CN103930927A - 用于传感式图像检测的方法以及这种方法在电动工具中的应用 - Google Patents

Abstract

关于用于传感式图像检测工件（2）上给出的且借助于工作设备的工作工具仿形的工作线（8、9）的方法，该工作设备配备了图像检测装置，关于在工作线（8、9）的区域中作用在工件（2）上的工作工具以及关于工作设备的大致相对于工作线（8、9）对准的位置，检测与工作工具邻接的图像片段（5）作为灰度值图，并且关于与工作线接触的和/或与工作线重叠的且描述工作线（8、9）的图像像素对该灰度值图进行分析以用于检测工作线（8、9）。此外，本发明还涉及这种方法在电动工具中的应用以及这种电动工具。

Description

用于传感式图像检测的方法以及这种方法在电动工具中的应用

技术领域

本发明涉及一种用于传感式图像检测在工件上给出的且待借助于工作设备的工作工具仿形的工作线的方法。

背景技术

例如由WO 2008/055738A1已知了一种手动进给的工作设备，该工作设备具有接合到工件上的工作工具和图像检测装置，该图像检测装置用于待利用工作工具仿形的、在工件上预定的工作线。这尤其用于设计为手持式往复锯的工作设备，该手持式往复锯也可以借助于光学图像检测装置半自动地运行。为此，通过检测装置得到描述工作线的走向的数据并通过处理单元转化为用于设计为工作工具的锯片的取向的调节指令。

优选设置了形式为照相机的2D传感装置作为检测装置，其中为了识别工作线使用了图像处理，该图像处理利用了光学检测到的工作区域理想地划分为单个的搜索行，以便由工作线的各个被检测的点通过处理单元通过内插来确定借助于工作工具待仿形的工作线走向。

尽管采取了这些辅助措施，然而尤其当相对于工件表面的对比度差时，为工件侧设置的工作线的检测质量不令人满意，且在工件侧设置的工作线通常不以对积极的工作结果来说必要的精度检测到，且这种情况尤其出现在工作工具相对于工件的关键的作用区域中。

发明内容

通过本发明，要提供一种在不利的环境下仍改进检测质量的、用于传感式图像检测工件侧的工作线的方法。

这通过权利要求1的特征实现，相对于权利要求1，从属权利要求描述了有利的改进方案，这些特征在说明书中尤其根据附图利用设计方案进行阐述。

原则上，在用于传感式图像检测、尤其是用于传感式图像检测工件表面上预先给定的工作线的根据本发明的方法中，位于工作工具之前的、尤其是直接位于之前的图像片段被检测，更确切的说，通过在灰度值图中检测该片段的图像像素。该灰度值图理想地被光栅图案覆盖，且图像片段的图像像素的灰度值在统计学上关于沿着工作线给出的极值被分析。

关于相对于工件预先给定的工作线得到了用于这种图像像素的灰度值-极值，该灰度值-极值与工作线接触和/或覆盖。因此，尤其结合不同的光栅存在下述可能性：鉴于不同的、待检测的图像使用不同的光栅图案。

因此，例如用来确定工作工具在工件上的作用点，即工作线的开始和/或用于检测工作线的后续的走向。

首先，在用于工作设备的相应的工作工具的、沿X方向延伸的工件侧的作用边缘中，沿X-Y坐标系、尤其是笛卡尔坐标系的X方向进行图像片段的对中。这以通常在工作工具插入时在工件上给出的、工作设备在工作线的起始走向上的取向为基础。此外，在光栅线沿Y方向的有利地给出的取向中，从而相应较窄的光栅中沿X方向仅通过以足够的精度比较沿X轴的图像像素的灰度值来预定“中点”，即相对于工作线在覆盖方面最佳的作用点，且不需要图像沿X方向的其它对中。关于在灰度值方面检测到的图像像素，把任意x位置定义为“中心”，在该位置中沿光栅线沿Y方向接近边缘地检测到的图像像素的灰度值的总和与沿Y方向沿着光栅线检测到的灰度值-总和值的平均值的偏差最大。

