DE102020200010A1

DE102020200010A1 - Maschinensteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102020200010A1
Application number: DE102020200010.7A
Authority: DE
Inventors: Tomonori FUKUSHIMA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-08-06
Also published as: CN111522299A; US20200246931A1; US11691237B2; JP2020126461A; CN111522299B; JP6892462B2

Abstract

Es wird eine Maschinensteuervorrichtung bereitgestellt, welche die Sicherheit verbessert. Eine Maschinensteuervorrichtung 10 beinhaltet: eine Bildsteuereinheit 11, welche die Bildgebungsvorrichtung 2 steuert, um zwei oder mehr Bilder an zwei oder mehr unterschiedlichen Bildgebungspositionen aufzunehmen, basierend auf einem Steuerbefehl; eine Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13, die Positionsinformation von den zwei oder mehr Bildgebungspositionen erfasst; eine Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14, die eine Messdistanz des Objekts W als Positionsinformation des Objekts W, basierend auf zwei Bildern, Distanzinformation zwischen zwei Bildgebungspositionen und einem Parameter der Bildgebungsvorrichtung 2 wiederherstellt, unter Verwendung eines Stereokamera-Verfahrens; eine Bereichs-Spezifiziereinheit 12, die einen partiellen Bereich des Objekts W als einen spezifizierten Bereich spezifiziert; und eine vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17, welche Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen berechnet, an welchen die Messgenauigkeit des Objektes W eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zwei Bildern, der Messdistanz des Objektes W und dem Parameter der Bildgebungsvorrichtung 2 im spezifizierten Bereich, wobei die Maschinensteuervorrichtung 10 die Position und Orientierung der Bildgebungsvorrichtung 2 steuert, basierend auf der Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen, und zwei Bildgebungspositionen ändert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschinensteuervorrichtung, die Werkzeugmaschinen oder Maschinen wie etwa Industrieroboter steuert.
Stand der Technik
Es gibt beispielsweise eine Numerik-Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die Bearbeitung (vorbestimmte Prozessierung) wie etwa Schneiden an einem Werkstück (Objekt) unter Verwendung eines Werkzeugs durchführt. Bei einer solchen Numerik-Steuervorrichtung, wenn die Relativposition zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gesteuert wird, wird es erwartet, dass Information zu Position und Orientierung des Werkstücks verwendet wird, basierend auf einem Bild des Werkstücks, das durch einen Bildsensor (Bildgebungsvorrichtung) aufgenommen ist (siehe beispielsweise japanisches Patent Nr. JP 2889011 ).
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. JP 2889011
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Vergleich zur Bearbeitungspräzision der Numerik-Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine ist die Messgenauigkeit des Bildsensors niedrig. Daher, falls die Information der Position und Orientierung des Werkstücks, basierend auf dem Bild des durch den Bildsensor aufgenommenen Werkstücks zur Positionierung des Werkstücks verwendet wird, ohne die Messpräzision des Bildsensors zu berücksichtigen, kann eine Kollision zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auftreten, und kann das Werkzeug oder das Werkstück beschädigt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maschinensteuervorrichtung zum Verbessern der Sicherheit in einer Maschinensteuervorrichtung zum Steuern einer Maschine bereitzustellen, basierend auf einem Bild eines Objekts, das durch eine Bildgebungsvorrichtung aufgenommen ist.
Eine Maschinensteuervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Maschinensteuervorrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Maschinensteuervorrichtung 10), die eine Maschine steuert, die eine vorbestimmte Operation an einem Objekt (beispielsweise einem Werkstück W, das später beschrieben wird) durchführt, wobei die Maschinensteuervorrichtung konfiguriert ist, eine Relativposition der Maschine und des Objekts zu steuern, basierend auf einem Bild, welches das durch die Bildgebungsvorrichtung aufgenommene Objekt enthält (beispielsweise einen später beschriebenen Bildsensor 2), wobei die Maschinensteuervorrichtung umfasst: eine Bildgebungs-Steuereinheit (beispielsweise eine später beschriebene