專利名稱：至少一個物體以高精度定位到空間最終位置的方法和系統(tǒng)的制作方法
至少一個物體以高精度定位到空間最終位置的方法和系統(tǒng)本發(fā)明涉及利用工業(yè)機器人和光學(xué)三維圖像拍攝裝置以高精度將至少一個具有可光學(xué)測量的已知特征的物體定位到空間最終位置的方法，以及用于執(zhí)行該方法的相應(yīng)系統(tǒng)。這種方法和系統(tǒng)尤其應(yīng)用在例如汽車業(yè)中的自動化加工生產(chǎn)線的安裝和制造過程中， 其中，一個物體如金屬板件或其它車身部件應(yīng)借助工業(yè)機器人被高精度置入某個空間位置和取向，以便執(zhí)行加工作業(yè)。從現(xiàn)有技術(shù)中已知的搬運輸送系統(tǒng)，尤其是工業(yè)機器人如活節(jié)臂機器人，為了按照規(guī)定的空間位置和取向定位借助抓取裝置被抓住的物體而具有內(nèi)部測量系統(tǒng)，內(nèi)部測量系統(tǒng)能夠測量搬運輸送系統(tǒng)的組成部分的位置，因此打探到抓取裝置的空間位置和取向。 此時需要區(qū)分涉及軸的坐標(biāo)系和涉及空間的坐標(biāo)系。涉及軸的坐標(biāo)系總是涉及機器人的軸及其各自位置。從機器人的這些獨立軸和組成部分的運動鏈及其相應(yīng)位置中，得到在運動鏈末端的機器人工具即抓取裝置的明確方位(位置和取向)。但是，工業(yè)機器人的抓取裝置的方位最好關(guān)于空間通過所謂的TCP(工具中心點)來描述。它是位于機器人工具的適當(dāng)位置上的假想?yún)⒄拯c。為了說明機器人工具應(yīng)占據(jù)哪個方位，TCP的空間位置及其轉(zhuǎn)動被定義。尤其是利用所謂的Denavit-Hartenberg轉(zhuǎn)換，借助機器人控制裝置計算出這些獨立的機器人軸必須占據(jù)哪個位置，從而機器人工具占據(jù)規(guī)定的方位。包括其TCP的抓取裝置的方位最好涉及全局坐標(biāo)系、空間坐標(biāo)系或者網(wǎng)格坐標(biāo)系，其例如直接或間接涉及到第一軸、 主軸線、底座基礎(chǔ)或者機器人的機器人底座并與之耦聯(lián)。其余子坐標(biāo)系涉及全局坐標(biāo)系、空間坐標(biāo)系或網(wǎng)格坐標(biāo)系。當(dāng)然，全局坐標(biāo)系、空間坐標(biāo)系或網(wǎng)格坐標(biāo)系不一定是絕對全局系統(tǒng)，而是該系統(tǒng)也可以下屬有另一個系統(tǒng)。就是說，此時涉及這樣的坐標(biāo)系，它在操作過程內(nèi)構(gòu)成上級參照系。該系統(tǒng)大多與車間、工作室或生產(chǎn)操作室的地面相關(guān)聯(lián)。因此，包括被抓物體在內(nèi)的抓取裝置可通過給機器人控制裝置輸入相應(yīng)信息被調(diào)整移動到某個預(yù)定位置。就是說，被抓物體通過抓取裝置的位置設(shè)定被定位在空間內(nèi)。但在此情況下，尤其出現(xiàn)以下兩個問題。其一，設(shè)計用于保持笨重物體的常見工業(yè)機器人的測量系統(tǒng)沒有精確到使抓取裝置能像在許多加工方法中所需要的那樣，占據(jù)空間內(nèi)的如此精確的方位。盡管工業(yè)機器人的驅(qū)動足夠精確，但其測量系統(tǒng)則不然。運動鏈?zhǔn)垢鱾€測量機構(gòu)的測量誤差倍增。這不僅由各個測量機構(gòu)尤其是活節(jié)臂機器人的角度傳感器的測量精度產(chǎn)生，而且由機器人執(zhí)行操作機構(gòu)的不可避免的彈性產(chǎn)生。其二，從抓取裝置的位置和進(jìn)而其空間方位還無法必然得到物體的空間方位，這是因為該物體大多只能在抓取誤差內(nèi)被抓住。抓取誤差通常遠(yuǎn)高于所要求的定位精度。因此，抓取誤差即物體相對于抓取裝置的相對方位同樣要加以考慮。對此采用了單獨的、不再屬于機器人的測量系統(tǒng)，尤其是非接觸式光學(xué)測量系統(tǒng)。只有它才實現(xiàn)了以期望的精度按照預(yù)定方位在空間內(nèi)定位物體。WO 2007/004983 Al (Pettersson)公開一種工件尤其是壓制板件或復(fù)合板的對接焊接方法。要對接的工件被工業(yè)機器人保持并被其相對定位以便相互焊接在一起。在產(chǎn)生焊接聯(lián)接的過程中，工件被工業(yè)機器人保持在各自位置上，從而工件的相對位置彼此保持不變。焊接例如借助焊接機器人來進(jìn)行。測量系統(tǒng)測量工件位置，以允許在焊接作業(yè)前定位工件。測量尤其在焊接作業(yè)中連續(xù)進(jìn)行。所述的方法允許不采用在其它情況下常見的工件特定且制造復(fù)雜的模具和工件支座(在焊接前，工件必須被固定在其中)。工業(yè)機器人可以被通用于具有不同造型和結(jié)構(gòu)的工件，這是因為可以通過用測量系統(tǒng)測量工件位置來識別和監(jiān)控工件以及精確地相互定位部件。因此，唯一的系統(tǒng)可被用于不同的工件。工件支座的更換因此是多余的。根據(jù)公開內(nèi)容，所述方法尤其適用于板件焊接，主要用在汽車業(yè)中。 作為可行的測量系統(tǒng)，總體提出激光三角定位法，按照該方法，測量在工件上事先確定下來的點。對此，例如將反射器設(shè)置在工件上。根據(jù)說明書內(nèi)容，每個反射器的位置可以借助一個光源和一個兩維檢測器來確定，從而工件的位置和取向可借助三個這樣的點來測定。WO 2007/004983 Al未詳細(xì)描述測量系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。US 5，380，978 (Pryor)描述了利用工業(yè)機器人在空間中定位物體尤其是板件的方法。作為測量系統(tǒng)，尤其使用了攝像機，其為了三維測量物體空間方位而具有相應(yīng)的立體底座。攝像機可轉(zhuǎn)動以調(diào)整視界，并且在一個特殊實施方式中呈經(jīng)緯儀攝像機形式，它也可以具有激光測距儀。所述的經(jīng)緯儀此時用作攝像機的精確調(diào)整裝置。類似的測量系統(tǒng)也在US 4，851，905 (Pryor)和 US 5，706，408 (Pryor)中有描述。在US 2009/055024 Al (Kay)中描述了機械臂和控制系統(tǒng)，其中，一個固定取向的且具有有限視界的3D掃描裝置對準(zhǔn)機械臂和目標(biāo)物體。機械臂和目標(biāo)物體都具有多個標(biāo)記，這些標(biāo)記位于3D掃描裝置的固定視界內(nèi)。在目標(biāo)物體和機械臂之間的相對空間方位借助3D掃描裝置來測量。機械臂借助3D掃描裝置被如此控制，即，目標(biāo)物體可被機械臂抓住。上述系統(tǒng)的缺點在于，3D掃描裝置的固定的有限視界只允許在機械臂和目標(biāo)物體之間存在很有限的距離，這是因為這兩個部件的這些標(biāo)記始終必須位于該視界內(nèi)。因為由此需要3D掃描裝置的大視界和有限的圖像分辨率，所以只能獲得有限的定位精度，這是因為不能以足夠高的精度來測量這些標(biāo)記。因為所述方法只描述了相對調(diào)整不抓取物體的機械臂移向待抓取的物體，因而只需要實現(xiàn)該標(biāo)記相互間的相對位置測量，所以不需要測量在空間內(nèi)的3D掃描裝置的絕對位置和取向。因此完全省掉了呈確定在空間坐標(biāo)系內(nèi)的3D掃描裝置位置或者測量在空間坐標(biāo)系內(nèi)的取向形式的提供參照。在EP 1 345 099 A2 (TECMEDIC)中描述了一種方法，其用于確定由機器人手爪不精確抓住的工件的存放，并且用于利用機器人安裝工件到物體，其包括手爪、帶有傳感器如攝像機的圖像處理系統(tǒng)和計算機。多個位置固定的或者安裝在機械臂上的且相互間隔的攝像機各自具有固定的視界，在這里，攝像機的視界交疊。首先，測量校準(zhǔn)物體和校準(zhǔn)工件的方位。工件被機器人不精確地抓住。工件被移入實際預(yù)保持位置。根據(jù)將工件從事先結(jié)合校準(zhǔn)工件求出的理論預(yù)保持位置存放在實際預(yù)保持位置上來計算出實際矢量，它表示機器人抓取誤差?；谠搶嶋H矢量，計算用于手爪調(diào)整移動的轉(zhuǎn)換，在這里，計算在工件和物體之間所需要的相對運動。根據(jù)實際矢量的調(diào)整移動僅通過機器人定位系統(tǒng)來進(jìn)行，在這里基于以下前提，機器人能以足夠高的精度定位工件并且機器人誤差不重要。因為攝像機視界是有限且不可調(diào)的，所以該方法可能僅被用在有限的空間區(qū)域內(nèi)。雖然借助該方法測量手爪的抓取誤差，但無法測量機器人定位系統(tǒng)中可能有的不精確性。其前提是理想化的極高的機器人精度。此外，攝像機必須借助外參照系在全局坐標(biāo)系中被提供參照。在WO 2005/039836 (ISRA Vision)中描述一種方法，其利用執(zhí)行機構(gòu)的至少一個控制裝置來定向搬運輸送裝置的運動。為控制裝置規(guī)定涉及可光學(xué)測量的物體的運動過程。根據(jù)已知物體的位置和/或運動狀態(tài)和涉及該物體的運動過程，計算出用于搬運輸送裝置的執(zhí)行機構(gòu)的控制指令。相應(yīng)的操作指令被發(fā)送給要運動的執(zhí)行機構(gòu)。換句話說，搬運輸送裝置跟隨物體并且跟蹤它運動，此時該物體既沒有被搬運輸送裝置抓取，也沒有被定位。圖像拍攝通過固定不動的或者可隨搬運輸送裝置移動的且具有固定的相對視界的攝像機來進(jìn)行。大多數(shù)這些系統(tǒng)和方法的共同點在于，在物體上的多個表征點的位置是利用非接觸式攝影坐標(biāo)測量在圖像處理系統(tǒng)的幫助下來確定的。為了在物體表面靠近進(jìn)行非接觸式攝影坐標(biāo)測量，由從不同視角重現(xiàn)物體的圖像通過將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到一個物體坐標(biāo)系(物體在該物體坐標(biāo)系中是待測量的，并且該物體坐標(biāo)系構(gòu)成例如物體CAD模型的基礎(chǔ))而推斷出物體尺寸及其相對于圖像內(nèi)其它物體的相對方位。對此，這些圖像數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理裝置中被處理。坐標(biāo)系計算的基礎(chǔ)是確定參與圖像的相對攝像機方位。