TW201439572A - 量測機台座標系歸一系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種量測機台座標系歸一系統及方法，其包括：控制量測機臺上的每個工業相機依次到工作臺上的標準球的表面取預設數量的點；根據每個工業相機所取的點的三維座標在該工業相機對應的三維座標下擬合成第二標準球；計算所擬合的每個第二標準球的中心在其對應的三維座標系下的三維座標；根據基準三維座標系計算另外三維座標系下的第二標準球的中心與該基準三維座標系下的第二標準球的中心的相對偏差；將所計算的每個所述相對偏差補償到該相對偏差所對應的三維座標系中；根據基準三維座標系創建統一三維座標系；補正每個三維座標系。

Description

量測機台座標系歸一系統及方法

本發明涉及一種量測機台座標系歸一系統及方法。

隨著世界工業的高速發展，單軸座標量測系統已不能滿足工業需求。為提高生產檢測效率，實現三維同步量測，多軸量測系統應運而生。多軸量測系統有多個獨立的座標系，每個座標系下又有三個旋轉軸。在實際運行中，各軸獨立採集資料。在移動過程中稍有操作不當就很有可能發生鏡頭碰撞，且在每個座標系下，其對應的相機所採集資料不在同一基準下，因此不能直接輸出三維空間下的物體尺寸。

鑒於以上內容，有必要提供一種量測機台座標系歸一系統及方法，其能使各個工業相機在同一三維座標系下進行資料獲取，並可以直接使用這些資料進行計算，因而能真正實現三維同步測量。

一種量測機台座標系歸一系統，其包括：控制模組，用於控制量測機臺上的每個工業相機依次到工作臺上標準球的表面取預設數量的點，並記錄所取的預設數量的點在該工業相機所對應的三維座標系下的三維座標；擬合模組，用於根據每個工業相機所取的點的三維座標在該工業相機對應的三維座標下擬合成第二標準球；計算模組，用於計算所擬合的每個第二標準球的中心在其對應三維座標系下的三維座標；所述計算模組，還用於根據基準三維座標系計算另外三維座標系下的第二標準球的中心與該基準三維座標系下的第二標準球的中心的相對偏差；補償模組，用於將所計算的每個所述相對偏差補償到該相對偏差所對應的三維座標系中；創建模組，用於根據基準三維座標系創建統一三維座標系，所述統一三維座標系為多個獨立的三維座標系歸一化後的三維座標系；補正模組，用於根據基準三維座標系與統一三維座標系的旋轉平移關係及所計算的每個所述相對偏差，將每個所述相對偏差對應的三維座標系進行補正。

一種量測機台座標系歸一方法，其包括：控制步驟，控制量測機臺上的每個工業相機依次到工作臺上標準球的表面取預設數量的點，並記錄所取的預設數量的點在該工業相機所對應的三維座標系下的三維座標；擬合步驟，根據每個工業相機所取的點的三維座標在該工業相機對應的三維座標下擬合成第二標準球；計算步驟一，計算所擬合的每個第二標準球的中心在其對應的三維座標系下的三維座標；計算步驟二，根據基準三維座標系計算另外三維座標系下的第二標準球的中心與該基準三維座標系下的第二標準球的中心的相對偏差；補償步驟，將所計算的每個所述相對偏差補償到該相對偏差所對應的三維座標系中；創建步驟，根據基準三維座標系創建統一三維座標系，所述統一三維座標系為多個獨立的三維座標系歸一化後的三維座標系；補正步驟，根據基準三維座標系與統一三維座標系的旋轉平移關係及所計算的每個所述相對偏差，將每個所述相對偏差對應的三維座標系進行補正。

相較於習知技術，所述量測機台座標系歸一系統及方法，其可以將多個獨立的三維座標系歸一化，建立統一三維座標系。從而使各個工業相機在同一三維座標系下進行資料獲取，並可以直接使用這些資料進行計算，因而能真正實現三維同步測量。

1．．．電腦

13．．．量測機台座標系歸一系統

130．．．控制模組

131．．．擬合模組

132．．．計算模組

133．．．補償模組

134．．．創建模組

135．．．補正模組

2．．．量測機台

23．．．標準球

20．．．工業相機

22．．．工作臺

圖1是本發明量測機台座標系歸一系統的應用環境圖。

圖2是本發明量測機台座標系歸一系統的模組圖。

圖3是本發明量測機台座標系歸一方法的較佳實施例的流程圖。

圖4是量測機台中多個獨立的三維座標系示意圖。

如圖1所示，是本發明量測機台座標系歸一系統的應用環境圖。量測機台座標系歸一系統13應用於電腦1中使量測機台2的多個獨立的三維座標系歸一化。所述量測機台2包括多個獨立的工業相機20、工作臺22及標準球23，每個工業相機20對應一個獨立的三維座標系。每個三維座標系有三個旋轉軸，即X軸、Y軸、Z軸。所述標準球23放於工作臺22上，其為規則的三維物體。所述工作臺22所在的平面有一個旋轉軸。所述多個獨立的三維座標系歸一化即是使得每個工業相機20在其獨立三維座標系下採集的資料最終歸一化在同一基準的三維座標系下。