Bildgebungs-Steuereinheit 11), die eine Position und Orientierung der Bildgebungsvorrichtung steuert und die Bildgebungsvorrichtung steuert, zwei oder mehr Bilder aufzunehmen, die das Objekt beinhalten, an zwei oder mehr unterschiedlichen Bildgebungspositionen, basierend auf einem Steuerbefehl; und eine Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit (beispielsweise eine Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13), die Positionsinformation der zwei oder mehr Bildgebungspositionen erfasst; eine Messdistanz-Wiederherstelleinheit (beispielsweise eine Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14), die eine Messdistanz des Objekts als Positionsinformation des Objektes basierend auf zumindest zwei Bildern von den zwei oder mehr Bildern, Distanzinformation zwischen zumindest zwei Bildgebungspositionen, die den zumindest zwei Bildern von den zwei oder mehr Bildgebungspositionen entsprechen, und einen Parameter der Bildgebungsvorrichtung wiederherstelltunter Verwendung eines Stereokamera-Verfahrens; eine Bereichs-Spezifiziereinheit (beispielsweise eine Bereichs-Spezifiziereinheit 12), die einen partiellen Bereich des Objektes als einen spezifizierten Bereich spezifiziert; und
eine vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit (beispielsweise eine vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17), welche Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen berechnet, in welchen die Messgenauigkeit des Objektes eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zumindest zwei Bildern, der Messdistanz des Objektes und dem Parameter der Bildgebungsvorrichtung, oder eine Messdistanz des Objektes berechnet, bei welcher die Messgenauigkeit des Objektes eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zumindest zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen und dem Parameter der Bildgebungsvorrichtung in dem spezifizierten Bereich, in welchem die Maschinensteuervorrichtung die Position und Orientierung der Bildgebungsvorrichtung steuert, basierend auf der Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen oder der Messdistanz des Objektes, welche durch die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit berechnet wird, und zumindest eine der zumindest zwei Bildgebungspositionen ändert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Maschinensteuervorrichtung, wie im ersten Aspekt beschrieben, die Messdistanz-Wiederherstelleinheit Parallaxen-Information Z für jedes Pixel ermitteln, durch Durchführen von Bereichsanpassung an den zumindest zwei Bildern und kann eine Messdistanz H des Objektes durch Gleichung (1) unten berechnen, basierend auf der Parallaxen-Information Z für jedes Pixel, Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen D und der Brennweite f, die ein Parameter der Bildgebungsvorrichtung ist, und kann die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit eine Distanz D' zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen, in welchen die Messgenauigkeit des Objektes eine vorbestimmte Genauigkeit P' erfüllt, durch Gleichung (3) unten berechnen, basierend auf der Messdistanz H des Objektes und einer Brennweite f, die ein Parameter der Bildgebungsvorrichtung ist, oder kann eine Messdistanz H' des Objektes berechnen, bei welcher die Messgenauigkeit des Objektes die vorbestimmte Genauigkeit P' erfüllt, durch Gleichung (4) unten, basierend auf der Distanz zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen D und der Brennweite f, die der Parameter der Bildgebungsvorrichtung ist, $H = D \times f/Z$
$P' = H^{2} / (D' \times f)$
$P' = {H'}^{2} / (D' \times f)$
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Maschinensteuervorrichtung, wie im ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt beschrieben, die Position der Bildgebungsvorrichtung in einer Richtung steuern, welche eine Distanz zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen erhöht, oder in einer Richtung, welche die zwei Bildgebungspositionen nahe an das Objekt bringt, um dadurch die Messgenauigkeit des Objektes zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Maschinensteuervorrichtung zum Verbessern der Sicherheit in einer Maschinensteuervorrichtung zum Steuern einer Maschine bereitzustellen, die auf einem Bild eines Objektes, das durch ein Bildgebungsvorrichtung aufgenommen ist, basiert.
Figurenliste

