CN105793695B - 用相机探头探查物体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用用于捕捉物体图像的相机探头检查物体的方法，相机探头可通过测量装置沿路径移动，相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转。该方法包括：a)测量装置使相机探头相对于物体沿探查路径移动；以及b)在相机探头沿探查路径移动时的至少一个时段内：使相机探头的至少一部分绕至少一个轴转动，由此放慢物体上的所关注特征穿越相机探头的视场；并在所述转动的至少一部分期间捕捉所关注特征的至少一个图像。

Description

用相机探头探查物体的方法
技术领域
本发明涉及一种特别是用相机探头探查物体的方法。
背景技术
已知用于捕捉待探查物体的图像的相机探头。相机探头例如通过移动装置绕物体移动，并收集物体的图像。在某个时刻(例如，可紧随图像捕捉之后，或在收集之后的某个时间点)，对图像进行处理以判定关于物体的信息。这种处理可通过相机探头上或相机探头外部的处理器进行。
在一些情况下，期望使用相机探头随着相机探头绕物体移动而探查物体上的选择特征。例如，可能期望探查物体中的一个或更多个孔或钻孔，例如以判定它们的大小和/或形状。然而，人们发现，当试图对选择特征进行成像时，图像模糊可能是重要的不利因素。停止相机探头沿探查路径的移动可基本上消除模糊，但由于移动的启停性质而显著地延长了探查时间。
US2003/0213868公开了一种用于从飞机跟踪目标使得飞行员或乘客可观察飞机上或地面上的所关注点的相机系统。WO2010/139950公开了一种安装在坐标测量机的铰接头上的视频探头。US2007/0073439公开了一种用于跟踪在装配线中的输送机轨道上运送的工件的机器视觉系统。US5982491公开了一种用于检查工件的边缘的光学探头。EP2385364公开了一种视觉检查工件上的特征的方法，所述方法涉及对零件重新定向，以在获得图像之前使特征相对于相机对齐。
发明内容
本发明提供一种用于随着相机探头绕物体移动而获得物体上的选择特征的图像的改进技术。例如，该技术涉及相机探头和物体可通过测量装置相对移动，相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，并且：a)测量装置使相机探头和物体相对移动；b)在所述相对移动期间的至少一个时段内，使相机探头的至少一部分绕该至少一个轴转动，并在相机探头绕该至少一个轴转动的同时捕捉至少一个图像。换言之，该技术涉及相机探头可通过测量装置沿路径移动，相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，并且：a)测量装置使相机探头相对于物体沿探查路径移动；b)在相机探头沿探查路径移动时的至少一个时段内：使相机探头的至少一部分绕该至少一个轴转动，并在相机探头绕该至少一个轴转动的同时捕捉至少一个图像。
例如，本发明提供一种用于随着相机探头和物体彼此相对移动而获得物体的选择特征的图像的改进技术，其中相机探头被配置为随着特征和相机探头经过而跟踪所关注特征。换言之，本发明提供一种用于随着相机探头和物体彼此相对移动而获得物体的选择特征的图像的改进技术，其中转动相机探头以使相机探头保持瞄准它们经过的所关注特征。换言之，本发明提供一种用于随着相机探头绕物体移动而获得物体的选择特征的图像的改进技术，其中相机探头被配置为随着相机探头经过所关注特征而跟踪所关注特征。换言之，本发明提供一种用于随着相机探头绕物体移动而获得物体的选择特征的图像的改进技术，其中转动相机探头以随着相机探头经过所关注特征使相机探头保持瞄准所关注特征。
根据本发明的第一方面，提供一种用用于捕捉物体图像的相机探头探查物体的方法，相机探头和物体可通过测量装置相对移动，相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，该方法包括：a)测量装置使相机探头和物体相对移动；b)在该相对移动期间的至少一个时段内：使相机探头的至少一部分绕该至少一个轴转动，由此使物体上的所关注特征缓慢穿越相机探头的视场；并在所述转动的至少一部分期间捕捉所关注特征的至少一个图像。换言之，提供一种用用于捕捉物体图像的相机探头探查物体的方法，相机探头可通过测量装置沿路径移动，相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，该方法包括：a)测量装置使相机探头相对于物体沿探查路径移动；b)在相机探头沿探查路径移动时的至少一个时段内：使相机探头的至少一部分绕该至少一个轴转动，由此使所关注特征缓慢穿越相机探头的视场；并(随着相机探头的至少一部分绕该至少一个轴转动)捕捉所关注特征的至少一个图像。