在此情況下，如從現(xiàn)有技術(shù)中知道的那樣存在以下可能性，利用唯一的攝像機時間錯開地從不同視角拍攝物體表面的待測表面部分，隨后利用圖像處理系統(tǒng)分別將兩維圖像數(shù)據(jù)處理成所謂的三維圖像。此時給三維圖像的圖像點分別分配深度信息，從而每個待研究的圖像點，尤其是所有圖像點，分配有在圖像坐標(biāo)系內(nèi)的三維圖像坐標(biāo)，圖像坐標(biāo)系由攝像機及其透視來定。從現(xiàn)有技術(shù)中知道了不同的圖像處理方法，用于從以不同視角表示相同場景的多個兩維圖像產(chǎn)生這種三維圖像。還是同樣從現(xiàn)有技術(shù)中知道的那樣存在以下可能性，代替從不同的視角用一個攝像機錯時拍攝表面部分，執(zhí)行借助多個攝像機的基本同時的拍攝。這不僅有以下優(yōu)點，即無需攝像機運動就能三維測量表面部分，而且省掉了測量各自攝像機取向，因為攝像機相互間可具有固定的相對取向和距離?，F(xiàn)有技術(shù)公開了不同的三維圖像拍攝裝置，它們基本由兩個或三個相互分隔的攝影機組成，就是說它們具有立體支座且相互固定連接地安裝在一個共同殼體中，以便從各自不同的但固定的相對視角拍攝場景。因為被拍的表面部分不一定非要具有允許圖像電子處理的表征圖像特征，所以可以在表面部分上設(shè)置多個標(biāo)記。該標(biāo)記可利用由三維圖像拍攝裝置投射到表面部分上的結(jié)構(gòu)化的光線尤其是例如投射光柵或光學(xué)交叉標(biāo)記的激光束來產(chǎn)生。通常，這種三維圖像拍攝裝置也包括圖像處理器，其根據(jù)基本上同時拍攝的不同視角的多個圖像推導(dǎo)出三維圖像。這種三維圖像拍攝裝置例如是CogniTens公司的以商標(biāo)名“Optigo”和 "OptiCell"已知的圖像拍攝系統(tǒng)，其包括按照等邊三角形布置的三個攝像機，以及例如是 ActiCM公司的“Advent”系統(tǒng)，其具有兩個并列的高分辨率CXD攝像機和一個用于投射結(jié)構(gòu)化光線到待拍攝部分上的投影機。待測被拍圖像元素的坐標(biāo)確定一般借助在圖像內(nèi)的被參照標(biāo)記實現(xiàn)，從該標(biāo)記開始進(jìn)行真正的3D坐標(biāo)測量。在此情況下，涉及被拍三維圖像和進(jìn)而三維圖像拍攝裝置的圖像坐標(biāo)系被轉(zhuǎn)換到物體要在其中被測量且例如構(gòu)成物體CAD模型的基礎(chǔ)的物體坐標(biāo)系。該轉(zhuǎn)換基于被拍參照標(biāo)記而發(fā)生，該被拍參照標(biāo)記在物體坐標(biāo)系內(nèi)的位置是已知的。利用從現(xiàn)有技術(shù)中知道的三維圖像拍攝裝置，此時獲得小于0. 5毫米的精度。
此外，公開了尤其呈具有光電測距儀的3D掃描儀形式的3D掃描系統(tǒng)，其在表面區(qū)域執(zhí)行深度掃描并產(chǎn)生“點云(Punktwolke) ”。在此情況下，分為順次系統(tǒng)、并行系統(tǒng)和全并行系統(tǒng)，在順次系統(tǒng)中，用點狀測量光逐點地掃描表面，在并行系統(tǒng)中，線狀測量光以線條方式掃描表面，在全并行系統(tǒng)中，表面區(qū)內(nèi)的許多點被同時掃描，因此執(zhí)行該表面區(qū)的深度記錄。通常，所有這些系統(tǒng)的共同點是，深度掃描利用至少一個對準(zhǔn)表面和/或移動經(jīng)過表面的測距光進(jìn)行。尤其是順次系統(tǒng)是廣為流傳的，并且例如以商品名“Leica HDS 6000”、“Leica ScanStation 2","Trimble GX 3D Scanner^iiZoller+ Frohlich IMAGER 5003”和“ZoIler+Frohlich IMAGER 5006”可買到。作為其它系統(tǒng)，例如舉出“3rd Tech DeltaSphere3000IR，，、"Basis Software Surphaser 25HSX，，、"Basis Software Surphaser 25HS，，、"Callidus precision Systems CPff 8000，，、"Callidus precision Systems CP 3200”、“Faro Europe LS 420”、“Faro Europe LS 880”、“I-Site 4400-LR”、“I-Site 4400-CR，，、“0ptech ILRIS-3DER，，、“0ptech ILRIS-3D，，、"Riegl Laser Measurement Systems LMS-Z420i/LMS-Z390i"Riegl Laser Measurement Systems LPM-321” 和 "Trimble VX”。此外，存在RIM攝像機，也稱為RIM (Range Imaging System)或者范圍成像系統(tǒng)， 借此可以拍攝物體圖像，同時能測量用于每個圖像點的或一組圖像點的深度信息。因此，可以借助唯一的裝置來拍攝一個三維圖像，在此三維圖像中，每個圖像點或者多組圖像點對應(yīng)一個深度信息即距攝像機的間距信息。每個三維圖像拍攝裝置的一個問題構(gòu)成由結(jié)構(gòu)決定受限的拍攝范圍，在此拍攝范圍內(nèi)可以實現(xiàn)具有期望分辨率的圖像拍攝。因此，在立體測量大型物體時，不可避免地從三維圖像拍攝裝置的不同位置和取向進(jìn)行多次單獨的立體拍攝。隨后，許多較小圖像拍攝利用重疊圖像區(qū)域的搭配并借助被拍表面部分內(nèi)的多個標(biāo)記拼合成較大的立體總圖像。從現(xiàn)有技術(shù)中公開了完成該任務(wù)的不同做法。這些方法的一個共同問題在于，這些單獨的應(yīng)被拼合成一幅較大圖像的三維圖像必須具有重疊區(qū)域。借助圖像處理系統(tǒng)無法實現(xiàn)三維圖像拍攝裝置位置從具有至少一個參照點第一表面部分到與第一表面部分相間隔但沒有參照點的第二表面部分的離散變化，假如事先沒有拍攝連接這兩個表面部分的其它圖像。因此需要完成多次中間圖像拍攝，以便將這兩個待測的間隔的表面部分在光學(xué)上連接起來并且允許實現(xiàn)關(guān)聯(lián)的圖像處理。因為拍攝了許多沒有直接測量內(nèi)容的三維圖像，整個測量方法變得緩慢，占用了存儲器和計算機資源。而且，在圖像拍攝中必然帶有少量測量誤差的坐標(biāo)測量在許多圖像組合時對測量精度有顯著影響，尤其是參照點相距很遠(yuǎn)的情況下。使用具有在物體坐標(biāo)系內(nèi)的已知位置的多個參照點因為攝像機視界有限而是不可避免的。所述的單純攝影測量系統(tǒng)的優(yōu)點在于，不必求出在物體坐標(biāo)系內(nèi)的三維圖像拍攝裝置的各個攝像機的絕對位置和取向，因為被拍圖像點的絕對位置確定是根據(jù)同樣被拍的圖像參考點的位置的已知情況、攝像機相互間相對取向以及通過三角測量法算出的待測點相對于圖像參照點的相對位置來進(jìn)行的。該測量系統(tǒng)因此可以被限制到圖像校準(zhǔn)的、且其相互間的相對位置已知的攝像機和圖像處理裝置。所有這些系統(tǒng)的缺點在于，因為攝像機視界有限且圖像分辨率有限，所以視界調(diào)整因攝像機或待測物體的轉(zhuǎn)動或位置變化而通常無法避免。這主要在測量較大的要高精度測量的物體時是這種情形，因為圖像分辨率有限，攝像機距物體的某個距離為了保持期望的測量精度而不應(yīng)被超過，但是攝像機視界在如此靠近物體時只允許拍攝物體的一部分。因此，或是需要采用大量的參照點，從而在每次圖像拍攝時都要動用位于視界內(nèi)的相應(yīng)數(shù)量的參照點、優(yōu)選三個參照點，或是動用已事先確定的物體點的位置，尤其是物體上的標(biāo)記。在此情況下，如上所述，由三維圖像拍攝裝置的不同位置和取向完成多次獨立的立體拍攝。隨后，許多較小的圖像拍攝借助重疊圖像區(qū)域的搭配并借助在被拍表面部分內(nèi)的標(biāo)記被拼合成一個較大的立體總圖像。這費時且要求使用本身無需測量的標(biāo)記。此外，從現(xiàn)有技術(shù)中知道了這樣的測量系統(tǒng)和方法，其中三維圖像拍攝裝置由工業(yè)機器人的頭部或者便攜式坐標(biāo)測量設(shè)備所攜載并可調(diào)整移動。因為昂貴的高分辨率三維圖像拍攝裝置很重，有時超過10公斤，因此以比得上圖像拍攝精度的必要精度來精確測定三維圖像拍攝裝置的位置是做不到的，這是因為這將要求如此穩(wěn)定構(gòu)成搬運輸送系統(tǒng)，即三維圖像拍攝裝置的應(yīng)用范圍可能會被局限到固定不動的系統(tǒng)。工業(yè)機器人因為其明顯小于精確三維圖像拍攝裝置的較低測量精度而不適用于提供外參照。便攜式坐標(biāo)測量設(shè)備仍然不是設(shè)計用來攜載重物的并且在高機械載荷情況下無法提供可用于提供參照的測量結(jié)果。為此緣故，可能由搬運輸送系統(tǒng)提供的、能打探到三維圖像拍攝裝置的絕對位置和/或相對位置的位置測量值可能無法被考慮用于給不同的無關(guān)聯(lián)的表面部分的圖像拍攝且尤其是多次三維圖像拍攝提供參照。雖然上述的測量系統(tǒng)也適用于借助搬運輸送系統(tǒng)在空間內(nèi)高精度定位物體并且也被用于此，但迄今從現(xiàn)有技術(shù)中知道的系統(tǒng)有許多缺點。因為基本單純通過圖像處理來實現(xiàn)的上述測量方法需要相對長的時間并且測量本身不用需要測量的參照或輔助標(biāo)記。因為攝像機視界有限，所以三維圖像拍攝裝置大多緊鄰操作作業(yè)設(shè)置，一般在機械臂上或離物體很近。因為與之相關(guān)的離操作作業(yè)近，三維圖像拍攝裝置遇到可能有的顆粒和因操作作業(yè)如在焊接中出現(xiàn)的熱力影響。同樣由于靠近操作作業(yè)，其它搬運輸送系統(tǒng)必須協(xié)調(diào)適配于三維圖像拍攝裝置的搬運輸送系統(tǒng)，以避免碰撞。三維圖像拍攝裝置的運動和與其相關(guān)的重新提供參照要求比較多的時間，使得整個工作過程變得緩慢。因此，迄今完全放棄了遠(yuǎn)離操作作業(yè)布置三維圖像拍攝裝置的方式。因此，一方面是使用具有最好小于0. 1毫米的精度的高精度非接觸式3D測量系統(tǒng)來借助工業(yè)機器人高精度定位定位物體，另一方面是未直接遇到操作作業(yè)的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)必須靈活操作且應(yīng)測量盡量大的動作和運動空間且尤其可自由定位，這兩個目標(biāo)表明了在借助工業(yè)機器人的工業(yè)物體定位領(lǐng)域內(nèi)存在目前尚未徹底解決的目標(biāo)沖突。