关于图像片段确定作用点的位置的优选的具体做法以下述方式确定：在用于坐标系的多个X位置的图像片段中，灰度值沿Y方向从Y=0开始、尤其分别对小的图像像素来说累计，并将一X位置设定为作用点，对该X位置来说，在总和方面给出了与所有X位置的平均值的最大偏差。根据本发明可行的是，这种用于确定作用点的做法也与随后进行工作线的仿形的方式无关。

如此进行坐标系的定向是有利的，即作为横坐标X坐标沿工件的纵边缘的方向延伸，其配备有作用点。

从确定的作用点出发，如果这种覆盖位置之前并未给出，则在基于作为工作线的作用点对图像片段进行了对中之后，在工作线的精确的走向确定方面，有利地是借助于光栅工作，光栅的光栅线从作为作用点的“中点”出发扇形地分散地延伸，从而即使在检测到的图像片段小时且工作线的走向可能为弯曲时，也能碰到对其走向来说足够数量的图像像素，并可以在其灰度值方面进行检测。在具有放射状、尤其是扇形的从作用点出发的理想的直线（作为光栅线）的这种光栅中，累计与这些直线接触的图像像素的灰度值，并且工作线在图像片段的区域内的走向通过直线来确定，针对这些直线，图像像素的总和值与其余直线的图像像素的总和值相比具有极值。

从统计学角度出发如下地对用于检测工作线的灰度值图进行分析：与工作线接触或覆盖工作线的图像像素至少在总和值方面与其它的、位于共同的连接直线上的图像像素的灰度值区分开，并形成极值，所述极值基于形成工作线的标记和工件表面之间的相应的亮度对—亮表面上的暗色线条或者暗表面上的亮色线条—而大于或小于其它总和值。

在实际工作中，根据本发明的方法的优点在于：从工作工具作用于工件开始直至沿着工作线引导工作工具无过渡地辅助工作设备的使用者。在通过工作工具沿着工作线引导工作设备时，这种情况同样适用于在自动或半自动的工作运行中，其中由于所述方法的两阶段性，首先检测工作工具相对于工件的作用点，且在第二阶段中通过从作用点出发针对工作线定向，而实现了一种简单的方法。

附图说明

本发明的其它细节和特征由下面的附图和说明得出并根据它们补充性地说明根据本发明的方法和所属的电动工具。

附图示出了：

图1示出了在具有工件上绘出的直工作线的锯片之前曲线锯的工作区域；

图2示出了根据图1的工作区域的灰度片段；

图3示出了根据本发明的方法的关于假设的直线斜度的总和值的走向；

图4示出了根据图2的具有绘出的计算出的直线的工作区域的灰度片段；

图5示出了在具有工件上绘出的弯曲的工作线的锯片之前曲线锯的工作区域；

图6示出了根据图5的工作区域的灰度片段；

图7示出了根据本发明的方法的关于假设的直线斜度的总和值的走向；

图8示出了根据图6的具有绘出的计算出的近似直线的工作区域的灰度片段；

图9示出了以曲线锯为实施方案的根据本发明的电动工具。

具体实施方式

图1至4涉及基本上为直线的工作线的第一实施例。图5至8涉及弯曲的工作线的第二实施例。图9示出以手持式往复锯（曲线锯）为实施方案的根据本发明的电动工具，所述手持式往复锯可以按照根据本发明的方法运行。

在图1和5中分别以俯视图示出了曲线锯的基板1的、在作为工作工具的未示出的锯片之前的区域，该曲线锯放置在工件2上且利用作为工作工具的锯片进行工作，基板1具有相对于锯片部分环绕的且邻接在该区域上沿着工作方向扩展的凹部3，所述凹部使得看见为工件2 的表面预定的且从工件2针对锯片的作用边缘或者说起始边缘（Ansatzkante）开始的工作线8、9。工作线8在根据图1的图示中从工件2的未示出的作用边缘处的作用点或者说起始点（Ansatzpunkt）出发直线地且基本上垂直地延伸，而工作线9在图5中示出为弯曲的、要利用工作工具相随的曲线轨迹。