因此，本发明采用可帮助在模糊显著减少的情况下能够获得选择特征的图像的相机探头的至少一部分的旋转运动。转动相机探头的至少一部分可帮助抵消沿探查路径的相对运动，并(例如，随着相机探头接近和/或经过所关注特征)可帮助使相机探头保持瞄准所关注特征。换言之，相机探头可在该转动运动期间跟踪所关注特征。
本发明可帮助克服在使用卷帘式快门技术获得图像时的图像偏移问题。此外，如上所述，由相机和物体的相对运动导致的模糊可能是重要的不利因素，并且停止相对运动是避免模糊的有效方式。然而，本发明可帮助在不降低正在获得的图像的品质的情况下避免降低沿探查路径的(例如，相机探头的)速度。此外，必要时，能够保持相对长的曝光时间(例如，必要时，允许使用相对慢的相机)。例如，在仍保持足够的图像品质的同时，并且甚至是在相机和物体相对彼此以相对高的速度(例如，在图像采集期间，以至少25mm/s(毫米/秒)的相对速度，例如至少35mm/s，并且甚至是例如至少50mm/s)移动的同时，仍可能存在至少5ms(毫秒)，例如10ms，并且甚至是例如20ms或30ms或更长的曝光持续时间。保持至少5ms，例如10ms或更长的曝光持续时间可能是有利的，这是因为曝光持续时间越长，收集的光越多，这可提高图像品质。然而，曝光持续时间越长，越将可能发生本身可对图像品质产生不利影响的显著模糊。本发明通过转动相机探头的至少一部分以使物体上的所关注特征缓慢穿越相机探头的视场(并且因此使所关注特征的图像缓慢穿越相机探头的图像传感器)来减轻这个问题。这在多种情况下可能是有用的。例如，有时期望可使用小光圈实现的大景深，因此限制由相机探头的传感器接收的光量。在这种情况下，可期望更长的曝光持续时间，以保持足够的光收集量。
因此，本发明使相机探头和物体连续相对运动成为可能，即，不需要中断运动(例如，基本上停止)，以采集图像。这可能特别有利，因为在图像采集期间和在特征之间移动时连续运动成为可能。又如，本发明使(在所关注特征的图像的采集期间和介于采集多个所关注特征的图像之间)保持合理(例如，恒定)速度成为可能，因为本发明使以合理速度(例如，以至少25mm/s的相对速度)获得良好图像成为可能。
本申请提到相机探头“跟踪”或“瞄准”所关注特征(这些术语可互换使用)。如将理解的，这种跟踪/瞄准可以是“主动的”或“被动的”。例如，在“主动的”跟踪/瞄准的情况下，可基于(例如，从相机探头本身)接收的关于所关注特征和相机探头之间的实际相对位置关系的实况/实时信息连续地调整相机探头的旋转运动，并可相应地对相机探头的运动路线进行微调。例如，图像处理器可分析由相机探头获得的图像，以识别图像内的所关注特征的存在性/定位，基于该识别，可获得实时反馈信息，并使用实时反馈信息自动地伺服相机探头的运动，使得相机探头被锁定在所关注特征上。在“被动的”跟踪的情况下，不使用这种实时反馈信息，因此凭借对所关注特征的大概位置的经预定/经假定了解而跟踪/瞄准所关注特征，并根据经预定运动路线来控制相机探头。因此，在“被动的”跟踪实施例中，一种更类似于航位推算的技术可被用来跟踪所关注特征。
相机探头可包括至少一个传感器。相机探头可包括至少一个透镜，该至少一个透镜用于在传感器上形成图像。相机探头的至少一个光学零件可绕至少一个轴旋转。例如，所述至少一个传感器和所述至少一个透镜中至少一者可绕该至少一个轴旋转，使得相机探头跟踪物体上的所关注特征。可选地，相机探头内的反射镜可使由相机探头拍摄并投射到传感器上的图像旋转。可选地，相机探头本身可绕该至少一个轴旋转。测量装置的至少一部分可绕该至少一个轴旋转。因此，相机探头可通过测量装置绕该至少一个轴旋转。
因此，相机探头可安装在测量装置的可旋转部上。相机探头可安装在测量装置的铰接头上。铰接头可包括至少一个旋转轴，可选地，至少两个旋转轴，例如至少三个旋转轴。第一旋转轴、第二旋转轴和(可选地)第三旋转轴可被布置成相对彼此正交。可选地，铰接头安装在框架上，该框架被配置为使铰接头在至少一个线性维度中移动，可选地，至少两个线性维度，例如至少三个线性维度。第一线性维度、第二线性维度和(可选地)第三线性维度可被布置成相对彼此正交。