因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種特點為靈活、精確和高速操作的方法和相應(yīng)的系統(tǒng)，其用于利用工業(yè)機器人將至少一個物體高精度定位到空間位置。該任務(wù)將通過實現(xiàn)獨立權(quán)利要求的特征來完成。由從屬權(quán)利要求得到了以替代或有利的方式改進(jìn)的本發(fā)明特征。首先將概述本發(fā)明的方法。隨后，在示出了示意所示的實施例的附圖的幫助下來說明本發(fā)明的可能有的優(yōu)選改進(jìn)方案。將至少一個物體以高精度定位到空間最終位置的方法將借助工業(yè)機器人和光學(xué)三維圖像拍攝裝置來執(zhí)行。第一工業(yè)機器人可調(diào)整移動到預(yù)定位置處。該第一工業(yè)機器人是內(nèi)校準(zhǔn)的，并且在三維空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)并與之相互關(guān)聯(lián)。光學(xué)三維圖像拍攝裝置在三維空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)，并且按照已知取向被定位在已知位置上，該光學(xué)三維圖像拍攝裝置被構(gòu)造用于電子拍攝在一定視界內(nèi)的三維圖像，其中，該三維圖像分別由分別對應(yīng)一個深度信息的多個圖像點組成。光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有驅(qū)動單元，該驅(qū)動單元用于以造成視界移動的方式調(diào)整三維圖像拍攝裝置的取向。此外，光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有在空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)的角度測量單元，用于高精度測量三維圖像拍攝裝置的角度取向，從而可在空間坐標(biāo)系內(nèi)確定該視界。該方法包括以下步驟具有已知的可光學(xué)測量的第一特征的第一物體在抓取誤差內(nèi)被第一工業(yè)機器人抓取和保持。給第一工業(yè)機器人確定修正抓取誤差的第一補償變量，從而第一物體在空間坐標(biāo)系內(nèi)可通過預(yù)定第一工業(yè)機器人的位置被補償調(diào)整。第一補償變量的確定通過以下步驟來實現(xiàn)借助驅(qū)動單元使三維圖像拍攝裝置的視界對準(zhǔn)被保持在第一工業(yè)機器人的第一補償位置上的第一物體的第一特征的至少一部分。拍攝至少一個第一三維圖像。根據(jù)三維圖像拍攝裝置位置、由角度測量單元測定的三維圖像拍攝裝置角度取向、該第一三維圖像和在第一物體上的第一特征的已知情況來確定在第一工業(yè)機器人的第一補償位置上的第一物體的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置。通過考慮第一工業(yè)機器人的第一補償位置和在第一工業(yè)機器人的第一補償位置上的第一物體的至少被確定的位置來確定第一補償變量。第一物體通過以下的重復(fù)進(jìn)行的步驟被高精度調(diào)整移動到第一最終位置，直到在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)第一最終位置用三維圖像拍攝裝置拍攝至少一個另外的第一三維圖像。 根據(jù)三維圖像拍攝裝置的位置、由角度測量單元測量的三維圖像拍攝裝置角度取向、該另外的第一三維圖像和在第一物體上的第一特征的已知情況來確定第一物體的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的實際位置。計算第一物體實際位置和第一最終位置之間的位置差。在考慮第一補償變量的情況下由第一工業(yè)機器人的實際位置和與該位置差關(guān)聯(lián)的變量來計算第一工業(yè)機器人的新的理論位置，并且調(diào)整第一工業(yè)機器人到新的理論位置。本發(fā)明系統(tǒng)利用工業(yè)機器人將至少一個物體高精度定位到空間最終位置，本發(fā)明系統(tǒng)包括第一工業(yè)機器人、光學(xué)三維圖像拍攝裝置和控制裝置。第一工業(yè)機器人被如此校準(zhǔn)，即，它能調(diào)整移動到多個規(guī)定位置。為此，工業(yè)機器人被內(nèi)校準(zhǔn)并與空間坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。 光學(xué)三維圖像拍攝裝置在一個三維空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)，并且按照已知取向被定位在已知位置上，光學(xué)三維圖像拍攝裝置被構(gòu)造用于電子拍攝在一定視界內(nèi)的三維圖像，在這里，三維圖像分別由各對應(yīng)一個深度信息的多個圖像點組成。光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有驅(qū)動單元用于以造成視界調(diào)整的方式調(diào)整三維圖像拍攝裝置的取向，并且具有在空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)的角度測量單元用于高精度測量三維圖像拍攝裝置的角度取向，從而可以在空間坐標(biāo)系內(nèi)確定視界?？刂蒲b置具有被構(gòu)造用于圖像處理的數(shù)據(jù)處理器?？刂蒲b置如此與第一工業(yè)機器人和光學(xué)三維圖像拍攝裝置數(shù)據(jù)連接，以便給該控制裝置提供由光學(xué)三維圖像拍攝裝置拍攝的三維圖像，給控制裝置提供由角度測量單元測定的三維圖像拍攝裝置角度取向，驅(qū)動單元通過控制裝置被控制以調(diào)整三維圖像拍攝裝置的取向，并且第一工業(yè)機器人被調(diào)整移動到由控制裝置預(yù)定的位置處?？刂蒲b置及其數(shù)據(jù)處理器如此構(gòu)成且如此與上述部件數(shù)據(jù)連接，即通過信號接收、信號分析、信號計算和信號輸出來執(zhí)行以下步驟第一物體具有該控制裝置已知的可光學(xué)測量的第一特征，該第一物體在抓取誤差內(nèi)被第一工業(yè)機器人抓取和保持。通過控制裝置給第一工業(yè)機器人確定修正抓取誤差這樣的第一補償變量，從而第一物體在空間坐標(biāo)系內(nèi)可以通過預(yù)定第一工業(yè)機器人的位置被補償調(diào)整。利用控制裝置的第一補償變量的確定是通過以下步驟來進(jìn)行的利用驅(qū)動使三維圖像拍攝裝置的視界對準(zhǔn)被保持在第一工業(yè)機器人的第一補償位置上的第一物體的第一特征的至少一部分。拍攝至少一個第一三維圖像。根據(jù)三維圖像拍攝裝置位置、由角度測量單元測定的三維圖像拍攝裝置角度取向、該第一三維圖像和在第一物體上的第一特征的已知情況來確定在第一工業(yè)機器人的第一補償位置上的第一物體的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置。通過考慮第一工業(yè)機器人的第一補償位置和在第一工業(yè)機器人的第一補償位置上的第一物體的至少被確定的位置來確定第一補償變量。在直到在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)第一最終位置前，利用控制裝置通過重復(fù)進(jìn)行以下步驟來高精度調(diào)整第一物體移向第一最終位置拍攝至少一個另外的第一三維圖像。通過三維圖像拍攝裝置位置、由角度測量單元測定的三維圖像拍攝裝置角度取向、該另外的第一三維圖像和在第一物體上的第一特征的已知情況來確定第一物體的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的實際位置。計算在第一物體實際位置和第一最終位置之間的位置差。在考慮第一補償變量情況下，由第一工業(yè)機器人實際位置和與位置差關(guān)聯(lián)的變量來計算第一工業(yè)機器人的一個新的理論位置。調(diào)整第一工業(yè)機器人到該新的理論位置。以下將結(jié)合示意所示的實施例來描述本發(fā)明的方法和本發(fā)明的系統(tǒng)，其中圖Ia示出本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，其利用光學(xué)三維圖像拍攝裝置定位第一物體；圖Ib示出方法過程的流程圖；圖2示出方法和系統(tǒng)，其具有兩個工業(yè)機器人用于定位第一和第二物體；和圖3示出方法和系統(tǒng)，其具有三個工業(yè)機器人，用于定位第一和第二物體以及一個加工工具。圖Ia示出用于將第一物體高精度定位到空間第一最終位置的系統(tǒng)和方法過程的第一實施例。方法步驟如圖Ib所示。將一起描述圖Ia和圖lb。本發(fā)明的方法用于利用至少一個工業(yè)機器人將至少一個物體高精度定位到空間最終位置。最終位置涉及該物體以小于0. 5毫米、最好小于0. 2毫米、尤其小于0. 1毫米的精度所占據(jù)的位置和取向。最終位置一般是指物體的這種位置和取向，即，在該方法范圍中，該物體應(yīng)當(dāng)所處的位置和取向。當(dāng)然，該物體隨后可以被置入一個或任何多個其它的新的最終位置。方法組成部分包括第一工業(yè)機器人11和光學(xué)三維圖像拍攝裝置1。為了利用該系統(tǒng)執(zhí)行該方法，還設(shè)有控制裝置9。第一工業(yè)機器人11被構(gòu)造用于抓取第一物體12。例如工業(yè)機器人11是帶有手爪 Ila的活節(jié)臂機械手，它可在六個自由度內(nèi)調(diào)整移動。手爪Ila呈氣動爪形式，例如用于抓取板件。不過，手爪也可以是機械爪，尤其是爪鉗，或者用于機械連接工業(yè)機器人11的可移動部件的其它手爪。通過給工業(yè)機器人11規(guī)定手爪Ila的理論位置，手爪Ila可以調(diào)整移動到可預(yù)定的多個位置。為此，工業(yè)機器人11具有內(nèi)部的測量、調(diào)整和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。