Fig. list ein Diagramm, das einen Hauptteil der Maschinensteuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm zum Erläutern der Steuerung eines Bildsensors durch die Maschinensteuervorrichtung;
3 ist ein Diagramm zum Erläutern der Wiederherstellung einer Messdistanz eines Werkstücks unter Verwendung des Stereokamera-Verfahrens;
4 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Berechnung von zwei Bildgebungspositionen (Bewegungsbeträge), die eine Ziel-Genauigkeit durch die Maschinensteuervorrichtung erfüllen;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Programms zum Steuern des Bildsensors durch die Maschinensteuervorrichtung (linker Bereich) und Erläuterungen davon (rechter Bereich) zeigt;
6 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Berechnung von zwei Bildgebungspositionen (Bewegungsbeträge), die eine Zielgenauigkeit durch die Maschinensteuervorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel erfüllt; und
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Programms zum Steuern des Bildsensors durch die Maschinensteuervorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel (linker Bereich) und Erläuterungen davon (rechter Bereich) zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass dieselben Bezugszeichen an identische oder entsprechende Bereiche der jeweiligen Zeichnungen angebracht werden.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Diagramm, das einen Hauptteil einer Maschinensteuervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform als eine Ausführungsform zeigt. Eine in 1 gezeigte Maschinensteuervorrichtung 10 ist eine Numerik-Steuervorrichtung, die eine Werkzeugmaschine zum Durchführen einer vorbestimmten Operation (beispielsweise Bearbeitung wie etwa Schneiden) an einem Werkstück (Objekt) W steuert. Bei einer solchen Operation erkennt die Maschinensteuervorrichtung 10 eine Position des Werkstücks W basierend auf einem Bild, welches das Werkstück W beinhaltet, das durch einen Bildsensor (Sichtsensor, Bildgebungsvorrichtung) 2 aufgenommen ist, und steuert die Relativposition eines Werkzeugs T und des Werkstücks W der Werkzeugmaschine. Beispielsweise kann die Maschinensteuervorrichtung 10 die Position des Werkzeugs T der Werkzeugmaschine steuern oder kann alternativ die Position des Werkstücks W steuern. Wenn der Bildsensor 2 in der Nähe des Werkzeugs T der Werkzeugmaschine montiert ist, können der Bewegungsbefehl des Werkzeugs T der Werkzeugmaschine und der Bewegungsbefehl des Bildsensors 2 identisch gemacht werden. Nachfolgend wird die Steuerung des Bildsensors 2 durch die Maschinensteuervorrichtung 10 im Detail beschrieben.
Die Maschinensteuervorrichtung 10 ist beispielsweise durch einen Arithmetik-Prozessor wie etwa eine CPU (Zentraleinheit) und einen DSP (Digitalsignalprozessor) konfiguriert. Die verschiedenen Funktionen der Maschinensteuervorrichtung 10 werden durch Ausführen vorbestimmter Software (Programme, Anwendungen), die beispielsweise in einer Speichereinheit gespeichert sind, realisiert. Die verschiedenen Funktionen der Maschinensteuervorrichtung 10 können durch die Kooperation von Hardware und Software realisiert werden oder können durch nur FPGA (feldprogrammierbares Gatter-Array) oder Hardware (Elektronikschaltungen)) realisiert werden.
Die Maschinensteuervorrichtung 10 beinhaltet eine BildSteuereinheit 11, eine Bereichs-Spezifiziereinheit 12, eine Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13, eine Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14, eine Messpräzisions-Recheneinheit 15, eine Messpräzisions-Bestimmungseinheit 16 und eine vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17.
2 ist ein Diagramm zum Erläutern der Steuerung des Bildsensors 2 durch die Maschinensteuervorrichtung 10. Wie in 2 gezeigt, steuert die Bildsteuereinheit 11 die Position und Orientierung des Bildsensors 2 und steuert den Bildsensor 2 so, dass er zwei Bilder aufnimmt, welche das Werkstück W enthalten, an zwei unterschiedlichen Bildgebungspositionen, basierend beispielsweise auf einem Steuerbefehl, der in einer (nicht gezeigten) Speichereinheit gespeichert ist. Beispielsweise veranlasst die Bildsteuereinheit 11 den Bildsensor 2, sich in einer vorbestimmten Richtung zu bewegen und führt Aufnahme des Werkstücks W durch den Bildsensor 2 an zwei Bildgebungspositionen einer Distanz zwischen Bildgebungspositionen D durch (nachfolgend auch als Zwischenblickpunkt-Distanz bezeichnet).
In den zwei Bildern spezifiziert die Bereichs-Spezifiziereinheit 12 einen partiellen Bereich eines Werkstücks W als einen spezifizierten Bereich (nachfolgend auch als ein spezifiziertes Pixel oder ein interessierendes Pixel bezeichnet). Der spezifizierte Bereich kann ein Bereich eines Werkstücks sein, das manuell durch den Anwender spezifiziert wird, basierend auf einem aufgenommenen Bild, das auf der Anzeigeeinheit oder dergleichen angezeigt wird, oder kann ein Bereich eines Werkstücks sein, der automatisch durch Bildgebungs-Verarbeitung des aufgenommenen Bildes spezifiziert wird (beispielsweise Merkmalspunkt-Extraktions-Algorithmen).
Die Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13 erfasst Positionsinformationen der zwei Bildgebungspositionen (beispielsweise Koordinaten XYZ in dem Kamera-Koordinatensystem oder dem Maschinen-Koordinatensystem) aus dem oben beschriebenen Steuerbefehl. Es sollte angemerkt werden, dass die Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13 Koordinaten vor und nach der Bewegung aus der Maschinensteuervorrichtung 10 erfassen kann.
Die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14 stellt die Messdistanz des Werkstücks W als die Positionsinformation des Werkstücks W wieder her, basierend auf den zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen und den Parametern des Bildsensors 2 unter Verwendung des Stereokamera-Verfahrens. 3 ist ein Diagramm zum Erläutern der Wiederherstellung der Messdistanz des Werkstücks unter Verwendung des Stereokamera-Verfahrens. Wie in 3 gezeigt, ermittelt die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14 die Parallaxe für jedes Pixel durch Durchführen von Bereichsabgleich an den zwei Bildern und berechnet die Messdistanz H des Werkstücks W durch die nachfolgende Gleichung (1), basierend auf der Parallaxe Z für jedes Pixel, der Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen D und der Brennweite f, die ein Parameter des Bildsensors 2 ist. $H = D \times f/Z$