如将理解的，测量装置可对特别是至少在获得图像时相机探头的位置和/或方位进行测量。
测量装置可包括物体支撑件和相机探头支撑件。测量装置可被配置为实现在物体支撑件和相机探头支撑件之间的相对运动。例如，测量装置可包括用于物体的平台(换言之，工作台或基座)以及用于相机探头的底座。相机探头支撑件和/或物体支撑件可为测量装置的可移动部的一部分。例如，相机探头支撑件可为测量装置的可移动套筒、桥接件或臂体的一部分，和/或物体支撑件可为可移动平台和/或回转台的一部分。
如将理解的，测量装置的另一个术语为测量机。
测量装置可包括坐标位置机，例如机床或坐标测量机(CMM)。这种装置包括架式、桥式和臂式测量装置，且包括机械臂。优选地，测量装置可在控制器的控制下自动地使相机探头和物体相对彼此移动(例如，沿测量路径/探查路径)。控制器可根据包括(例如，相机探头的)运动路线指令的程序而操作。
该方法可包括以相机和所关注特征之间的预定相对位置和/或角方位而捕捉所关注特征的至少一个图像。该方法可包括在预定相对位置之前和/或之后使相机探头的至少一部分绕至少一个轴转动(例如，使得相机探头跟踪物体上的预定所关注特征)。
例如，当所关注特征为钻孔时，预定相对位置和/或角方位可以是当相机探头的光轴与钻孔的中心轴平行且优选地与钻孔的中心轴同轴时的位置和/或角方位。因此，当使用本发明时，相机探头的光轴可以钻孔的中心轴上的一点为轴枢转。
相机和所关注特征之间的预定相对位置和/或角方位可相对于至少部分地包含所关注特征的预定平面(例如，物体上的所关注平面)而定义。相机和所关注特征之间的预定相对位置和/或角方位可以是当相机探头的光轴垂直于预定所关注平面时的位置和/或角方位。
如将理解的，至少一个图像的捕捉持续时间(本文中也称为曝光时间)可为小于，例如明显小于，相机探头的至少一部分转动期间的时间。可选地，在转动相机探头的至少一部分的同时捕捉所关注特征的多个图像(例如，至少两个图像)。换言之，该方法可包括在转动相机探头的至少一部分的同时(例如，以跟踪预定所关注特征)捕捉预定所关注特征的多个图像。
在该转动期间，所关注特征可保持处于相机探头的视场内。可选地，在该转动期间，所关注特征在相机探头的视场内基本保持横向固定。可选地，在该转动期间，所关注特征保持处于相机探头的视场的中心。
可选地，相机探头相对于所关注特征移动，以在该转动期间使所关注特征保持处于相机探头的景深内。特别是对于具有窄景深的相机探头，这可能要求在这种绕所关注特征的旋转期间以弧形运动移动相机探头。
相机探头的光轴可随着相机探头接近所关注特征而引导相机探头(例如，沿探查路径)，和/或可随着相机探头经过所关注特征而追踪相机探头(例如，沿探查路径)(例如，以跟踪预定所关注特征)。因此，相机探头的光轴和相对运动的路径(例如，探查路径)之间的角度可以改变，使得相机探头在相机探头和所关注特征彼此经过之前、在相机探头和所关注特征彼此经过期间和在相机探头和所关注特征彼此经过之后瞄准所关注特征。换言之，相机探头可被配置为随着相机探头和所关注特征彼此接近和/或彼此经过而朝向所关注特征。如将理解的，并且如本申请中的其它部分所述，相机探头可以连续转动，以在相机探头和所关注特征彼此经过之前和/或在相机探头和所关注特征彼此经过之后跟踪所关注特征。
该转动可包括控制相机探头，使得相机探头关于相机探头的景深中的一点以及可选地关于相机探头的物体平面上的一点为轴枢转。
该方法可包括：对于物体上(例如，沿探查路径)的多个所关注特征中的每个所关注特征，测量装置使相机探头的至少一部分绕至少一个轴转动(例如，以跟踪所关注特征)，由此使所关注特征缓慢穿越相机探头的视场，并捕捉所关注特征的至少一个图像。
一个或多个所关注特征可为预定所关注特征。所关注特征可例如包括物体上的任何面积、区域、线、边缘或其它特征。该特征可为独特特征，或可包括通常均匀、平滑或不显著表面上的特殊区域或斑点。所关注特征可包括钻孔。所关注特征可包括钻孔的特殊区域，例如钻孔的出入口。
该方法可包括分析该至少一个图像，以判定涉及所关注特征的测量数据。
该方法可包括报告和/或记录相机探头和物体的相对位置。该方法可包括测量装置报告和/或记录相机探头的位置和/或方位。该方法可包括测量装置在图像捕捉期间报告和/或记录相机探头的位置和/或方位。该方法可包括测量装置在预定采集点报告和/或记录相机探头的位置和/或方位。
