7，其适于在工具机1保持心轴2绕着其自己的旋转轴线2a旋转的同时来测量工具3的几何特征(例如尺度)。更特定而言，视觉系统7包括光源8和影像传感器9，后者被置于光源8前面并与光源8相距特定的距离。当工具3利用心轴2沿着位移轴移动而置于光源8和影像传感器9之间时，影像传感器9适于获取工具3的影像，更特定而言是工具3的阴影的影像。光源8和影像传感器9被安装于共享的支撑框架7a上。光源8产生未聚焦的光束，并且影像传感器9举例来说包括CCD数字传感器。影像传感器9的视野定义了用于工具3的测量区域。事实上，工具3是通过以下步骤来测量的：将旋转工具3置于影像传感器9的视野中、获取视野的影像、以及举例来说从获取的影像来计算工具3的尺度。根据本专利技术，视觉系统7包括第二电子控制单元10，其连接到第一控制单元4以发送控制到第一控制单元4和与之交换数据。更特定而言，第二控制单元10包括可连接到第一控制单元4的输入5的输出11和可连接到第一控制单元4的通讯接口6的通讯端口12。在图1中，虽然第二控制单元10被示为物理地集成于支撑框架7a中，但是替代而言，它可以与支撑框架7a物理地区分开来。第一控制单元4和第二控制单元10被程序化以便实施用于估算安装于旋转心轴上的工具之旋转速率的方法，该方法是由本专利技术所提供并且描述如下。定义出旋转速率的预先选择的值VC的间隔或预先选择的速率值VC，其大体集中在心轴2的旋转速率的标称值VN上或标称速率值VN上。对于每个预先选择的值VC，确定相应的影像获取周期TA，以使其等于心轴2的一个旋转周期TR的倍数，该旋转周期针对该预先选择的值VC计算并且兼容于视觉系统7，即兼容于影像传感器9的最大影像率(或“帧率”(framerate))。标称值VN是在第一控制单元4中可选择的速率。为了简单起见，集中在标称速率值VN上的预先选择的速率值VC的间隔有时在下文中简称为数值的第一间隔ICN。假设10000rpm的标称值，则第一间隔ICN举例来说包括9900rpm和10100rpm之间以1rpm为步距的所有速率值。在第一控制单元4的控制下，心轴2在标称速率值VN下旋转并且定位于视觉系统7的视野中。于此种旋转期间，利用视觉系统7，获取工具3的影像的代表对(representativecouple)，在每个代表对里，该影像在时间上彼此隔开了影像获取周期TA，其对应于预先选择的速率值VC中的一个。将与标称速率值VN相关联的估算的速率值VS被确定为从所有预先选择的速率值VC中选择的该预先选择的速率值，基于相似度规则，具有彼此最相似的影像的代表对对应于该预先选择的速率值。也就是说，对于影像的每个代表对，计算相应的相似度指标的值，其陈述了两个影像之间的相似度，并且估算的速率值VS是由该预先选择的速率值所代表，基于相似度规则，具有彼此最相似的影像的代表对对应于该预先选择的速率值。相似度规则举例来说包括以下处理。对于影像的每个代表对的每个影像，定义相应的实数矩阵A、B，每个实数代表影像相应的像素的亮度。对于影像的每个代表对，获取差异矩阵C来作为两个矩阵A和B关于影像的代表对的两个影像的逐个元素的差异，并且计算出差异矩阵C的范数N的值。估算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用视觉系统(7)估算安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法，所述视觉系统(7)获取所述工具(3)在旋转时的影像；其特征在于，所述方法包括以下步骤：定义旋转速率的预先选择的速率值(VC)的第一间隔(ICN)，该第一间隔实质集中在所述心轴(2)的旋转速率的标称速率值(VN)上；对于所述预先选择的速率值(VC)中的每一者，确定各自影像获取周期(TA)，以使其等于所述心轴(2)的一个旋转周期(TR)的倍数，该旋转周期针对该预先选择的速率值(VC)计算并且兼容于该视觉系统(7)；以所述标称速率值(VN)来旋转所述心轴(2)，并且将所述工具(3)定位于所述视觉系统(7)的视野中；凭借所述视觉系统(7)，得到所述工具(3)的影像的代表对，在每个代表对中，影像在时间上彼此隔开了所述影像获取周期(TA)，该影像获取周期对应于所述预先选择的速率值(VC)中的一者；以及将与所述标称速率值(VS)相关联的估算的速率值(VS)确定为从所有预先选择的速率值(VC)中选择的那个预先选择的速率值，基于相似度规则，具有彼此最相似的影像的所述代表对对应于该预先选择的速率值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.25 IT BO2012A0002891.