在根据本发明的方法的第一步骤中，对工作工具之前、即电动工具之前的工作区域拍摄图像（参见图1或5）。这在使用仪器中集成的传感装置、例如仪器中安装的CCD照相机的情况下实现。在此基于下述情况：工作工具已经近似位于工件的正确位置处，也就是说，接近由使用者在工件的表面上绘出的工作线的起点，并且近似地沿一方向示出仪器的取向，仪器将来、亦即在其功能确定时应该沿该方向运动。

在第二步骤中，形成了拍摄图像中的片段，尤其是直接在工作工具、例如锯片之前的区域并换算为灰度值图。这种灰度值图具有减少的像素数，例如100×30像素。

在图2和6中检测并示出相应的片段作为灰度值图。图2或6的片段基本上对应于工件2的表面区域的在图1或5中以虚线示出的、小的片段5，该片段位于基板1的凹部3的区域中。工作线8或9以短的部段在片段5的区域中延伸，该片段沿工作方向相对于设计为锯片的工作工具位于前方。关于片段5作为大幅度放大的灰度值图像图示在图2和6中示出了X-Y坐标系以用于说明，该X-Y坐标系具有沿着用于工作工具的作用边缘在工件2上延伸的X轴和垂直于X轴的Y轴。在该实施例中，X和Y轴的交点与“中点”重合且因此相应于各个工作线8、9的初始点。如果在工作运行中，即例如在拉锯时，离开了作为用于工作工具的作用点的、工作线8、9的初始点，则工作工具在工件2上沿着工作线8、9工作，从而在工作线的检测中通过工作线8、9的走向通过根据图2或6的灰度值图像图示得到了用于相应检测的图像片段5的对应的比例。

在所述方法的第三步骤中，沿x方向进行灰度值图（参见图2或6）的对中。为此，小像素（例如仅10像素）的灰度值沿y方向从y=0开始求和。这对于每个x位置（在此即例如对x=-50、-49、…49、50）来说分开进行。在下述x位置处总和与所有和的平均值差别最大，该x位置被假定并定义为“中点”。如果一暗色线条作为工作线位于亮色的工件表面上，则该线条所在的x位置中，总和小于所有和的平均值。如果一亮色线条作为工作线位于较暗的工件表面上，则该线条位置处的和大于所有和的平均值。然而在两种情况中，与平均值的偏差是极值。

因此在中心位置找到之后，对图像进行对中，也就是说，沿x方向移动图像，直至工作线的线条位于新位置x=0。在图2或6中就是这种情况。在许多情况下也可以省去刚才描述的对中的第三步骤。这尤其适用于下述情况：工具机和照相机定向具有高的机械精度且工具机一开始就位于正确的x位置中。

关于根据图2和6的图示，通过图2中的灰度值线6或图6中的灰度值线7示出了图像像素的位置，该图像像素关于图像片段5在其灰度值的和方面最大程度偏离于在其它x位置上求和的且在被检测的区域中反映了工作线8、9走向的图像像素的和的平均值。灰度值线6、7在片段5的区域中具有对应于与工作线8、9接触的图像像素的扩散而扩宽的走向，且因此示出为带状的点聚集线。

当对比情况不明、标记强度不同或者工作线8、9被部分间断地示出时，出现相应的扩散，且该扩散对应于灰度值线6或7的扩宽相对于精确给定的工作线8、9导致在工作方向方面的不清楚。

在第四步骤中，在对中的坐标系中确定工作线的斜度。为此在计算上通过具有多个、例如20至50个不同的、可能的斜度m（在此定义为m=dx/dy）的点（x，y）=（0，0）假设地在图像中绘出直线，并沿着该直线将基于各个直线的像素的亮度值累计。如果这些假设的直线之一与实际存在于图像中的工作线相交，则亮度值的如此形成的和相对于所有其它和具有极值。

也就是说，为了精确说明工作线的位置，确定各个灰度值线6或7（图4和6）的斜度，为此，为放射状，尤其是扇形地从初始点开始的理想的直线分别累计为该直线接触或覆盖的图像像素的灰度值。工作线8、9的走向在片段5的区域中通过直线扇形的直线确定，对直线扇形的直线来说，图像像素的和值与所有其它直线的图像像素的和值相比具有极值。