在任何情况下，该方法可包括使用该至少一个图像以及从测量装置获得的关于相机探头和物体的相对位置的位置数据，以获得涉及所关注特征的测量数据。
在获得所关注特征的多个图像的实施例中，该方法还可包括在立体摄影测量法中使用至少两个图像(例如，以获得三维点测量数据)。
可选地，物体是静止的。因此，相机探头可通过测量装置相对于静止物体例如沿探查路径移动。可选地，物体至少在该捕捉至少一个图像期间移动。在这种情况下，相机探头不一定要移动(除了相机探头的至少一部分的所讲的所需旋转)。因此，物体，特别是物体上的一个或多个所关注特征，可沿探查路径移动。可选地，这种移动包括旋转移动。例如，物体可至少在所讲的捕捉该至少一个图像期间旋转。在一些实施例中，相机探头和物体两者都可至少在所讲的捕捉该至少一个图像期间移动。因此，在这种情况下，探查路径与相机探头和物体两者的运动有关(特别是物体上的一个或多个所关注特征的运动)。
根据本发明的第二方面，提供一种用于探查物体的装置，该装置包括安装在测量装置上的相机探头，该相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，该装置包括控制器，该控制器被配置为控制测量装置，以使相机探头相对于物体沿探查路径移动，并且在相机探头沿探查路径移动时的至少一个时段内，使相机探头的所述至少一部分绕该至少一个轴转动，使得相机探头跟踪物体上的预定所关注特征，由此使所关注特征缓慢穿越相机探头的视场，并且该控制器被配置为控制相机探头，以捕捉所关注特征的至少一个图像。
根据本发明的第三方面，提供一种计算机程序代码，该计算机程序代码包括当由测量定位装置的控制器执行时促使测量装置根据上述方法来运行的指令。
根据本发明的第四方面，提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质包括当由测量定位装置的控制器执行时促使测量装置根据上述方法来运行的计算机程序代码。
附图说明
现将参照附图仅以示例的方式来说明本发明的实施例，其中：
图1示出了安装在用于测量物体的坐标测量机(CMM)的铰接头上的相机探头；
图2示出了用于本发明的相机探头；
图3a、图3b和图3c示出了根据本发明转动以在不同时段跟踪多个特征的相机探头；
图4示出了根据本发明转动以跟踪正在被探查的物体上的特征的相机探头；
图5示出了根据本发明转动相机探头内的一部分以跟踪正在被探查的物体上的特征；以及
图6示出了根据本发明可转动相机探头内的一部分以跟踪正在被探查的物体上的特征的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的物体探查装置，该物体探查装置包括坐标测量机(CMM)10、相机探头20、控制器22和主计算机23。CMM 10包括工作台12和套筒14，物体16可安装到工作台12上，套筒14可相对于工作台12在三个正交线性维度X、Y和Z中移动。铰接式探头头部18安装在套筒14上，并绕至少两个正交轴A1、A2旋转。相机探头20安装到铰接式探头头部18上，并被配置为获得位于工作台12上的物体16的图像。相机探头20可因此通过CMM 10在X、Y和Z中移动，并可通过铰接式探头头部18绕A1和A2轴旋转。CMM或铰接式探头头部可提供另外运动，例如，铰接式探头头部可绕视频探头A3的纵轴旋转。
相机探头20相对于物体16的期望运动轨迹/路线由主计算机23计算，并馈送给控制器22。马达(未示出)设置在CMM 10和铰接式探头头部18中，以在控制器22的控制下将相机探头20驱动至期望位置/方位，该控制器22向CMM 10和铰接式探头头部18发送驱动信号。CMM 10和铰接式探头头部18的各个轴的位置和方位由测量变换器(transducer)判定，例如位置编码器(未示出)，并且位置被反馈给控制器22。如下文中说明，位置和方位信息可在获得关于所关注特征的计量学信息期间使用。
适用于本发明的相机探头20的实例如图2所示。图2为简化图，示出了相机探头的内部布局。如示意性射线图所示，透镜24被配置为使位于其物体平面25(并且因此位于相机探头的物体平面25)处的任何物体的图像形成到传感器26上。如图所示，在本实施例中，物体平面25垂直于透镜的(并且因此相机探头的)光轴30。在本实施例中，传感器26为二维像素传感器，诸如电荷耦合器件(“CCD”)。如将理解的，可使用除CCD之外的传感器，例如互补金属氧化物半导体(“CMOS”)阵列。