如圖2所示，是本發明量測機台座標系歸一系統的模組圖。在本實施例中，所述量測機台座標系歸一系統13包括控制模組130、擬合模組131、計算模組132、補償模組133、創建模組134及補正模組135。本發明所稱的模組是指一種能夠被處理器所執行並且能夠完成固定功能的一系列電腦程式段，其存儲在記憶體中。在本實施例中，關於各模組的功能將在圖3的流程圖中具體描述。

如圖3所示，是本發明量測機台座標系歸一方法的較佳實施例的流程圖。根據不同的需求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。

步驟S11，控制模組130控制量測機台2上的每個工業相機20依次到工作臺22上的標準球23的表面取預設數量的點，並記錄所取的預設數量的點在該工業相機所對應的三維座標系下的三維座標。

所述預設數量的點為標準球23表面上不同位置的點，所述預設數量至少大於四個。所述每個工業相機20所取的預設數量的點相同或者不同。所述取點的方式包括CCD感測器，鐳射取點，探針取點等。在量測機台量測的過程中，所述標準球23在工作臺22上的位置是固定的，這樣可以保證每個工業相機都到同一位置量測，便於後續將多個獨立的三維座標系歸一化。

步驟S12，擬合模組131根據每個工業相機20所取的點的三維座標擬合成每個工業相機20對應的三維座標系下的第二標準球，所述擬合成的每個第二標準球與標準球23的擬合誤差最小。

在本實施例中，如圖4所示，是量測機台中多個獨立的三維座標系示意圖。採用三個不同的工業相機，即對應三個獨立的三維座標系A1、A2、A3。即在三維座標系A1、A2、A3下，擬合模組131利用三維座標系A1、A2、A3下所取的點擬合成A1、A2、A3各自所對應的第二標準球。即共擬合出三個第二標準球。

步驟S13，在每個三維座標系下，計算模組132計算所擬合的第二標準球的中心在對應三維座標系下的三維座標。

在本實施例中，三個第二標準球的中心在各自對應的三維座標系A1、A2、A3下的三維座標分別為（X1、Y1、Z1）、（X2、Y2、Z2）、（X3、Y3、Z3）。

步驟S14，計算模組132根據用戶從多個獨立的三維座標系中選擇的基準三維座標系計算其他三維座標系下的第二標準球的中心與該基準三維座標系下的第二標準球的中心的相對偏差。

在本實施例中，以三維座標系A2為基準三維座標系為例，三維座標系A1、A3下的第二標準球的中心與該基準三維座標系A2下的第二標準球的中心的相對偏差分別為(D1x，D1y，D1z)，(D3x，D3y，D3z)。

(D1x，D1y，D1z)=A1-A2={(X1-X2),(Y1-Y2),(Z1-Z2)}，

(D3x，D3y，D3z)=A3-A2={(X3-X2),(Y3-Y2),(Z3-Z2)}。

步驟S15，補償模組133將所計算的每個所述相對偏差補償到該相對偏差所對應的三維座標系中使多個工業相機20同時量測同一目標點。

在本實施例中，要使A1、A2、A3對應的工業相機20同時移動到工作臺上的一個目標點M為例，設M點在三維座標系A2下的三維座標為（Xm2,Ym2,Zm2），將A1對應的相對偏差(D1x，D1y，D1z)補償給三維座標系A1後，M點在三維座標系A1中的三維座標為（Xm2+D1x，Ym2+D1y，Zm2+D1z）。將A3對應的相對偏差(D3x，D3y，D3z)補償給三維座標系A3後，M點在三維座標系A3中的三維座標為（Xm2+D3x，Ym2+D3y，Zm2+D3z），這樣三維座標系A1、A2、A3各自對應的工業相機20按照M點在A1、A2、A3下的三維座標同時移動，即可同時到達目標點M。

步驟S16，創建模組134以用戶在工作臺上所選的點為統一三維座標系的原點，以用戶所選的旋轉平移關係為基準建立統一三維座標系的X、Y、Ｚ軸，並記錄用戶所選的統一三維座標系與基準三維座標系的旋轉平移關係。所述旋轉平移關係是指基準三維座標系的X、Y、Z軸與統一三維座標系的X、Y、Ｚ軸的旋轉平移關係。所述統一三維座標系為多個獨立的三維座標系歸一化後的三維座標系。