在根据图3和7的图表中，通过如下方式说明了这种情况：用于直线扇形的直线的图像像素的和-灰度值绘出在为各个直线给出的斜度上，由此可以为对应于各个灰度值线6或7的工作线8、9读取斜度并进而读取相对于X轴的走向。图4示出了用于第一实施例的在假设的直线斜度m上和的走向。人们认识到，当m=0时，斜度具有极值。如此确定的斜度m=0在图4中被记录且恰好匹配于例如最初绘出为铅笔式线条的工作线的方向。在图1至4的实施例中，相对于X轴的走向是垂直的，与此相反，关于根据图8的第二实施例的图示，该走向以一角度相对于X轴倾斜，其中该角度位置与在片段5的区域中工作线8、9的走向相关，如从图4和8中可看到的那样。因为沿y方向仅观察到少量像素用于分析亮度和，所以也可以借助于直线段很好地近似计算在机器的工作工具之前的附近区域中形式为圆弧（像在第二实施例中存在的那样）的工作线。

在所述方法的第五步骤中，沿计算出的斜度m的方向进行工作工具的或电动工具仿形或者说跟踪（Nachführung）。

对应于各个工作线8、9的分别在图像片段5中待检测的区域，图像片段5沿工作线8、9的进一步的走向移动，与图像片段5一起移动的还有虚拟的坐标系，连同工作线8、9的在轴的交点中的相应的“作用点”。即在电动工具的方法中，紧邻在工作工具之前出现了新的片段5’用于分析，从而同样重新确定工作线8或9的附近区域取向。

然而，电动工具或工作设备例如可以不穷举地为曲线锯或铣刀，所述曲线锯或铣刀应该沿着绘出的、预定的工作线拉锯或铣切。例如在图9中示出了这种曲线锯。

图9以透视侧视图示出了根据本发明的电动工具，尤其是形式为卷轴式曲线锯（Scrolling Jigsaw）的手持式往复锯10。手持式往复锯10包括电动工具壳体44，该电动工具壳体具有：集成在电动工具壳体44中的主把手46；工具容纳部48，其具有容纳在其中的形式为锯片12的工具，该工具可旋转的布置。在朝向待加工的工件2的侧面50上布置了形式为底板的滑动元件或滑块或者说滑靴（Gleitschuh）11。该滑块11实现了手持式往复锯10在工件2上有利的滑动。在与锯片12背离的侧面52上在可配属于主把手46的区域中布置了导向圆头或者说导向捏手（Führungsknauf）54， 该导向圆头用于至少手动地引导手持式往复锯10。此外，在电动工具壳体44中还布置了未详细示出的马达。在主把手46上设置了操纵开关56，借助于该操纵开关可以接通和断开手持式往复锯9。此外，在电动工具壳体44的侧面区域58中还布置了调节开关60，通过该调节开关能相对于锯片12的主延伸方向62调节滑块11。

手持式往复锯10包括控制部件100、101，借助于该控制部件使锯片12能自动沿着刻痕线8或9进行仿形。控制部件101布置在电动工具壳体44的沿轴向64与主把手46背离的部分66中。控制部件101包括传感器16，该传感器用于探测或用于光学检测施加在工件18上的标记或形式为标准的铅笔式线条的刻痕线8或9。传感器16由照相机单元17形成，该照相机单元优选包含低成本的照相机，且配设了计算单元28。传感器16原则上也可能是对比度传感器单元20和/或涡流传感器单元22，分别为对比度传感器单元和涡流传感器单元配设了计算单元28。也可以设想在滑块11中布置涡流传感器22以用于光学探测预先确定的线8、9。

传感器16或照相机单元17的监控区域68沿锯片12的主延伸方向62的方向朝着工件18延伸且覆盖了围绕锯片12的360°的角度区域。照相机单元17的监控区域68是下述区域，其中锯片12在加工模式中、优选进行工件18的锯割过程。滑块11围绕锯片12具有一分度圆形/圆弧形的凹部70，锯片12在中间布置在该凹部中。沿进给方向38的方向或沿监控区域68的方向，凹部70具有矩形的视窗102。此外，滑块11还具有参考标记74，其标示了滑块11的边缘76和滑块11的纵向延展轴78的交点。