相机探头20可包括一个或更多个光源，用于照明物体。例如，可设置一维或多维阵列的发光二极管(“LED”)，以范围广泛地照明物体。此外，可设置光源提供物体的点照明。在WO2010/139950中公开了包括这些照明技术的相机探头的实例。可选地，可使用与探头分离的光源来照明物体，例如背光(例如，诸如WO2014/122438中所述)。
来自传感器26的图像数据被传给处理器装置27。处理器装置可对图像进行一些处理(例如，图像压缩和/或图像分析等)，并将经处理的数据发送给控制器22和/或主PC 23(例如，经由有线或无线连接)，或仅将原始图像数据传回控制器22和/或主PC 23。可选地，处理器装置本身可分析来自传感器的图像数据，以获得测量信息。
现将结合图3a至图3c说明本发明的方法。参照图3a，物体16包括第一所关注特征16a和第二所关注特征16b，该第一所关注特征16a和第二所关注特征16b在这种情况下为物体16中的孔。相机探头20被配置为相对于物体沿探查路径32移动，在这种情况下是沿平行于物体16的外表面的直线。
期望获得所关注特征中的每一个(即，在这种情况下，第一孔16a和第二孔16b)的至少一个图像。特别是，期望以相机20和物体16上的所关注特征(孔)之间的预定位置关系获得物体16上的每个所关注特征的至少一个图像。这种预定位置关系可称为预定采集点。在本实例中，预定采集点是当相机的光轴30与孔的轴重合时的点。
为了实现以上所述，通过使套筒14(铰接头18和相机探头20安装到套筒14上)沿CMM的三个正交轴X、Y、Z中至少一者移动，使相机探头20沿探查路径32以连续运动方式移动。在这种情况下，通过使套筒14沿X轴以连续运动方式(即，不停地)移动，但可另外地或另选地在Y轴和/或Z轴中移动，实现使相机探头20沿探查路径32以连续运动方式移动。可选地，不仅运动是连续的，而且套筒以恒定速度(例如，以至少25mm/s，但可为例如以至少50mm/s或更高)移动。在这种沿X轴、Y轴和/或Z轴的横向移动的同时，铰接头被控制为使相机探头20绕其A2轴旋转，使得在预定采集点之前的时段和在预定采集点之后的时段内，所关注特征(例如，孔)保持处于相机探头20的视场的中心。在本实施例中，相机探头20的这种旋转是连续的，即非启停。然而，在该描述的实施例中，相机探头20的转速或角速度不是恒定的，因为转速随着相机探头接近预定采集点而增大，并随着相机探头经过预定采集点而减小。
因此，在相机探头20沿探查路径移动时的时段内，相机探头20通过铰接头旋转，以使相机探头20保持瞄准物体16上的所关注特征(孔16a)。
在本实施例中，“被动地”完成这种对所关注特征的瞄准/跟踪。即，控制器22和/或计算机23已知或假定所关注特征(例如，孔16)的大概位置，因此可控制相机探头20的运动，以基于已知或假定的位置而随着相机探头经过所关注特征来跟踪/瞄准所关注特征。例如，用户可将已知/假定的位置的定位输入到主计算机23，并可控制相机探头的运动，使得相机探头转动以跟踪该定位处的特征。另选地，在准备/配准/零件对齐阶段，可判定物体16在CMM 10的测量容积内的定位，因此控制器22和/或计算机23可基于待探查零件的模型(例如，CAD模型)而推断一个或更多个所关注特征(例如，孔16a)的大概位置。在这些情况下，航位推算式方法被用来实现这种对所关注特征的跟踪/瞄准。如将理解的，与这种被动式跟踪/瞄准相反，可“主动地”完成跟踪/瞄准，其中在判定如何移动相机探头以使相机探头保持锁定到所关注特征上中使用实时反馈。例如，基于关于物体和/或所关注特征的假定/已知位置信息，可判定相机探头的预定运动路线，但实时反馈数据(例如，通过对通过相机探头获得的图像进行图像处理而获得的)可被用来对运动进行微调，以确保随着相机探头经过所关注特征，相机探头被锁定到所关注特征上。
在本实施例中，相机探头转动，以在预定采集点之前和在预定采集点之后两者的时段内，跟踪/瞄准所关注特征。如将理解的，为了在预定采集点之前和在预定采集点之后跟踪/瞄准所关注特征的这种转动不一定需要，并且本发明的优点可通过仅在预定采集点之前或在预定采集点之后转动而获得。例如，为了跟踪/瞄准的转动可在预定采集点处/在采集图像开始时开始，或另选地在预定采集点处/在采集图像结束时结束。