Hier erkennt die Maschinensteuervorrichtung 10 die Position des Werkstücks W, basierend auf dem Bild, welches das Werkstück W enthält, erfasst durch den Bildsensor 2, und steuert die Relativposition zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W der Werkzeugmaschine.
Im Vergleich zur Bearbeitungs-Genauigkeit der Numerik-Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine ist die Messgenauigkeit des Bildsensors 2 niedriger. Daher, falls die Information zu der Position und Orientierung des Werkstücks W, die auf dem Bild des Werkstücks W basiert, das durch den Bildsensor 2 aufgenommen wird, verwendet wird für beispielsweise die Position des Werkstücks W ohne Berücksichtigung der Messgenauigkeit des Bildsensors 2, kann eine Kollision zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W auftreten und können das Werkzeug T oder das Werkstück W beschädigt werden. Daher beinhaltet die Maschinensteuervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform die Messpräzisions-Recheneinheit 15, die Messpräzisions-Bestimmungseinheit 16 und die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17, zusätzlich zur Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14.
Die Messpräzisions-Recheneinheit 15 berechnet die Messgenauigkeit P der Messdistanz des Werkstücks W, basierend auf den zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen und den Parametern des Bildsensors 2 unter Verwendung des Stereokamera-Verfahrens. Die Messgenauigkeit P ist dadurch definiert, wie viel Differenz auftritt, wenn angenommen wird, dass das auf einer Fotografier-Oberfläche angezeigte Werkstück W fehlerhaft auf dem angrenzenden Pixel angezeigt wird (die Parallaxe zu dieser Zeit ist als Z' definiert) (siehe nachfolgende Gleichung (2)). Mit anderen Worten ist die Messgenauigkeit P ein Wert, der durch Ableiten der Messdistanz H durch Z ermittelt wird. $P = | H (Z') | = | dH/dZ | = D \times {f/Z}^{2}$
Die obige Gleichung (1) wird darin eingesetzt und die Messgenauigkeit P wird durch die nachfolgende Gleichung (2) repräsentiert. $P' = H^{2} / (D \times f)$
Daraus kann erkannt werden, dass die Messgenauigkeit P kleiner ist, wenn die Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen D größer ist, und somit die Genauigkeit hoch ist.
Die Messpräzisions-Bestimmungseinheit 16 bestimmt, ob die Messgenauigkeit P des Werkstücks W die Zielgenauigkeit P' (vorbestimmte Genauigkeit, nachfolgend als spezifizierte Genauigkeit bezeichnet) in dem spezifizierten Bereich erfüllt. Die Zielgenauigkeit P' kann ein vorbestimmter Wert sein und kann in einer Speichereinheit oder dergleichen gespeichert werden.
Die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 berechnet zwei Bildgebungspositionen, an welchen die Messgenauigkeit P des Werkstücks W die Zielgenauigkeit P' erfüllt. Beispielsweise berechnet die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 zwei Bildpositionen, wo die Messgenauigkeit P des Werkstücks W die Zielgenauigkeit P' erfüllt, basierend auf den zwei Bildern und den Parametern des Bildsensors 2. Spezifischer berechnet die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 Distanzinformation zwischen zwei Bildgebungspositionen, an welchen die Messgenauigkeit des Werkstücks W eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zwei Bildern, der Messdistanz des Werkstücks W und den Parametern des Bildsensors 2 im spezifizierten Bereich.
4 ist ein Diagramm zum Erläutern der Berechnung von zwei Bildgebungspositionen (Bewegungsbeträge), welche die Zielgenauigkeit P' durch die Maschinensteuervorrichtung 10 erfüllen. Beispielsweise berechnet die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 die Distanz zwischen zwei Bildgebungspositionen D', bei welchen die Messgenauigkeit des Werkstücks W die vorbestimmte Genauigkeit P' erfüllt, durch die nachfolgende Gleichung (3), basierend auf der Messdistanz H des Werkstücks W und der Brennweite f, die ein Parameter der Bildgebungsvorrichtung ist. $P' = H^{2} / (D' \times f)$
Somit wird die Bewegungsdistanz E ab dem Zustand der Zwischen Blickpunktdistanz D durch die nachfolgende Gleichung ermittelt $E = D' = D$
Alternativ kann die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 die Messdistanz des Werkstücks W berechnen, an welchen die Messgenauigkeit des Werkstücks W eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen und den Parametern des Bildsensors 2 in dem spezifizierten Bereich. Beispielsweise kann die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 die Messdistanz H' des Werkstücks W, an welchem die Messgenauigkeit des Werkstücks W die vorbestimmte Genauigkeit P' erfüllt, durch die nachfolgende Gleichung (4) berechnen, basierend auf der Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen D und der Brennweite f, die ein Parameter des Bildsensors 2 ist. $P' = {H'}^{2} / (D \times f)$
Wie oben beschrieben, wird die Messgenauigkeit durch vergrößern der Zwischen-Blickpunktdistanz D verbessert. Alternativ wird die Messgenauigkeit dadurch verbessert, dass die Zwischen-Blickpunktdistanz D konstant gemacht wird und der Bildsensor 2 nahe an das Werkstück W gebracht wird.
Wenn die Messgenauigkeit des Werkstücks W die Zielgenauigkeit erfüllt, steuert die Maschinensteuervorrichtung 10 die Relativposition des Werkzeugs T und des Werkstücks W der Werkzeugmaschine, basierend auf der Positionsinformation des Werkstücks W, welche durch die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14 berechnet wird, und führt eine vorbestimmte Operation am Werkstück W unter Verwendung des Werkzeugs T durch.
Wenn andererseits die Messgenauigkeit des Werkstücks W die Zielgenauigkeit nicht erfüllt, führt die Maschinensteuervorrichtung 10 die nachfolgende Verarbeitung durch, basierend auf den zwei Bildgebungspositionen, welche die Zielgenauigkeit P erfüllen, welche durch die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 berechnet wird:

- Bewegung und Aufnehmen durch den Bildsensor 2 gemäß der Bildsteuereinheit 11;
- Berechnung der Position des Werkstücks W durch die Bereichs-Spezifiziereinheit 12, die Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13 und die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14; und
- Berechnung und Bestimmung der Messgenauigkeit des Werkstücks W durch die Präzisions-Recheneinheit 15 und die Präzisions-Bestimmungseinheit 16.

Falls die Messgenauigkeit des Werkstücks W die Zielgenauigkeit nicht erfüllt, kann die Maschinensteuervorrichtung 10 die nachfolgende Verarbeitung wiederholen, bis die Zielgenauigkeit ermittelt wird:

- Berechnung von zwei Bildgebungspositionen, welche die Zielgenauigkeit P' erfüllen, durch die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17;
- Bewegung und Aufnehmen durch den Bildsensor 2 gemäß der Bildsteuereinheit 11;
- Berechnung der Position des Werkstücks W durch die Bereichs-Spezifiziereinheit 12, der Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13 und der Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14; und
- Berechnung und Bestimmung der Messgenauigkeit des Werkstücks W durch die Präzisions-Recheneinheit 15 und die Präzisions-Bestimmungseinheit 16.

Wenn die Zielgenauigkeit nicht erhalten werden kann, selbst durch Wiederholen der oben beschriebenen Verarbeitung eine vorbestimmte Anzahl mal, oder wenn es schwierig ist, den Bildsensor 2 zu bewegen, stoppt die Maschinensteuervorrichtung 10 die Steuerung der Relativposition des Werkzeugs T der Werkzeugmaschine und des Werkstücks W, basierend auf der Positionsinformation des Werkstücks W, berechnet durch die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14, und der vorbestimmten Operation des Werkstücks W unter Verwendung des Werkzeugs T.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Programms zum Steuern des Bildsensors 2 durch die Maschinensteuervorrichtung 10 (linker Bereich) und Erläuterungen davon (rechter Bereich) zeigt. „G800“ ist ein Bewegungsbefehl des Bildsensors. „G810“ ist ein Befehl zum Starten der Bildgebung und Bildgebungsverarbeitung (Messung von Positionsinformation und Genauigkeits-Information). Als Ergebnis veranlasst die Bildsteuereinheit 11 den Bildsensor 2, sich in einer vorbestimmten Richtung zu bewegen und führt Bildgebung des Werkstücks W durch den Bildsensor 2 an zwei Bildgebungspositionen der Distanz zwischen Bildgebungspositionen (Zwischen-Blickpunktdistanz) D durch. Die Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13 erfasst zwei Bildgebungspositionen aus dem Steuerbefehl.
„G820“ ist ein Befehl zum Spezifizieren eines interessierenden Pixels (spezifizierter Bereich). Als Ergebnis spezifiziert die Bereichs-Spezifiziereinheit 12 einen partiellen Bereich eines Werkstücks W als ein spezifizierter Bereich in zwei Bildern. Die Spalte und Zeile eines spezifizierten Pixels wird als #100 und #101 eingegeben. Die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14 stellt die Messdistanz des Werkstücks W als die Positionsinformation des Werkstücks W basierend auf den zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen zwei Bildgebungspositionen und den Parametern des Bildsensors 2 unter Verwendung des Stereokamera-Verfahrens wieder her. Die Messpräzisions-Recheneinheit 15 berechnet die Messgenauigkeit der Messdistanz des Werkstücks W, basierend auf den zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen und dem Parameter des Bildsensors 2.
„G830“ ist ein Befehl zum Bestimmen, ob die Positionsinformation des den Pixel (#100, #101) entsprechenden Werkstücks W (0,1, 0,1, 0,1) mm Genauigkeit erfüllt oder nicht. Als Ergebnis bestimmt die Messpräzisions-Bestimmungseinheit 16, ob die Messgenauigkeit P des Werkstücks W die Zielgenauigkeit P' im spezifizierten Bereich erfüllt oder nicht. Beispielsweise bestimmt die Messpräzisions-Bestimmungseinheit 16, ob die Messdaten des Pixels in der Spalte #100 und der Zeile #101 des Bildes die Messgenauigkeit (0,1, 0,1, 0,1) mm erfüllt oder nicht. Falls beispielsweise nicht erfüllt, wird eine andere Zahl als 0 in #8998 eingegeben.
„G840“ ist ein Befehl zum Berechnen der Bildgebungsposition, die erforderlich ist, damit das Ziel-Pixel (spezifizierter Bereich) die spezifizierte Genauigkeit (Zielgenauigkeit) erfüllt. Als Ergebnis berechnet die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 zwei Bildgebungspositionen, an welchen die Messgenauigkeit P des Werkstücks W die Zielgenauigkeit P' erfüllt (die Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen D' oder Messdistanz H' des Werkstücks W). Beispielsweise berechnet die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 die für die Messdaten des durch die Spalte #100 und die Zeile #101 spezifizierten Pixels erforderliche Bildgebungsposition, um die spezifizierte Genauigkeit zu erfüllen, und stellt die nächste Bewegungsdistanz auf X-Richtung #300, Y-Richtung #301 und Z-Richtung #303 ein.
Die Verarbeitung kehrt zur zweiten Zeile durch den „GOTO 10“-Befehl zurück und der Bildsensor wird wieder einmal bewegt, um Bildgebung durchzuführen.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Maschinensteuervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Messgenauigkeit des Werkstücks W zu verbessern und die Sicherheit der Maschinensteuervorrichtung zu verbessern, welche die Werkzeugmaschine steuert, basierend auf dem Bild des Werkstücks W, das durch den Bildsensor 2 aufgenommen wird. Weiter, gemäß der Maschinensteuervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform, wenn eine fehlerhafte Messung oder Unfähigkeit zur Messung aufgrund von einem Lichthof oder einer Verdeckung auftritt, funktioniert sie auch effektiv.
Gemäß dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung wird das folgende Wissen erhalten.