工業(yè)機器人11 一般是指如之前所述的搬運輸送系統(tǒng)，它適用于抓取并定位一個物體。光學(xué)三維圖像拍攝裝置1在三維空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)，并且按照已知取向被定位在位置P上。以下將描述位置P的測定。因此，位置以及角度取向在第一物體12也將被定位在其中的坐標(biāo)系中是間接知曉或直接知曉的。三維圖像拍攝裝置1被構(gòu)造用來電子拍攝在一定視界內(nèi)的三維圖像，在這里，該三維圖像分別由多個圖像點組成，每個圖像點分別被指定了一個深度信息。三維圖像拍攝裝置1被光學(xué)校準(zhǔn)，從而能在視界8內(nèi)進(jìn)行在拍攝圖像中的光學(xué)測量。光學(xué)三維圖像拍攝裝置一般是指用于拍攝可光學(xué)測量的且具有各自深度信息的點的電子裝置，在這里，光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有為此所需的配備，尤其是物鏡和相應(yīng)的圖像拍攝元件(尤其是CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器)、測距單元和相應(yīng)的電子裝置。物鏡可以是任何物鏡，例如定焦物鏡、調(diào)焦物鏡或可變焦距物鏡，尤其是具有馬達(dá)調(diào)焦和自動聚焦功能。光學(xué)三維圖像拍攝裝置是內(nèi)部校準(zhǔn)的，從而尤其在光學(xué)元件、圖像傳感器或電子裝置中可能有的誤差如失真可被考慮到和補償。因此，該光學(xué)三維圖像拍攝裝置適于攝影測量。此外，光學(xué)三維圖像拍攝裝置1具有至少一個驅(qū)動單元3用于以造成視界8移動的方式調(diào)整光學(xué)三維圖像拍攝裝置的取向。例如驅(qū)動單元3是轉(zhuǎn)動單元，用于使光學(xué)三維圖像拍攝裝置繞兩個轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動。在一個可能的但非必要的實施變型中，所述轉(zhuǎn)動軸線可以是一個關(guān)于該空間坐標(biāo)系是水平的水平軸線(Kippachse) H和一個豎直的豎軸線V。此外，光學(xué)三維圖像拍攝裝置1具有在空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)的角度測量單元4，用于高精度測量光學(xué)三維圖像拍攝裝置的角度取向，從而可以在空間坐標(biāo)系內(nèi)確定視界8。因為光學(xué)三維圖像拍攝裝置1的涉及到光學(xué)拍攝裝置和角度測量單元的內(nèi)部校準(zhǔn)以及光學(xué)三維圖像拍攝裝置1在空間坐標(biāo)系內(nèi)的外部參照，每個圖像點高精度地限定空間坐標(biāo)系內(nèi)的一個點，其根據(jù)以下五個方面來得到第一、根據(jù)在圖像傳感器上的圖像點位置即兩維拍攝圖像；第二、根據(jù)被指定給該圖像點的深度信息(由此得到三維圖像)；第三、根據(jù)借助角度測量單元4測定的光學(xué)三維圖像拍攝裝置1的取向；第四、根據(jù)光學(xué)三維圖像拍攝裝置1 的已知位置；以及第五、根據(jù)相應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)。在所示的實施例中，角度測量單元4分別測定在空間坐標(biāo)系內(nèi)以豎軸線V為中心的水平角度取向α和以水平軸線H為中心的豎直角度取向β。水平的水平軸線H和豎直的豎軸線V基本上相交。因此，光學(xué)三維圖像拍攝裝置1以一種3D攝像經(jīng)緯儀的形式構(gòu)成，在這里，它是指具有三維圖像拍攝裝置的經(jīng)緯儀，該三維圖像拍攝裝置或是同軸并入經(jīng)緯儀中，或是不同軸地尤其安置在經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡上。光學(xué)三維圖像拍攝裝置1借助自身的測量系統(tǒng)在空間內(nèi)被參照和校準(zhǔn)，從而位置 P和外校準(zhǔn)參數(shù)借助三維圖像拍攝裝置1被求出。在空間坐標(biāo)系內(nèi)的光學(xué)三維圖像拍攝裝置1的位置P通過用三維圖像拍攝裝置1 瞄準(zhǔn)位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記T來確定。位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記T和第一物體12的已知的可光學(xué)測量的第一特征13最好如此相互間隔，即，瞄準(zhǔn)位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記T和拍攝該至少一個第一三維圖像在三維圖像拍攝裝置1視界8的不同取向中進(jìn)行。換句話說，三維圖像拍攝裝置1的視界8的取向的改變在通過瞄準(zhǔn)位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記T來測量位置P后、且在拍攝第一物體12上的第一特征13之前是必需的，因為有限的視界8不可能允許同時拍攝瞄準(zhǔn)標(biāo)記T和在第一物體12上的第一特征13，如

圖1所示。利用三維圖像拍攝裝置1瞄準(zhǔn)位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記T是指，瞄準(zhǔn)標(biāo)記T位于三維圖像拍攝裝置1的視界8內(nèi)并且對應(yīng)于該瞄準(zhǔn)標(biāo)記T的圖像點的位置可被測量，或者瞄準(zhǔn)標(biāo)記T的位置借助三維圖像拍攝裝置 1的附加單元例如光電測距儀5被確定出?？刂蒲b置9具有設(shè)計用于圖像處理的數(shù)據(jù)處理器?？刂蒲b置9至少與第一工業(yè)機器人11和光學(xué)三維圖像拍攝裝置1數(shù)據(jù)連接。給控制裝置9提供由光學(xué)三維圖像拍攝裝置1拍攝的三維圖像以便執(zhí)行圖像處理。而且，控制裝置9獲得由角度測量單元4測量的三維圖像拍攝裝置1的角度取向，作為輸入信號。驅(qū)動單元3通過控制裝置9被控制用于調(diào)整三維圖像拍攝裝置1的方向。第一工業(yè)機器人11可以被調(diào)整移動到由控制裝置9規(guī)定的多個位置。為此所需的數(shù)據(jù)連接可以借助電壓信號、無線電信號、光信號或其它通訊手段來實現(xiàn)。參照和校準(zhǔn)參數(shù)，尤其是參與部件的各個位置、取向和尺寸，被存儲在控制裝置9 中(只要是執(zhí)行該方法所需要的)?？刂蒲b置9可以是例如具有合適接口的個人電腦這樣的單元，以及是多個相互通訊或者聯(lián)網(wǎng)的、地點分開的獨立部件，這些獨立部件例如是一些獨立裝置的組成部分。尤其是，應(yīng)做抽象理解的控制裝置9可以是三維圖像拍攝裝置1和 /或第一工業(yè)機器人11的組成部分。應(yīng)該被定位到空間最終位置的第一物體12具有已知的可光學(xué)測量的第一特征 13。第一特征13可以是任何特征，其可借助光學(xué)三維圖像拍攝裝置1被測量。就是說，術(shù)語“可光學(xué)測量”是指可用光學(xué)三維圖像拍攝裝置1測量的能力，不一定非指人眼可見性?？晒鈱W(xué)測量的特征可以由物體特征構(gòu)成，尤其是其形狀、表面起伏和表面特性例如角、邊、孔、缺口和槽。作為替代或補充，該特征可以被施加至物體上，例如以標(biāo)貼或彩色標(biāo)記的形式。該特征最好在至少兩維上延伸，例如呈不在一條直線上的三個點的形式。這些特征是這樣的，即，其位置確定盡量明確無疑地限定了在空間內(nèi)的物體方位(即位置和取向)。物體12是任何要在空間中高精度定位的物體，它可被第一工業(yè)機器人11抓取和保持，例如是金屬板件。以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的方法過程，在這里，也參見圖lb，其示出了呈流程圖形式的方法過程。在步驟50中，例如位于存放位置的第一物體12被第一工業(yè)機器人11借助其手爪 Ila在抓取誤差內(nèi)被抓取和保持。抓取誤差大于這樣的誤差，在該誤差內(nèi)第一物體12應(yīng)被定位在最終位置上。尤其是，沒有物體強制對中機構(gòu)的氣動手爪無法實現(xiàn)高精度抓取，因此物體相對于手爪的相對位置具有誤差，應(yīng)當(dāng)補償該誤差，就是說應(yīng)當(dāng)修正該誤差。在可選的、在本發(fā)明改進(jìn)方案中進(jìn)行的步驟51中，第一工業(yè)機器人11以未知的抓取誤差保持第一物體12，該第一工業(yè)機器人11被調(diào)整移動到第一補償位置以確定第一補償變量。在第一工業(yè)機器人11的補償位置，光學(xué)三維圖像拍攝裝置1能清楚看到第一物體 12以便進(jìn)行三維圖像拍攝。只要在抓取后已保證這種能見度并且第一物體12已就位，那么也能省掉步驟51。在隨后的步驟52中求出第一補償變量以修正抓取誤差。用于第一工業(yè)機器人11 的進(jìn)行抓取誤差修正的第一補償變量用于在空間坐標(biāo)系內(nèi)通過規(guī)定第一工業(yè)機器人11的位置來補償調(diào)整第一物體12。補償調(diào)整是指，在設(shè)定機器人手爪Ila應(yīng)占據(jù)的位置時，抓取物體時存在的抓取誤差將被修正。就是說，通過修正變量即第一補償變量顧及到抓取誤差。該抓取誤差可能在所有六個自由度上出現(xiàn)，因此補償變量可以取尤其呈張量(Tensor)形式的相應(yīng)數(shù)值。理想情況下，即在手爪Ila準(zhǔn)確抓取第一物體時，補償變量可以等于零。第一補償變量的確定通過以下子步驟進(jìn)行。首先，借助驅(qū)動單元3使光學(xué)三維圖像拍攝裝置1對準(zhǔn)(尤其是使其轉(zhuǎn)動到)第一物體12的第一特征13的至少一部分，所述第一物體12被保持在第一工業(yè)機器人11的第一補償位置上。構(gòu)成第一特征13的至少三個點最好位于視界8內(nèi)?，F(xiàn)在，第一三維圖像借助光學(xué)三維圖像拍攝裝置1被拍攝下來。隨后，由該三維圖像確定出第一物體12 (其被保持在第一工業(yè)機器人11的第一補償位置上) 的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置。