一种用于通过使用视觉系统(7)估算安装于工具机的旋转心轴上的工具的旋转速率的方法，所述视觉系统(7)用于获取所述工具(3)在旋转时的影像；其特征在于，所述方法包括以下步骤：定义旋转速率的预先选择的速率值(VC)的第一间隔(ICN)，所述第一间隔大体集中在所述旋转心轴(2)的旋转速率的标称速率值(VN)上；为所述预先选择的速率值(VC)中的每一者确定相应的影像获取周期(TA)，以使其等于所述旋转心轴(2)的一个旋转周期(TR)的倍数，所述旋转周期针对所述预先选择的速率值(VC)计算并且与所述视觉系统(7)兼容；以所述标称速率值(VN)来旋转所述旋转心轴(2)，并且将所述工具(3)定位于所述视觉系统(7)的视野中；利用所述视觉系统(7)获取所述工具(3)的影像的代表对，在每个代表对中，影像在时间上彼此隔开了所述影像获取周期(TA)，所述影像获取周期对应于所述预先选择的速率值(VC)中的一者；以及将与所述标称速率值(VN)相关联的估算的速率值(VS)确定为从所有预先选择的速率值(VC)中选择的那个预先选择的速率值，基于相似度规则，具有彼此最相似的影像的所述代表对对应于所选择的那个预先选择的速率值。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述相似度规则包括以下处理步骤：对于每个影像代表对的每个影像，定义相应的实数的矩阵(A、B)，所述实数的每一者代表所述影像相应的像素的亮度；为每个影像代表对获取作为两个矩阵(A、B)的差异的差异矩阵(C)，所述两个矩阵对应于所述影像代表对的两个影像；计算所述差异矩阵(C)的范数(N)的相应的值；以及选择所述范数(N)的最小值所对应的那个预先选择的速率值(VC)来作为估算的速率值(VS)。3.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述视觉系统(7)获取所述工具(3)的影像代表对的步骤包括：利用所述视觉系统(7)获取所述工具(3)的影像的多组试验对，在所述多组中的每一组：所述试验对的每一者的影像在时间上彼此隔开了所述影像获取周期(TA)，所述影像获取周期对应于相关的预先选择的速率值(VC)中的一者，并且所述试验对在时间上彼此隔开了相同的影像获取周期(TA)的一部分；以及从所述多组的试验对中的一者获取所述工具(3)的每一所述影像代表对。4.根据权利要求3所述的方法，其中将可靠度指标指定给每个试验对，所述可靠度指标取决于所述工具(3)在所述试验对的每个影像中实际可见的百分比。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述工具(3)的所述影像代表对的每一者通过基于所述可靠度指标从一组所述试验对选出一者而获取。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述工具(3)的所述影像代表对的每一者通过定义累积影像的代表对而获取，所述累积影像根据一组所述试验对的所述影像、针对所述累积影像的每个试验对中的一个影像而被计算。7.一种用于获取安装于工具机的旋转心轴上的工具的影像的方法；所述方法包括以下步骤：以标称速率值(VN)来旋转所述旋转心轴(2)；确定所述旋转心轴(2)的旋转速率的实际速率值(VE)；以及利用视觉系统(7)以一时间节奏(TM)获取所述工具(3)的影像，所述时间节奏(TM)根据所述实际速率值(VE)计算，以使得所述工具(3)在两个连续的...

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