- Existierende Bildsensoren können die Messgenauigkeit nicht steuern.
- Die Messgenauigkeit kann verbessert werden, indem der Bildsensor nahe an das Objekt gebracht wird; jedoch bestehen Risiken und Beschränkungen.

Sensoren mit Hochauflösungselementen, Hochpräzisionsobjektiven sind teuer.

- Zur Zeit gibt es keinen Weg für die Numerik-Steuervorrichtung, die Messgenauigkeit des Bildsensors zu bestimmen. Es gibt auch keinen Weg für die Numerik-Steuervorrichtung, die Messgenauigkeit des Bildsensors zu kennen.

Es gibt kein Verfahren zum Bestimmen, ob die für die Bearbeitung erforderliche Genauigkeit erfüllt ist.

- Derzeit gibt es keinen Mechanismus für die Numerik-Steuervorrichtung, sicher zu arbeiten, falls dem Bildsensor Genauigkeit fehlt. Es gibt auch keinen Mechanismus, die Numerik-Steuervorrichtung aus dem Bildsensor zu stoppen. Es gibt keinem Mechanismus zum Anweisen zum Verbessern der Genauigkeit des Bildsensors aus der Numerik-Steuervorrichtung.

In diesen Hinsichten können die folgenden Vorteile durch die Maschinensteuervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden.

- Die Numerik-Steuervorrichtung ist in der Lage, die Messgenauigkeit des Bildsensors zu kennen.
- Die Numerik-Steuervorrichtung ermöglicht es, zu bestimmen, ob der Bildsensor-Ausgabewert die spezifizierte Genauigkeit erfüllt oder nicht.
- Die Numerik-Steuervorrichtung ist in der Lage, die Messgenauigkeit des Bildsensors zu steuern (zu verbessern).
- Falls die Messgenauigkeit unzureichend ist, ist es möglich, die Numerik-Steuervorrichtung zu stoppen.
- Verbesserung der Zuverlässigkeit

Es ist möglich, die Messgenauigkeit des für die Bearbeitung benötigten Bildsensors zu garantieren.
Es ist möglich, die Bildsensoren sicher in einer Numerik-Steuervorrichtung zu verwenden.
- Verbesserung der Detektionsgenauigkeit
Es ist möglich, die Messgenauigkeit des Bildsensors zu verbessern und die Detektionsgenauigkeit kann verbessert werden.
- Reduktion bei Ausrüstungskosten
Es ist möglich, Funktionen zu erzielen, die äquivalent zu Stereokameras sind, mit einer Numerik-Steuervorrichtung + monokularer Kamera + Steuer-Software (Programme).
(Modifikationsbeispiel)
In 1 mag es sein, dass die Maschinensteuervorrichtung 10 nicht mit der vorbestimmten Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 versehen ist. Mit anderen Worten mag es sein, dass die Maschinensteuervorrichtung 10 nicht die Berechnung der zwei Bildgebungspositionen, welche die Zielgenauigkeit P' erfüllen, durch die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit 17 durchführt. Im Modifikationsbeispiel, wenn die Messgenauigkeit des Werkstücks W die Zielgenauigkeit nicht erfüllt, erweitert die Maschinensteuervorrichtung 10 graduell die zwei Bildgebungspositionen (beispielsweise die Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen D), bis die Zielgenauigkeit erhalten wird.
6 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Berechnung von zwei Bildgebungspositionen (Bewegungsbeträge), die die Zielgenauigkeit erfüllen, durch die Maschinensteuervorrichtung 10 gemäß dem Modifikationsbeispiel. Wie in 6 gezeigt, wenn die Messgenauigkeit des Werkstücks W die Zielgenauigkeit nicht erfüllt, erweitert die Maschinensteuervorrichtung 10 gemäß dem Modifikationsbeispiel die zwei Bildgebungspositionen (beispielsweise die Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen D) um einen vorbestimmten Betrag (kleinster Betrag), bis die Zielgenauigkeit erhalten wird. Der vorbestimmte Betrag (winziger Betrag) kann ein vorbestimmter Betrag sein und kann beispielsweise in einer Speichereinheit oder dergleichen gespeichert sein. Alternativ, in derselben Weise wie oben beschrieben, kann die Maschinensteuervorrichtung 10 gemäß dem Modifikationsbeispiel die zwei Bildgebungspositionen (beispielsweise die Messdistanz H des Werkstücks W) nahe an das Werkstück W um einen vorbestimmten Betrag (winziger Betrag) bringen.
Mit anderen Worten, falls die Messgenauigkeit des Werkstücks W nicht die Zielgenauigkeit erfüllt, wiederholt die Maschinensteuervorrichtung 10 des Modifikationsbeispiels die nachfolgende Verarbeitung, bis die Zielgenauigkeit erhalten wird:

- Ändern der Bildgebungsposition um einen vorbestimmten Betrag (winziger Betrag);
- Bewegung und Aufnehmen durch den Bildsensor 2 gemäß der Bildsteuereinheit 11;
- Berechnen der Position des Werkstücks W durch die Bereichs-Spezifiziereinheit 12, die Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit 13 und die Messdistanz-Wiederherstelleinheit 14; und
- Berechnung und Bestimmung der Messgenauigkeit des Werkstücks W durch die Messpräzisions-Recheneinheit 15 und die Messpräzisions-Bestimmungseinheit 16.

7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Programms zum Steuern des Bildsensors 2 durch die Maschinensteuervorrichtung 10 gemäß dem Modifikationsbeispiel (linker Bereich) und Erläuterungen davon (rechter Bereich) zeigt. Das in 7 gezeigte Programm unterscheidet sich in der Position des „G800“ von dem in 5 gezeigten Programm.
„G800“ ist ein Bewegungsbefehl des Bildsensors. Beispielsweise wird der Bildsensor in der X-Richtung um eine vorbestimmte Bewegungsdistanz (beispielsweise ein Anfangswert oder eine Anwender-Spezifikation), die im #200 enthalten ist, bewegt.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und es sind verschiedene Modifikationen und Variationen möglich. Beispielsweise wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Maschinensteuervorrichtung zum Messen der Position des Objektes, basierend auf einem Bild, das das durch den Bildsensor aufgenommene Objekt enthält, exemplifiziert; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt und die vorliegende Erfindung ist auf einer Maschinensteuervorrichtung zum Messen der Position eines Objektes anwendbar, das auf einem Bild basiert, das das durch verschiedene Bildgebungsvorrichtungen aufgenommene Objekt beinhaltet. Beispiele solcher verschiedener Bildgebungsvorrichtungen beinhalten eine monokulare Kamera, eine zu dreidimensionaler Messung fähige Stereo-Kamera und eine dreidimensionale Kamera. Selbst mit den Stereo-Kameras und dreidimensionalen Kameras kann die Messgenauigkeit verbessert werden, indem sie nahe an das Objekt gebracht werden.
Weiter wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Maschinensteuervorrichtung zum Steuern der Position in Bezug auf das Objekt, basierend auf zwei Bildern, die das Objekt enthalten, das an zwei Bildgebungspositionen aufgenommen ist, exemplifiziert; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die vorliegende Erfindung ist auf eine Maschinensteuervorrichtung zum Steuern der Position anwendbar, in Bezug auf das Objekt, basierend auf drei oder mehr Bildern, die das Objekt enthalten, das an drei oder mehr Bildgebungspositionen aufgenommen ist. In diesem Fall kann konfiguriert werden, die Bildgebungsposition als eine Referenz zu bestimmen, und kann konfiguriert werden, für jede Bildgebungsposition des Objektes, die Messdistanz des Objektes als die Positionsinformation des Objekts wiederherzustellen, wie oben beschrieben (die Messdistanz-Wiederherstelleinheit), die Messgenauigkeit der Messdistanz des Objektes (die Messgenauigkeits-Recheneinheit) zu berechnen, zu bestimmen, ob die Messgenauigkeit des Objektes eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt (die Messgenauigkeits-Bestimmungseinheit), die Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen oder die Messdistanz des Objektes, an welchem die Messgenauigkeit des Objektes eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, zu berechnen (vorbestimmte Genauigkeits-Recheneinheit), die Position und Orientierung der Bildgebungsvorrichtung, basierend auf der Distanzinformation zwischen den zwei Bildgebungspositionen oder der Messdistanz des Objektes, welche durch die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit berechnet wird, zu steuern, und die Bildgebungsposition in Bezug auf Differenz (die Distanz zwischen den zwei Bildgebungspositionen oder die Messdistanz des Objekts) zu ändern.
Weiter wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Numerik-Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine zum Durchführen einer vorbestimmten Operation an einem Werkstück durch Steuern der Relativposition eines Werkstücks und eines Werkzeugs, das an der Werkzeugmaschine angebracht ist, exemplifiziert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Typen von Werkzeugsteuervorrichtungen angewendet werden, wie eine Roboter-Steuervorrichtung zum Durchführen einer vorbestimmten Operation an einem Werkstück durch Steuern der Relativposition eines Werkstücks und eines Werkzeugs oder einer an einen Industrieroboter angebrachten Hand. In diesem Fall, wenn die Bildgebungsvorrichtung am Arm des Roboters angebracht ist, kann der Bewegungsbefehl des Arms des Roboters und der Bewegungsbefehl der Bildgebungsvorrichtung identisch gemacht werden.
Bezugszeichenliste