通過確定3個表征特征的位置，已經(jīng)可以實現(xiàn)該位置確定。第一物體12的位置一方面根據(jù)下列條件來確定光學(xué)三維圖像拍攝裝置1的位置P的已知情況、由角度測量單元4測定的光學(xué)三維圖像拍攝裝置1的角度取向以及該第一三維圖像。 利用這些信息，已經(jīng)可以尤其通過在控制裝置9內(nèi)的圖像處理來確定在空間坐標(biāo)系內(nèi)的單獨測定的點的位置。為了由此推導(dǎo)出物體的位置，還需要了解在第一物體12上的第一特征 13，以便能由第一特征13的位置或姿態(tài)推導(dǎo)出第一物體的空間位置。如果例如由電子模型中知道了板件在哪些位置具有特定的孔，那么就可以由這些孔的位置推導(dǎo)出物體位置?，F(xiàn)在，第一補償變量是通過下列措施確定的，即，通過考慮第一工業(yè)機器人11的第一補償位置(根據(jù)該第一補償位置得到無誤差抓取時的理想位置)，并且通過考慮在第一工業(yè)機器人11第一補償位置上的第一物體12的至少被確定的位置(即，實際位置)。在本發(fā)明改進(jìn)方案中，物體11特征13基本上從可通過控制裝置9的電子數(shù)據(jù)處理器來處理的模型中知曉。在此情況下，它可以是借助CAD得到的電子模型。借助在電子數(shù)據(jù)處理器上執(zhí)行的圖像處理，在模型中和/或在圖像拍攝中識別出特征13，并且來自模型的特征13和來自拍攝圖像的特征13被相互對應(yīng)起來。在空間坐標(biāo)系內(nèi)的物體12位置由在空間坐標(biāo)系內(nèi)的所拍攝特征13的測定位置以及被對應(yīng)的特征3來確定。這樣的圖像處理和特征識別方法由現(xiàn)有技術(shù)所公開且在此不必進(jìn)一步說明。因為現(xiàn)在知道了，第一物體12以什么樣的誤差被抓住且已經(jīng)確定了相應(yīng)的第一補償變量，所以現(xiàn)在可以利用第一工業(yè)機器人11在第一工業(yè)機器人11的傳感器的測量精度范圍內(nèi)定位第一物體12。但是，該測量精度不夠高，因此引起進(jìn)一步的定位問題。例如，因為加工誤差和環(huán)境參數(shù)，第一物體11 (如板件)本身可在尺寸和形狀方面遇到要考慮在內(nèi)的一定公差。為此緣故，本發(fā)明在一個改進(jìn)方案中規(guī)定了要考慮第一物體的變化。在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，根據(jù)可選的步驟53，確定出所拍攝特征13的彼此相對位置并且與基本上從上述模型中知道的特征的相對位置相互比較。在本發(fā)明的一個變型中， 當(dāng)超出所拍攝的特征13的相對位置和基本上從模型中知道的特征的相對位置之間的一個偏差時，發(fā)出錯誤警報。在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，在發(fā)出錯誤警報的情況下，物體12被新的物體12換掉，從而該方法以步驟50繼續(xù)進(jìn)行，如圖Ib示例性所示。或者，使模型適配于被測物體12。因此，例如借助CAD得到的模型可以適配于被抓取物體12的實際尺寸。適配調(diào)整后的模型在此情況下確定物體12應(yīng)占據(jù)的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的最終位置。如果最終位置例如由物體12的已經(jīng)占據(jù)最終位置的局部尤其是一條棱邊來確定，則要通過調(diào)整模型來相應(yīng)考慮該局部的變形。在同樣為可選的步驟M中，第一工業(yè)機器人11在考慮到第一補償變量的情況下， 從第一補償位置被調(diào)整移動到這樣的位置，在該位置上，第一物體12被定位在靠近第一最終位置的第一接近位置。這是如此做到的，給目前為其設(shè)定了第一補償位置的第一工業(yè)機器人11規(guī)定一個新位置作為輸入值，在該新位置上，第一物體12位于第一接近位置。三維圖像拍攝裝置1的視界8借助驅(qū)動單元3對準(zhǔn)現(xiàn)在就位于第一接近位置的第一物體12的第一特征13的至少一部分。在步驟55中，第一物體12被高精度定位到第一最終位置。為此，重復(fù)以下步驟， 直到在預(yù)定誤差內(nèi)達(dá)到第一最終位置為止。首先，借助三維圖像拍攝裝置1拍攝至少一個另外的第一三維圖像。在空間坐標(biāo)系內(nèi)的第一物體12實際位置仍然根據(jù)下列條件來確定 三維圖像拍攝裝置1的位置P、由角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、 該另外的第一三維圖像和第一物體12上的第一特征13的已知情況?，F(xiàn)在，將該實際位置與理論位置(即，第一最終位置)相互比較。計算第一物體12實際位置和第一最終位置之間的位置差。隨后計算第一工業(yè)機器人11的新的理論位置。這是在考慮第一補償變量的情況下，根據(jù)第一工業(yè)機器人11的實際位置和與該位置差關(guān)聯(lián)的變量來實現(xiàn)。與位置差關(guān)聯(lián)的變量最好是乘以小于或等于1的系數(shù)的位置差。這意味著，新的理論位置是工業(yè)機器人11的這樣一個位置，在該位置，第一物體12位于在實際位置和第一最終位置之間的位置上。如果該系數(shù)等于1，則該新的理論位置是這樣的位置，在此位置上，第一物體12從實際位置出發(fā)以逼近方式被送往第一最終位置，只要這可以借助工業(yè)機器人11的不精確的傳感器機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)。不過，因為其通常非常不準(zhǔn)確，不足以讓第一物體12僅利用一個步驟55就在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)第一最終位置，所以該系數(shù)最好小于1，優(yōu)選小于0. 95，尤其小于0. 9，例如小于0. 8，但最好大于0。借助小于1但大于0的系數(shù)，工業(yè)機器人11的新的理論位置是這樣的，即，在工業(yè)機器人11調(diào)整進(jìn)入新的理論位置后，第一物體12接近第一最終位置，但還是沒有完全到達(dá)第一最終位置。第一工業(yè)機器人11隨后通過設(shè)定新的理論位置來調(diào)整移動。換句話說，第一工業(yè)機器人得到一個新的位置輸入值，從該新的位置輸入值產(chǎn)生其新的理論位置。該新的理論位置因此借助第一工業(yè)機器人11的傳感器機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)被接近。接著，重復(fù)上述步驟。 就是說，重新拍攝至少一個另外的第一三維圖像，據(jù)此確定第一物體12的實際位置并且計算出第一物體12實際位置和第一最終位置之間的位置差。如果第一物體又沒有在第一最終位置的期望誤差內(nèi)，則為第一工業(yè)機器人11重新設(shè)定一個新的理論位置，該新的理論位置在考慮第一補償變量的情況下根據(jù)其實際位置和與該位置差關(guān)聯(lián)的變量計算得出。重復(fù)這些步驟，直到第一物體12已經(jīng)高精度地在誤差內(nèi)到達(dá)第一最終位置。所述方法的一個主要優(yōu)點在于，物體空間位置的測定可以借助很少量的三維圖像拍攝來進(jìn)行，這些三維圖像拍攝除了物體特征外不必示出其它參考標(biāo)記，由此一來，該方法加快了許多。在調(diào)整三維圖像拍攝裝置視界后，無需提供新參照就能進(jìn)行攝影測量的圖像分析。這尤其對于物體被輸送系統(tǒng)搬運較遠(yuǎn)距離并且隨后被精確定位的工業(yè)應(yīng)用是有意義的，這是因為按照三維圖像拍攝裝置轉(zhuǎn)向物體特征的形式做出的視界改變既不要求重新提供參照，也不要求動用原先測量的圖像和/或參照標(biāo)記。因此，保證了快速、高精度且過程可靠的定位。因為三維圖像拍攝裝置的轉(zhuǎn)動沒有導(dǎo)致因重新提供參照或關(guān)聯(lián)定向引起的時間損失，所以拍攝裝置可以遠(yuǎn)離操作作業(yè)布置，尤其是2至5米遠(yuǎn)，從而該操作作業(yè)不受影響并且測量技術(shù)裝置沒有直接接觸到該操作作業(yè)。這尤其對焊接方法是有利的，因為靈敏的測量技術(shù)裝置幾乎不受影響。
在一個可能的實施方式中，三維圖像拍攝裝置1如此構(gòu)成，即，至少一個第一攝像機加借助驅(qū)動單元3分別圍繞一個關(guān)于該空間坐標(biāo)系是水平的水平軸線H和一個豎直的豎軸線V來調(diào)整取向。通過角度測量單元4，可以分別測定在空間坐標(biāo)系內(nèi)的以水平軸線H 為中心的豎直角度取向β和以豎軸線V為中心的水平角度取向α。尤其是，水平的水平軸線H和豎直的豎軸線V基本上相交。利用第一攝影機加，可以拍攝由許多圖像點組成的兩維圖像。為了給所有這些圖像點或者至少圖像點組(以下同樣簡化理解為一個圖像點)分配深度信息并且由兩維圖像推導(dǎo)出三維圖像，存在不同的下述可能性。在一個變型中，三維圖像拍攝裝置1具有光電測距儀5。依據(jù)光電測距儀5的類型， 其測量光相對于第一攝影機加被調(diào)整取向，其相對于第一攝影機加的相對角度取向可被高精度測量。三維圖像通過測量深度信息并且通過將深度信息分配給多個圖像點來產(chǎn)生。 利用光電測距儀5、尤其是利用測量光相對于第一攝影機加的相應(yīng)的相對角度取向，對與圖像點對應(yīng)的物體12部分進(jìn)行光學(xué)深度測量，由此測定該深度信息。為了掌握深度信息， 可采用激光掃描儀。例如光電測距儀5呈點掃描儀形式。深度信息測定通過借助點掃描儀的順次掃描來實現(xiàn)，在這里，至少一條點狀測量光逐點地(例如從一行到另一行)光學(xué)掃描對應(yīng)于視界 8的物體12表面。或者，光電測距儀5以線掃描儀形式構(gòu)成。深度信息測量通過利用線掃描儀的并行掃描實現(xiàn)，在這里，至少一條線狀測量光以“線”的方式光學(xué)掃描對應(yīng)于視界8的物體12表面。還有以下可能，將光電測距儀5構(gòu)成為面深度測量儀(也稱為面掃描儀)。深度信息測定通過利用面深度測量儀的“全并行”掃描實現(xiàn)，在這里，至少一個面狀測量光(它尤其由許多測量光構(gòu)成的光束構(gòu)成)以“面”的方式光學(xué)掃描對應(yīng)于視界8的物體12表面。 