然而，人们发现，这种转动运动在它开始和停止时可能较不稳定，因此可通过避免在转动运动的开始和结束时段期间捕捉图像来获得更稳定的图像。在所描述的实施例中，捕捉持续时间/曝光时间小于转动相机探头的持续时间。如将理解的，确切比例可以基于许多不同因素改变，包括转动运动多快地变为稳定，以及需要多长时间曝光以获得足够光(这可取决于诸如照明的多种因素)。在任何情况下，仅作为示例，可在小于实际正在跟踪特征的时间的一半的时间内捕捉图像，并且例如低至小于实际正在跟踪特征的时间的十分之一。
必要时，在转动相机的同时可获得一个以上图像。出于各种不同原因，包括用于立体成像/立体摄影测量目的，可获得和使用多个图像，。然而，如将理解的，情况不一定都如此，例如可只获得一个图像，特别是，这一个图像可在转动相机探头的同时在即使不是全部时间也是大部分时间期间获得。
图3b和图3c示出了稍微不同的实施例。在图3b中，探查路径被布置为使得在通过相机探头跟踪所关注特征的时段期间，探头沿X轴、Y轴和/或Z轴移动，以使相机探头20的物体平面25保持在所关注特征处。这对于相机探头20的景深特别窄的实施例可能特别有利。如图3b所示，这可要求在跟踪所关注特征的时段期间以弧形路径移动套筒14。
图3c示出了本发明被用来跟踪物体116的非平面表面上的一系列所关注特征116a、116b、116c。同样，如图所示，转动相机探头20，以在套筒14沿探查路径32移动铰接头18并且因此移动相机探头20的同时跟踪所关注特征，该探查路径32在这种情况下沿物体116的大致轮廓行进(如将理解的，探查路径不一定要沿物体的大致轮廓行进)。
如将理解的，如果相机探头20不被配置为跟踪所关注特征，那么所关注特征会以与相机探头相对于物体16移动相同的速度穿越相机探头的图像传感器26。根据本发明的上述这种对所关注特征的跟踪放慢了所关注特征穿越相机探头的图像传感器26。实际上，可控制相机探头20的运动，使得至少在预定采集点，相机探头的视场和所关注特征之间基本不存在相对横向速度。
实际上，如图4中更详细示出，待成像的所关注特征为孔16a的出入口。结合了相机探头20绕铰接头18的A2轴的旋转运动的套筒14沿探查路径32的弧形运动，意味着相机探头20的物体平面25以孔16a的出入口的中心为轴旋转。因此，在这种情况下，相机20的物体平面25和所关注特征(即，孔16a的出入口)之间不存在横向速度，因此相机的视场和所关注特征之间不存在横向速度(换言之，所关注特征的中心在相机的视场内未横向移动)。
这种套筒14的运动和铰接头18的旋转由控制CMM 10的控制器22控制。控制器22可执行由例如主PC 23创建的测量程序。
可处理通过相机探头20获得的所关注特征的一个或多个图像，以判定关于所关注特征的计量学信息。例如，在所描述的实施例中，可分析一个或多个图像以判定孔16a的直径。它们可由相机探头20本身和/或控制器22和/或主PC 23和/或另一个处理器装置处理。在所描述的实施例中，CMM 10在获得图像时获得相机探头20的位置和方位。这种位置和方位信息可在所述处理期间使用，以判定关于所关注特征的计量学信息。这种位置和方位信息可被用来判定所关注特征在CMM 10的测量容积中的定位。
在上述实施例中，这种跟踪在采集点之前和在采集点之后的时段内(例如，在图像曝光时间之前和图像曝光时间之后的时段内)发生。然而，如将理解的，本发明可包括仅转动相机探头，以在采集点采集图像的同时，例如在图像曝光时间内跟踪所关注特征。
相机探头20可被配置为只采集所关注特征的单个图像，即在预定采集点采集图像。可选地，相机探头20可被配置为随着相机探头20沿探查路径移动而获得多个图像。相机探头20可被配置为随着相机探头20沿探查路径移动而获得连续图像流。例如，相机探头20可被配置为随着相机探头20沿探查路径移动而获得视频流。
在上述实施例中，旋转整个相机探头20以跟踪所关注特征。然而，如将理解的，情况不一定都如此。例如，在图5的实施例中，相机探头120被直接安装至套筒14(例如，而不是如图1至图4所示经由铰接头)。然而，相机探头120包括大窗口29和光学系统，在这种情况下，相机探头120的透镜24和传感器26安装在可旋转单元21中。根据本发明，随着套筒14沿探查路径32移动相机探头120，可旋转单元21促使透镜24和传感器26跟踪所关注特征(例如，钻孔16a的出入口)，特别是在这种情况下，使得所关注特征保持处于传感器26的中心。又如，在图6的实施例中，其中相机探头120a包括一对透镜24a和24b以及位于该对透镜24a和24b之间的可旋转反射镜21。透镜24a(其可为包括多个透镜的透镜总成)具有适当的放大率，以产生对于图像传感器26而言大小合适的物体图像，并使来自物体的光准直化(例如，产生在∞(“无穷远”)处聚焦的图像)。旋转反射镜21b旋转以随着相机探头120a经过所关注特征而使名义上静止的物体上的所关注特征的图像保持在图像传感器26上。透镜26b获得来自物体的准直光，并将其聚焦成图像传感器上的真实图像。