2: Bildsensor (Bildgebungsvorrichtung)
10: Maschinensteuervorrichtung
11: Bildsteuereinheit
12: Bereichs-Spezifiziereinheit
13: Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit
14: Messdistanz-Wiederherstelleinheit
15: Messpräzisions-Recheneinheit
16: Messpräzisions-Bestimmungseinheit
17: Vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheiten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2889011 [0002, 0003]

Claims

Maschinensteuervorrichtung (10), die eine Maschine steuert, die eine vorbestimmte Operation an einem Objekt (W) durchführt, wobei die Maschinensteuervorrichtung (10) konfiguriert ist, eine Relativposition der Maschine und des Objekts (W) zu steuern, basierend auf einem Bild, welches das durch die Bildgebungsvorrichtung (2) aufgenommene Objekt (W) enthält, wobei die Maschinensteuervorrichtung (10) beinhaltet: eine Bildgebungs-Steuereinheit (11), die eine Position und Orientierung der Bildgebungsvorrichtung (2) steuert, und die Bildgebungsvorrichtung (2) steuert, zwei oder mehr Bilder aufzunehmen, die das Objekt beinhalten, an zwei oder mehr unterschiedlichen Bildgebungspositionen, basierend auf einem Steuerbefehl; eine Bildgebungs-Positionsinformations-Erfassungseinheit (13), die Positionsinformation der zwei oder mehr Bildgebungspositionen erfasst; eine Messdistanz-Wiederherstelleinheit (14), die eine Messdistanz des Objekts (W) als Positionsinformation des Objektes (W) basierend auf zumindest zwei Bildern von den zwei oder mehr Bildern, Distanzinformation zwischen zumindest zwei Bildgebungspositionen, die den zumindest zwei Bildern von den zwei oder mehr Bildgebungspositionen entsprechen, und einem Parameter der Bildgebungsvorrichtung, unter Verwendung eines Stereokamera-Verfahrens wiederherstellt; eine Bereichs-Spezifiziereinheit (12), die einen partiellen Bereich des Objektes (W) als einen spezifizierten Bereich spezifiziert; und eine vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit (17), welche Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen berechnet, in welchen die Messgenauigkeit des Objektes (W) eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zumindest zwei Bildern, der Messdistanz des Objektes (W) und dem Parameter der Bildgebungsvorrichtung (2), oder eine Messdistanz des Objektes (W) berechnet, bei welcher die Messgenauigkeit des Objektes (W) eine vorbestimmte Genauigkeit erfüllt, basierend auf den zumindest zwei Bildern, der Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen und dem Parameter der Bildgebungsvorrichtung (2) in dem spezifizierten Bereich, wobei die Maschinensteuervorrichtung (10) die Position und Orientierung der Bildgebungsvorrichtung (2) steuert, basierend auf der Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen oder der Messdistanz des Objektes (W), welche durch die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit (17) berechnet wird, und zumindest eine der zumindest zwei Bildgebungspositionen ändert.
Maschinensteuervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Messdistanz-Wiederherstelleinheit (14) Parallaxen-Information (Z) für jedes Pixel ermitteln, durch Durchführen von Bereichsanpassung an den zumindest zwei Bildern, und eine Messdistanz (H) des Objektes (W) durch Gleichung (1) unten berechnet, basierend auf der Parallaxen-Information (Z) für jedes Pixel, Distanzinformation zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen (D) und der Brennweite (f), die ein Parameter der Bildgebungsvorrichtung (2) ist, und die vorbestimmte Genauigkeitspositions-Recheneinheit (17) eine Distanz (D') zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen, in welchen die Messgenauigkeit des Objektes (W) eine vorbestimmte Genauigkeit (P') erfüllt, durch Gleichung (3) unten berechnet, basierend auf der Messdistanz (H) des Objektes und einer Brennweite (f), die ein Parameter der Bildgebungsvorrichtung (2) ist, oder eine Messdistanz (H') des Objektes (W) berechnet, bei welcher die Messgenauigkeit des Objektes (W) die vorbestimmte Genauigkeit (P') erfüllt, durch eine nachfolgende Gleichung (4), basierend auf der Distanz zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen (D) und der Brennweite (f), die der Parameter der Bildgebungsvorrichtung (2) ist, $H = D \times f/Z$
$P' = H^{2} / (D' \times f)$
$P' = {H'}^{2} / (D \times f)$
Maschinensteuervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Maschinensteuervorrichtung (10) die Position der Bildgebungsvorrichtung (2) in einer Richtung steuert, welche eine Distanz zwischen den zumindest zwei Bildgebungspositionen erhöht, oder in einer Richtung, welche die zwei Bildgebungspositionen nahe an das Objekt (W) bringt, um dadurch die Messgenauigkeit des Objektes (W) zu verbessern.