步驟S17，補正模組135根據所述基準三維座標系與統一三維座標系的旋轉平移關係及所計算的每個所述相對偏差，將每個所述相對偏差對應的三維座標系進行補正使所述每個工業相機20的測量結果在統一三維座標系下輸出。

透過本發明，所述量測機台座標系歸一系統及方法可以將多個獨立的三維座標系歸一化，建立統一三維座標系。從而使各工業相機在同一三維座標系下進行資料獲取及資料輸出，並可以直接使用這些資料進行計算，因而能真正實現三維同步測量。

最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

13．．．量測機台座標系歸一系統

130．．．控制模組

131．．．擬合模組

132．．．計算模組

133．．．補償模組

134．．．創建模組

135．．．補正模組

Claims (10)

1. 一種量測機台座標系歸一系統，該系統包括：
   控制模組，用於控制量測機臺上的每個工業相機依次到工作臺上的標準球的表面取預設數量的點，並記錄所取的預設數量的點在該工業相機所對應的三維座標系下的三維座標；
   擬合模組，用於根據每個工業相機所取的點的三維座標在該工業相機對應的三維座標下擬合成第二標準球；
   計算模組，用於計算所擬合的每個第二標準球的中心在其對應三維座標系下的三維座標；
   所述計算模組，還用於根據基準三維座標系計算另外三維座標系下的第二標準球的中心與該基準三維座標系下的第二標準球的中心的相對偏差；
   補償模組，用於將所計算的每個所述相對偏差補償到該相對偏差所對應的三維座標系中；
   創建模組，用於根據基準三維座標系創建統一三維座標系，所述統一三維座標系為多個獨立的三維座標系歸一化後的三維座標系；
   補正模組，用於根據基準三維座標系與統一三維座標系的旋轉平移關係及所計算的每個所述相對偏差，將每個所述相對偏差對應的三維座標系進行補正。
2. 根據申請專利範圍第1項之量測機台座標系歸一系統，所述每個第二標準球與標準球的擬合誤差最小。
3. 根據申請專利範圍第1項之量測機台座標系歸一系統，在控制每個工業相機取點時，所述標準球在工作臺上的位置是固定的。
4. 根據申請專利範圍第1項之量測機台座標系歸一系統，每個工業相機所對應的三維座標系是獨立的，所述基準三維座標系是每個工業相機所對應的三維座標系之一。
5. 根據申請專利範圍第1項之量測機台座標系歸一系統，以用戶在工作臺上所選的點為統一三維座標系的原點，以用戶所選的旋轉平移關係為基準建立統一三維座標系的X、Y、Ｚ軸，所述旋轉平移關係是指基準三維座標系的X、Y、Z軸與統一三維座標系的X、Y、Ｚ軸的旋轉平移關係。
6. 一種量測機台座標系歸一方法，其特徵在於，該方法包括：
   控制步驟，控制量測機臺上的每個工業相機依次到工作臺上的標準球的表面取預設數量的點，並記錄所取的預設數量的點在該工業相機所對應的三維座標系下的三維座標；
   擬合步驟，根據每個工業相機所取的點的三維座標在該工業相機對應的三維座標下擬合成第二標準球；
   計算步驟一，計算所擬合的每個第二標準球的中心在其對應的三維座標系下的三維座標；
   計算步驟二，根據基準三維座標系計算另外三維座標系下的第二標準球的中心與該基準三維座標系下的第二標準球的中心的相對偏差；
   補償步驟，將所計算的每個所述相對偏差補償到該相對偏差所對應的三維座標系中；
   創建步驟，根據基準三維座標系創建統一三維座標系，所述統一三維座標系為多個獨立的三維座標系歸一化後的三維座標系；
   補正步驟，根據基準三維座標系與統一三維座標系的旋轉平移關係及所計算的每個所述相對偏差，將每個所述相對偏差對應的三維座標系進行補正。
7. 根據申請專利範圍第6項之量測機台座標系歸一方法，所述每個第二標準球與標準球的擬合誤差最小。
8. 根據申請專利範圍第6項之量測機台座標系歸一方法，在控制每個工業相機取點時，所述標準球在工作臺上的位置是固定的。
9. 根據申請專利範圍第6項之量測機台座標系歸一方法，每個工業相機所對應的三維座標系是獨立的，所述基準三維座標系是每個工業相機所對應的三維座標系之一。
10. 根據申請專利範圍第6項之量測機台座標系歸一方法，所述創建統一三維座標系的步驟包括：
    以用戶在工作臺上所選的點為統一三維座標系的原點，以用戶所選的旋轉平移關係為基準建立統一三維座標系的X、Y、Ｚ軸，所述旋轉平移關係是指基準三維座標系的X、Y、Z軸與統一三維座標系的X、Y、Ｚ軸的旋轉平移關係。