在上述实施例中，物体安装在CMM的静止基座上。然而，情况不一定都如此。例如，物体可安装在CMM的移动部上。例如，物体可安装在CMM的可旋转部上，例如旋转工作台上。在该实例中，相机探头在运行期间可保持处于固定横向位置(但仍能绕至少一个轴旋转)。例如，相机探头可安装在具有至少一个旋转轴的铰接头上，并被定位和定向成面向并观察安装在旋转工作台上的物体。相机探头可安装在CMM的可横向移动部上(例如，套筒14上)，但在探查期间保持横向静止，或甚至可安装在铰接头上，铰接头继而安装在CMM的不可移动部上。在任何情况下，在检查例程期间，物体可通过旋转工作台而旋转，并且相机探头(其保持处于固定横向位置)可连续地转动，以随着特征经过相机探头而跟踪物体上的特征，由此以与上文结合其它实施例所述的相同方式使得特征缓慢穿越相机探头的传感器。同样地，以与上文结合本发明的其它实施例所述的相同方式，如果物体具有多个所关注特征，例如多个钻孔，那么相机探头可前后转动，使得在跟踪一个特征之后，相机探头可转向下一个接近特征，以开始跟踪下一个特征。
因此，如将理解的，探查路径可能是指物体(特别是一个或多个所关注特征)在探查例程期间采取的路径。此外，相机探头和物体两者都可在探查例程期间移动，在这种情况下，探查路径可能是指相机探头和物体(特别是一个或多个所关注特征)两者在检查例程期间采取的路径。
在上述实施例中，对所关注特征的跟踪为使得所关注特征基本保持处于相机视场的中心。然而，如将理解的，情况不一定都如此。例如，所关注特征上的一点可在相机的视场内的偏离中心位置处保持基本横向静止。此外，所关注特征无需保持基本横向静止。相反，本发明的方法可包括仅转动探头(或探头的一部分)以跟踪所关注特征，从而使得所关注特征缓慢穿越(而不是基本上停止)相机探头的视场。
如以上实施例中所述，在旋转相机探头的至少一部分(以使得所关注特征缓慢穿越相机探头的视场)的同时获得(所关注特征的)至少一个图像(例如，一个或更多个图像)。如将理解的，必要时，在旋转相机探头的至少一部分(以使得所关注特征缓慢穿越相机探头的视场)的同时可获得多个图像。

Claims (18)

1.一种使用用于捕捉物体图像的相机探头来测量物体的方法，所述相机探头和物体可通过测量装置相对彼此移动，所述测量装置包括坐标定位机，所述相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，所述方法包括：
a)所述测量装置使所述相机探头和所述物体相对彼此移动；以及
b)在所述相对移动期间的至少一个时段内，使所述相机探头的至少一部分绕所述至少一个轴转动，由此使所述物体上的待测量的所关注特征缓慢穿越所述相机探头的视场，并在所述转动的至少一部分期间捕捉所述所关注特征的至少一个图像，
其中，所述相机探头的光轴随着所述相机探头和所关注特征彼此接近而引导所述相机探头，和在所述相机探头和所述所关注特征已经彼此经过之后追踪所述相机探头。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量装置的至少一部分可绕至少一个轴旋转，所述相机探头可通过所述测量装置绕所述至少一个轴旋转。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括在所述相机和所关注特征之间的预定相对位置处捕捉所述所关注特征的至少一个图像。
4.根据权利要求3所述的方法，包括在所述预定相对位置之前和/或在所述预定相对位置之后绕所述至少一个轴转动所述相机探头的至少一部分。
5.根据权利要求1所述的方法，包括在所述相机探头的至少一部分绕所述至少一个轴转动的同时捕捉所述所关注特征的多个图像。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在如此转动期间，所述所关注特征保持处于所述相机探头的视场内。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在如此转动期间，所述所关注特征在所述相机探头的视场内保持基本横向静止。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相机探头相对于所述所关注特征移动，以在如此转动期间使所述所关注特征保持处于所述相机探头的景深内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相机探头的至少一部分绕所述至少一个轴的如此转动包括控制所述相机探头，使得所述相机探头绕所述相机探头的景深中的一点枢转。