因此，光學(xué)面深度測量儀尤其全并行地且基本同時地掃描三維圖像拍攝裝置1的視界8的整個表面。三維圖像通過借助光學(xué)的面深度測量儀的全并行深度測量的深度信息測量和通過分配深度信息給多個圖像點來產(chǎn)生?？煞峙浣o這些圖像點的深度信息因此通過對應(yīng)于視界8的物體12表面的面深度拍攝來獲得。如上所述，這種用于順次或者并行或全并行掃描的點、線、面掃描儀由現(xiàn)有技術(shù)公開。最好，光電測距儀5和第一攝像機加相互耦聯(lián)并且可共同借助驅(qū)動單元3被調(diào)整移動。 尤其是，它們構(gòu)成一個共同單元。作為替代方式或附加方式，可以以范圍成像攝像機(RIM)形式構(gòu)成三維圖像拍攝裝置1的第一攝像機加，用于直接拍攝三維圖像。就是說，第一攝像機加本身如此構(gòu)成， 即，可以給每個點或多組圖像點分配一個深度信息。這種尤其基于渡越時間的范圍成像攝像機(RIM)是幾年前就能在市場上買到的。 在RIM攝像機中，信號發(fā)射器發(fā)出調(diào)制射束。此時所用的調(diào)制方法在當(dāng)前的傳感器中一般基于振幅調(diào)制原理。發(fā)射的射束的一部分在物體空間內(nèi)被反射，并且部分被前置的光學(xué)元件成像到特定的圖像傳感器上。該圖像傳感器的特點在于，每個單獨的像素能夠解調(diào)所接收的光線，就是說，尤其是確定信號的相位或者說渡越時間。作為這種RIM攝像機的例子， 指出 CSEM(瑞士 )的 SwissRanger SR-2 和 SwissRanger SR-3000 以及(德國)PMD 技術(shù)的 3k-S型號。SwissRanger具有組合式(XD/CM0S傳感器。測距依靠相位差法，其中單值范圍(Eindeutigkeitsbereich)高達(dá)7. 5米。此外，被物體反射的信號通過光學(xué)元件成像到傳感器的各像素上，執(zhí)行相應(yīng)的距離計算，這樣測量結(jié)果就是距離圖(Distanzbild)。傳感器的參數(shù)為IMX 160像素(SR-2)或者176 X 144像素(SR-3000)。此外有這樣的RIM攝像機， 它在CMOS圖像傳感器中植入有單光子雪崩二極管(SPAD)。這樣，實現(xiàn)了直接的渡越時間測量法，借此將距離測量簡化為渡越時間測量。接收射束的解調(diào)在已知的RIM攝像機中通常利用間接渡越時間測量尤其通過四次順序的強度測量來完成。此時，在每個像素中，正弦形振幅調(diào)制波借助四次錯開90°的整體式強度測量來重現(xiàn)。根據(jù)這四個測量，可以計算出相位和進(jìn)而經(jīng)過的距離。因為在攝像機系統(tǒng)中的幾何關(guān)系，現(xiàn)在可以針對每個像素從像素坐標(biāo)和距離中計算出三維坐標(biāo)。因為在所有像素中的測距的同時性，所以可用每個圖像推導(dǎo)出一個相應(yīng)的3D模型。在另一個變型中，如圖Ia所示，三維圖像拍攝裝置1具有第二攝影機2b，第二攝影機尤其在同一個殼體中如此與第一攝影機加相連并如此與第一攝影機加間隔布置，即， 攝像機h、2b的至少部分重疊的視界在其重疊區(qū)域內(nèi)構(gòu)成三維圖像拍攝裝置1的視界8。 根據(jù)攝像機h、2b的相互相對的視角的已知情況，利用圖像處理來產(chǎn)生在三維圖像拍攝裝置1的視界8內(nèi)的三維圖像。這種三維圖像拍攝裝置例如是=CogniTens公司的以商標(biāo)名 “Optigo”和“OptiCell”已知的圖像拍攝系統(tǒng)，它包括按照等邊三角形布置的三個攝像機； 以及ActiCM公司的“Advent”系統(tǒng)，其具有兩個并列的高分辨率CXD攝像機以及一個將結(jié)構(gòu)化光線投射到待拍攝部分上的投光機。已針對在空間內(nèi)自由定位單獨一個第一物體描述了上述定位方法。但是，以下情況也是可能的，在所述方法和組成部件的輔助下來定位至少一個第二物體，和/或第一物體相對于第二物體被精確調(diào)整取向，或第二物體相對于第一物體被精確調(diào)整取向。這種方法將如下所述。同樣可以實現(xiàn)的是，上述的特征也與第二物體的定位以及每個其它物體的定位相結(jié)合。但是，為了更簡單的說明，放棄說明在定位第一物體時可能有的改進(jìn)方案也用于定位其它物體。不過，這些組合方式同樣是本發(fā)明的組成部分。圖2示出了這樣的改進(jìn)。除了圖Ia所示實施方式的在此不再重新介紹的主要組成部件外，設(shè)有第二工業(yè)機器人21和物體支座M。在高精度調(diào)整第一物體12至第一最終位置之前，如上所述，一個第二物體22被第二工業(yè)機器人21抓住并且被置入物體支座M 中。物體支座M呈所謂的固定物形式，它能接納第二物體22。對此，物體支座對可以具有相應(yīng)形狀，例如用以避免物體變形，和/或具有相應(yīng)的夾緊裝置來固定該物體。當(dāng)安放在物體支座M中之后，第二物體22處于空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置上。或者，可以不利用第二工業(yè)機器人21而是以人工方式將第二物體安放在物體支座M內(nèi)。在一個實施變型中， 物體支座M如此以強制對中的方式構(gòu)成，即，第二物體22被高精度地安放到預(yù)定的第二最終位置。在此情況下可以省略利用測量技術(shù)裝置的第二最終位置測定。但如果不是這種情況，則確定空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置。第二物體22為此具有已知的可光學(xué)測量的第二特征23。在將第二物體22安置在物體支座M中后，如此確定第二物體22的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置，即，首先利用驅(qū)動單元3使三維圖像拍攝裝置1的視界8對準(zhǔn)第二物體 22的第二特征23的至少一部分。拍攝第二三維圖像?，F(xiàn)在，根據(jù)三維圖像拍攝裝置1的位置P、角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、第二三維圖像和第二物體22 上的第二特征23的已知情況，確定第二物體22的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置。
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或者，在高精度調(diào)整第一物體12到第一最終位置之前，第二物體22在抓取誤差內(nèi)被第二工業(yè)機器人21抓住，但沒有安放到物體支座M中，而是被保持住。第二工業(yè)機器人 21被調(diào)整移動到第二工業(yè)機器人21的一個最終位置，在此最終位置上，第二物體22處于第二最終位置。第二物體22的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置通過以下步驟來確定借助驅(qū)動單元3使三維圖像拍攝裝置1的視界8對準(zhǔn)第二物體22的第二特征23 的至少一部分。拍攝至少一個第二三維圖像。根據(jù)三維圖像拍攝裝置1的位置P、角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、第二三維圖像和第二物體22上的第二特征 23的已知情況，確定第二物體22的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置。在圖2的情況下，根據(jù)第二物體22的第二最終位置，并且根據(jù)在第一物體12與第二物體22兩者之間的預(yù)定相對位置，計算第一物體12的第一最終位置。因為第一物體12 高精度地相對于第二物體22定位，所以現(xiàn)在例如可以執(zhí)行精確聯(lián)接兩個物體的對接方法。圖3示出本發(fā)明的另一個實施方式，其中，第二物體22以及呈加工工具形式的第三物體32被高精度調(diào)整移動。第二物體22具有已知的可光學(xué)測量的第二特征23，該第二物體22在抓取誤差內(nèi)被第二工業(yè)機器人21抓取和保持。針對第二工業(yè)機器人21確定修正抓取誤差的第二補償變量，從而第二物體22在空間坐標(biāo)系內(nèi)可通過第二工業(yè)機器人21的位置設(shè)定被補償調(diào)整。 如此實現(xiàn)第二補償變量的確定，即，利用驅(qū)動單元3使三維圖像拍攝裝置1的視界8對準(zhǔn)被保持在第二工業(yè)機器人21的第二補償位置上的第二物體22的第二特征23的至少一部分。 拍攝至少一個第二三維圖像。在第二工業(yè)機器人21的第二補償位置上的第二物體22的在空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置是根據(jù)三維圖像拍攝裝置1的位置P、由角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、第二三維圖像和在第二物體22上的第二特征23的已知情況來確定的。第二補償變量通過考慮第二工業(yè)機器人21的第二補償位置和第二物體22的在第二工業(yè)機器人21第二補償位置上的至少被確定的位置來確定。隨后，第二物體22被高精度調(diào)整移動到第二最終位置。這通過在直至以預(yù)定誤差到達(dá)第二最終位置前重復(fù)進(jìn)行的以下步驟來實現(xiàn)。首先，拍攝至少一個另外的第二三維圖像。根據(jù)三維圖像拍攝裝置1的位置P、由角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、該另外的第二三維圖像和在第二物體22上的第二特征23的已知情況，確定空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二物體22實際位置。 計算出在第二物體22實際位置和第二最終位置之間的位置差。在考慮第二補償變量的情況下根據(jù)第二工業(yè)機器人21的實際位置和與該位置差關(guān)聯(lián)的變量計算出第二工業(yè)機器人 21的新的理論位置之后，將第二工業(yè)機器人21調(diào)整移動到新的理論位置。重復(fù)這些步驟， 直到第二物體22已經(jīng)以預(yù)定誤差到達(dá)第二最終位置。就是說，代替根據(jù)圖2的兩個物體12和22的相對定位，在圖3的實施方式中，兩個物體12和22相互獨立地被高精度單獨定位。