借助于控制部件100、101，即传感器16和调节单元30可实现用于尽可能精确地对预定的线或刻痕线8或9进行仿形的调节回路。在此，特点在于系统的自动化。因此可以手动执行更整齐的直线切割，并有效避免锯片12的偏离。

额外的或备选的实施方案是集成了对进给速度的确定。为此在滑块11上在朝向工件2的侧面84上布置了光学鼠标传感器15，该鼠标传感器测定了优选沿x和/或y方向的运动方向和速度。

根据本发明的电动工具不局限于所述实施例。除了已经提到的，尤其是手动进给的（高速）铣刀外，还可考虑多种按照根据本发明的方法进行线检测的电动工具。

例如，形式为缝纫机的电动工具也是可行的，该缝纫机应该沿着这种线缝纫。其它应用例如有借助于例如超声波、激光或水射束切割材料或涂抹粘合剂。在该申请的范围内，相应的仪器也可以理解为电动工具。

Claims (10)

1. 一种用于传感式图像检测在工件（2）上给出的且待借助于工作设备的工作工具仿形的工作线（8、9）的方法，所述工作设备配备了图像检测装置，其中，关于在所述工作线（8、9）的区域中作用在所述工件（2）上的工作工具，检测与工作工具邻接的图像片段（5）作为灰度值图，并且关于与工作线接触的和/或与工作线重叠的且描述工作线（8、9）的图像像素，对所述灰度值图进行分析以用于检测所述工作线（8、9）。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述灰度值图的分析至少在所述工作线（8、9）的周围环境中、尤其是在图像片段（5）的区域中在考虑如下情况下进行：与所述工作线（8、9）接触的和/或覆盖工作线（8、9）的图像像素关于其灰度值至少在总和方面相对于其余图像像素的和具有极值。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，相应的图像片段（5）关于图像像素多阶段地、尤其是两阶段地被进行分析，在第一阶段中所述分析用于检测工作工具相对于所述工件（2）的作用点，以及在另一个、尤其是第二阶段中，在关于作用点对中的图像片段（5）中，所述分析用于检测工作线（8、9）在各个图像片段（5）内、尤其从作用点出发的取向。

4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作用点关于图像片段（5）的位置通过下述方式确定：在所述图像片段（5）中针对坐标系中一定数量的X位置累计灰度值，并且将X位置设定为作用点，针对所述X位置在总和方面给出与所有X位置的总和的平均值的最大偏差。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对各个X位置沿X方向从Y=0开始累计灰度值。

6. 根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，通过基于作为中点的作用点使图像片段对中，而使所述工作线（8、9）与工作工具的作用点重合。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从相应的中点出发通过下述方式进行检测工作线（8、9）的走向方向：对扇形地从中点、尤其是作用点出发的、直线扇形的理想的直线来说，分别累计与这些直线接触的图像像素的灰度值；以及所述工作线（8、9）的走向通过所述直线来确定，针对所述直线，图像像素的总和值与直线扇形的其余直线的图像像素的总和值相比具有极值。

8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如下方法步骤中的至少一个：

对工作工具前的工作区域进行图像拍摄；

由工作区域的拍摄图像、尤其直接在工作工具之前的区域的拍摄图像形成一片段；

把拍摄图像的片段换算为具有减小的像素数的灰度值图；

沿配属于所述片段的x-y-坐标系的x方向对灰度值图进行对中；

在对中的坐标系中确定工作线的直线斜度m（m=dx/dy）;

沿计算出的斜度m的方向进行工作工具或电动工具的仿形。

9. 根据权利要求1至8中至少一项所述的方法的应用，用于电动工具的工作工具的定向和/或控制。

10. 电动工具、尤其是手持式往复锯（10），具有：传感器部件（16、17、20、22），用于检测在工件上给出的工作线（8、9）；控制部件（100、101），用于工作工具、尤其是锯片（12）和/或电动工具沿着给出的工作线（8、9）进行仿形，其特征在于，电动工具具有用于执行根据权利要求1至8中至少一项所述的方法的计算部件（28）。