10.根据权利要求1所述的方法，包括对于所述物体上的多个预定所关注特征中的每一个，所述测量装置都使所述相机探头的至少一部分绕所述至少一个轴转动，由此使得所述预定所关注特征缓慢穿越所述相机探头的视场，并捕捉所述预定所关注特征的至少一个图像。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述所关注特征包括钻孔。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述所关注特征包括所述钻孔的出入口。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量装置包括坐标测量机。
14.根据权利要求1所述的方法，包括使用所述至少一个图像以及在获得所述至少一个图像时从所述测量装置获得的关于所述相机探头的位置的位置数据，以获得涉及所述所关注特征的测量数据。
15.一种用相机探头捕捉待测量的物体上的多个所关注特征中的每一个的至少一个图像的方法，所述物体和相机探头在图像捕捉期间通过测量装置相对彼此移动，所述相机探头安装在坐标定位机上，所述相机探头具有视场，所述方法包括对于所述物体上的多个所述所关注特征中的每一个，所述测量装置都在图像捕捉期间转动所述相机探头的至少一部分，由此使得正在被捕捉的所述所关注特征缓慢经过所述相机探头的视场，
其中，所述相机探头的光轴随着所述相机探头和所关注特征彼此接近而引导所述相机探头，和在所述相机探头和所述所关注特征已经彼此经过之后追踪所述相机探头。
16.一种使用用于捕捉物体图像的相机探头来测量物体的系统，所述相机探头和物体可通过测量装置相对彼此移动，所述测量装置包括坐标定位机，所述相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，所述系统包括：
用于通过所述测量装置使所述相机探头和所述物体相对彼此移动的装置；以及
用于执行以下的装置：在所述相对移动期间的至少一个时段内，使所述相机探头的至少一部分绕所述至少一个轴转动，由此使所述物体上的待测量的所关注特征缓慢穿越所述相机探头的视场，并在所述转动的至少一部分期间捕捉所述所关注特征的至少一个图像，
其中，所述相机探头的光轴随着所述相机探头和所关注特征彼此接近而引导所述相机探头，和在所述相机探头和所述所关注特征已经彼此经过之后追踪所述相机探头。
17.一种用相机探头捕捉待测量的物体上的多个所关注特征中的每一个的至少一个图像的系统，所述物体和相机探头在图像捕捉期间通过测量装置相对彼此移动，所述相机探头安装在坐标定位机上，所述相机探头具有视场，所述系统包括用于执行以下的装置：对于所述物体上的多个所述所关注特征中的每一个，通过所述测量装置在图像捕捉期间转动所述相机探头的至少一部分，由此使得正在被捕捉的所述所关注特征缓慢经过所述相机探头的视场，
其中，所述相机探头的光轴随着所述相机探头和所关注特征彼此接近而引导所述相机探头，和在所述相机探头和所述所关注特征已经彼此经过之后追踪所述相机探头。
18.一种用于测量物体的装置，该装置包括安装在测量装置上的相机探头，所述测量装置包括坐标定位机，所述相机探头的至少一部分可绕至少一个轴旋转，所述相机探头具有视场，所述装置包括控制器，所述控制器被配置为控制所述测量装置以使所述相机探头和物体彼此相对移动，并在所述相对移动期间的至少一个时段内，使所述相机探头的所述至少一部分绕所述至少一个轴转动，由此使得待测量的所关注特征缓慢穿越所述相机探头的视场，并被配置为控制所述相机探头以在所述相机探头的至少一部分绕所述至少一个轴的如此转动的至少一部分期间捕捉待测量的所述所关注特征的至少一个图像，
其中，所述相机探头的光轴随着所述相机探头和所关注特征彼此接近而引导所述相机探头，和在所述相机探头和所述所关注特征已经彼此经过之后追踪所述相机探头。
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