在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，在第二物體22被抓取后，第二工業(yè)機器人21被調(diào)整移動到第二工業(yè)機器人21的第二補償位置以確定第二補償變量。本發(fā)明的另一個實施變型規(guī)定，在直至以預(yù)定誤差到達(dá)第二最終位置前重復(fù)進(jìn)行的步驟之前，在考慮第二補償變量的情況下將第二工業(yè)機器人21從第二補償位置調(diào)整移動到這樣的位置，在此位置上，第二物體22被定位在一個靠近第二最終位置的第二接近位置上。隨后，借助驅(qū)動單元3使三維圖像拍攝裝置1的視界8對準(zhǔn)位于第二接近位置上的第二物體22的第二特征23的至少一部分。不過同樣如圖3所示，而且也在圖2的實施方式中可行的，設(shè)有一個呈加工工具形式的第三物體32。加工工具32在保持誤差內(nèi)被第三工業(yè)機器人31保持。加工工具32或者與之關(guān)聯(lián)的第三工業(yè)機器人31部分例如加工工具32的支座具有已知的可光學(xué)測量的第三特征33。為了能通過規(guī)定第三工業(yè)機器人31的位置來補償調(diào)整空間坐標(biāo)系內(nèi)的加工工具32，而確定用于第三工業(yè)機器人31的、對保持誤差進(jìn)行修正的第三補償變量。為此，首先借助驅(qū)動單元3使三維圖像拍攝裝置1的視界8對準(zhǔn)第三特征33的至少一部分。在此情況下，加工工具32被保持在第三工業(yè)機器人31的第三補償位置上。拍攝至少一個第三三維圖像。在第三工業(yè)機器人31的第三補償位置上在空間坐標(biāo)系內(nèi)的加工工具32位置是根據(jù)下列條件確定的三維圖像拍攝裝置1的位置P、由角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、第三三維圖像和第三特征33的已知情況。第三補償變量的確定通過考慮第三工業(yè)機器人31的第三補償位置和至少加工工具32的在第三工業(yè)機器人31第三補償位置上的被確定位置來實現(xiàn)。本發(fā)明還規(guī)定，加工工具32被高精度調(diào)整移動到第三最終位置，其做法是通過在直至以預(yù)定誤差到達(dá)第三最終位置前重復(fù)進(jìn)行的以下步驟。拍攝至少一個另外的第三三維圖像。在空間坐標(biāo)系內(nèi)的加工工具32實際位置是根據(jù)三維圖像拍攝裝置1的位置P、由角度測量單元4測定的三維圖像拍攝裝置1的角度取向、另外的第三三維圖像和第三特征33 的已知情況來確定的。計算出第三物體32實際位置和第三最終位置之間的位置差。第三工業(yè)機器人31的新的理論位置是在考慮到第三補償變量的情況下根據(jù)第三工業(yè)機器人21 的實際位置和與該位置差關(guān)聯(lián)的變量計算得出的。隨后，第三工業(yè)機器人31被調(diào)整移動到新的理論位置。重復(fù)這些步驟，直到加工工具32位于第三最終位置的誤差范圍內(nèi)。加工工具32例如是焊接工具，用于對接焊接第一物體12和第二物體22。任何其它的加工工具、尤其是對接工具也是可用的。雖然在這里結(jié)合第一物體12和第二物體22描述加工工具32，尤其是用于接合該物體，本發(fā)明同樣包括相對于僅一個物體定位加工工具。 例如對只在一個物體上執(zhí)行像切削加工這樣的工序的加工工具來說，情況就是如此。本發(fā)明也包括未明確示出的組合的特征的組合。所述的系統(tǒng)組成部件、尤其是測量部件如拍攝裝置的特點在于其可移動性和靈活性。因此，所述方法可以借助可在短時間內(nèi)安裝在加工系統(tǒng)中的獨立部件來執(zhí)行。通過自校準(zhǔn)自參照的組成部件，可以在困難的工作條件下保證足夠高的操作可靠性。具有相對不精確的測量系統(tǒng)的比較不精確的搬運輸送系統(tǒng)可以基于補償變量的確定和在到達(dá)最終位置前重復(fù)進(jìn)行的步驟被用于高精度定位物體。本發(fā)明允許，不直接參與操作作業(yè)、非接觸且相隔足夠遠(yuǎn)地，在很大的測量范圍內(nèi)執(zhí)行物體位置的快速測量。三維圖像拍攝裝置的轉(zhuǎn)動沒有導(dǎo)致測量過程的由攝像機重新提供參照引起的延遲，這是因為按照本發(fā)明可以省掉重新提供參照。因此，根據(jù)本發(fā)明的、在空間中高精度定位物體的方法和系統(tǒng)的特點是處理速度尚。
權(quán)利要求
1. 一種借助工業(yè)機器人將至少一個物體高精度定位到空間最終位置的方法，該方法包括 第一工業(yè)機器人(11)，其能夠被調(diào)整移動到可預(yù)定的位置處；和 光學(xué)三維圖像拍攝裝置(1)，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置在三維空間坐標(biāo)系中被校準(zhǔn)并且按照已知取向定位在位置⑵上，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置被構(gòu)造用于在規(guī)定的視界(8)內(nèi)電子拍攝三維圖像，其中所述三維圖像分別由多個圖像點組成，所述多個圖像點被分別指定了一個深度信息，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有驅(qū)動單元(3)，用以按照調(diào)整所述視界(8)的方式調(diào)整所述三維圖像拍攝裝置(1)的取向，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)的角度測量單元G)， 所述角度測量單元(4)用于高精度測量所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向，從而能夠在所述空間坐標(biāo)系中確定所述視界(8)， 其中， 所述三維圖像拍攝裝置(1)在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置(P)是通過借助所述三維圖像拍攝裝置(1)瞄準(zhǔn)位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記(T)來確定的， 第一物體(1 具有已知的可光學(xué)測量的第一特征(13)，所述第一物體(1 被所述第一工業(yè)機器人(11)在抓取誤差內(nèi)抓取和保持， 給所述第一工業(yè)機器人(11)確定這樣的修正抓取誤差的第一補償變量，使得所述第一物體(1 在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)能夠通過預(yù)定所述第一工業(yè)機器人(11)的位置而被補償調(diào)整，其中，通過以下步驟確定所述第一補償變量*利用所述驅(qū)動單元( 使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)被保持在所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置上的所述第一物體(1 的所述第一特征(13) 的至少一部分，*拍攝至少一個第一三維圖像，*根據(jù)以下條件確定在所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置上的所述第一物體(12)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、 -所述第一三維圖像、和-在所述第一物體(1 上的所述第一特征(1 的已知情況， *通過考慮以下條件來確定所述第一補償變量 -所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置，和-在所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置上的、所述第一物體(1 的至少所被確定的位置， 所述第一物體(1 被高精度調(diào)整移動到第一最終位置，這通過直至在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)所述第一最終位置之前，重復(fù)以下步驟來實現(xiàn) *拍攝至少一個另外的第一三維圖像，*通過以下條件確定所述第一物體(12)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實際位置-所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)，-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向， -所述另外的第一三維圖像，和-所述第一物體(1 上的所述第一特征(1 的已知情況， *計算在所述第一物體(1 的實際位置和所述第一最終位置之間的位置差， *在考慮所述第一補償變量的情況下根據(jù)以下條件計算出所述第一工業(yè)機器人(11) 的一個新的理論位置-所述第一工業(yè)機器人(11)的實際位置，和-與所述位置差關(guān)聯(lián)的變量，所述變量尤其由所述位置差乘以小于或等于1的系數(shù)構(gòu)成，*調(diào)整所述第一工業(yè)機器人(11)到所述新的理論位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記(P)和所述第一物體(12) 的已知的可光學(xué)測量的所述第一特征(13)如此相間隔，即，瞄準(zhǔn)所述位置固定的瞄準(zhǔn)標(biāo)記 (T)和拍攝所述至少一個第一三維圖像是在所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)的彼此不同的取向上進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在抓取所述第一物體(1 后，所述第一工業(yè)機器人(11)被調(diào)整移動到所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置，以確定所述第一補償變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，在直至在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)所述第一最終位置前重復(fù)進(jìn)行的所述步驟之前， 所述第一工業(yè)機器人(11)在考慮所述第一補償變量的情況下從所述第一補償位置被調(diào)整移動到這樣的位置，在所述位置上，所述第一物體(1 被定位在靠近所述第一最終位置的第一接近位置上，和 借助所述驅(qū)動單元( 使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)定位在所述第一接近位置上的所述第一物體(1 的所述第一特征(1 的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，在將所述第一物體(1 高精度調(diào)整移動到所述第一最終位置之前， 第二物體0 被第二工業(yè)機器人抓住或被人工抓住，并被置入在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置上的物體支座04)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中， 所述第二物體0 具有已知的可光學(xué)測量的第二特征(23)，并且在將所述第二物體0 安置在所述物體支座04)中之后， 所述第二物體0 的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的所述第二最終位置通過以下步驟來確定*借助所述驅(qū)動單元C3)使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)所述第二物體 (22)的所述第二特征的至少一部分， *拍攝至少一個第二三維圖像，*根據(jù)以下條件確定所述第二物體0 的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的所述第二最終位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、 -所述第二三維圖像、和-在所述第二物體0 上的所述第二特征的已知情況， 其中，所述第一物體(1 的所述第一最終位置是根據(jù)所述第二物體0 的所述第二最終位置和在所述第一物體(1 與所述第二物體0 之間的預(yù)定的相對位置來計算的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，在將所述第一物體(1 高精度調(diào)整移動到所述第一最終位置之前， 具有已知的可光學(xué)測量的第二特征的第二物體0 在抓取誤差內(nèi)被第二工業(yè)機器人抓取和保持， 所述第二工業(yè)機器人被調(diào)整移動到所述第二工業(yè)機器人的最終位置，在所述最終位置，所述第二物體0 處于第二最終位置， 通過以下步驟確定所述第二物體0 的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的第二最終位置 *借助所述驅(qū)動單元C3)使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)所述第二物體 (22)的所述第二特征的至少一部分， *拍攝至少一個第二三維圖像，和*根據(jù)以下條件確定所述第二物體0 的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的所述第二最終位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、 -所述第二三維圖像、和-在所述第二物體0 上的所述第二特征的已知情況， 其中，所述第一物體(1 的所述第一最終位置是根據(jù)所述第二物體0 的所述第二最終位置和在所述第一物體(1 與所述第二物體0 之間的預(yù)定的相對位置來計算的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，在將所述第一物體(1 高精度調(diào)整移動到所述第一最終位置之前， 具有已知的可光學(xué)測量的第二特征的第二物體0 在抓取誤差內(nèi)被第二工業(yè)機器人抓取和保持， 給所述第二工業(yè)機器人確定這樣的修正抓取誤差的第二補償變量，使得所述第二物體0 在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)能夠通過預(yù)定所述第二工業(yè)機器人的位置被補償調(diào)整，其中，所述第二補償變量的確定通過以下步驟來完成*借助所述驅(qū)動單元( 使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)被保持在所述第二工業(yè)機器人的第二補償位置上的所述第二物體0 的所述第二特征的至少一部分，*拍攝至少一個第二三維圖像，*根據(jù)以下條件確定在所述第二工業(yè)機器人的所述第二補償位置上的所述第二物體02)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、 -所述第二三維圖像、和-在所述第二物體0 上的所述第二特征的已知情況，*考慮以下條件來確定所述第二補償變量 -所述第二工業(yè)機器人的所述第二補償位置，和-在所述第二工業(yè)機器人的所述第二補償位置上的所述第二物體0 的至少所被確定的位置， 所述第二物體0 被高精度調(diào)整移動到第二最終位置，這是通過在以預(yù)定誤差到達(dá)所述第二最終位置前重復(fù)進(jìn)行以下步驟實現(xiàn)的 *拍攝至少一個另外的第二三維圖像、*根據(jù)以下條件來確定所述第二物體02)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實際位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、 -所述另外的第二三維圖像、和-在所述第二物體0 上的所述第二特征的已知情況， *計算在所述第二物體0 的實際位置和所述第二最終位置之間的位置差， *在考慮所述第二補償變量的情況下根據(jù)下列條件計算所述第二工業(yè)機器人的一個新的理論位置-所述第二工業(yè)機器人的實際位置、和-與所述位置差關(guān)聯(lián)的變量，所述變量尤其由所述位置差乘以小于或等于1的系數(shù)構(gòu)成，*將所述第二工業(yè)機器人調(diào)整移動到所述新的理論位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在抓取所述第二物體0 后，所述第二工業(yè)機器人被調(diào)整移動到所述第二工業(yè)機器人的所述第二補償位置，以確定所述第二補償變量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，在直至以預(yù)定誤差到達(dá)所述第二最終位置前重復(fù)進(jìn)行的所述步驟之前， 所述第二工業(yè)機器人在考慮所述第二補償參數(shù)的情況下從所述第二補償位置被調(diào)整移動到這樣的位置，在所述位置上，所述第二物體0 被定位在靠近所述第二最終位置的第二接近位置上， 借助所述驅(qū)動單元( 使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)位于所述第二接近位置上的所述第二物體0 的所述第二特征的至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中， 呈加工工具形式的第三物體(3 在保持誤差內(nèi)被第三工業(yè)機器人(31)保持， 所述加工工具(3 或所述第三工業(yè)機器人(31)的與之連接的部分具有已知的可光學(xué)測量的第三特征(33)， 給所述第三工業(yè)機器人(31)確定這樣的修正抓取誤差的第三補償變量，使得所述加工工具(3 能夠在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)通過預(yù)定所述第三工業(yè)機器人(31)的位置被補償調(diào)整，其中，所述第三補償變量的確定通過以下步驟進(jìn)行*借助所述驅(qū)動單元( 使所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)被保持在所述第三工業(yè)機器人(31)的第三補償位置上的所述加工工具(3 的所述第三特征(3 的至少一部分，*拍攝至少一個第三三維圖像，*根據(jù)以下條件來確定在所述第三工業(yè)機器人(31)的所述第三補償位置上的所述加工工具(32)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向， -所述第三三維圖像，和 -所述第三特征(33)的已知情況， *考慮以下條件來確定所述第三補償變量 -所述第三工業(yè)機器人(31)的所述第三補償位置，和-在所述第三工業(yè)機器人(31)的所述第三補償位置上的所述加工工具(3 的至少被確定的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中， 所述加工工具(3 被高精度調(diào)整移動到第三最終位置，這是通過在以預(yù)定誤差到達(dá)所述第三最終位置前重復(fù)以下步驟實現(xiàn)的 *拍攝至少一個另外的第三三維圖像，*根據(jù)以下條件來確定所述加工工具(32)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實際位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)-由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向， -所述另外的第三三維圖像，和 -所述第三特征(33)的已知情況，*計算在所述第三物體(3 的實際位置和所述第三最終位置之間的位置差， *在考慮所述第三補償變量的情況下根據(jù)以下條件來計算所述第三工業(yè)機器人(31) 的一個新的理論位置-所述第三工業(yè)機器人(31)的實際位置，和-與所述位置差關(guān)聯(lián)的變量，所述變量尤其由所述位置差乘以小于或等于1的系數(shù)構(gòu)成，*將所述第三工業(yè)機器人(31)調(diào)整移動到所述新的理論位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其中， 基本上根據(jù)可由電子數(shù)據(jù)處理器處理的模型來掌握所述特征(13 ；23 ；33)， 借助在電子數(shù)據(jù)處理器上執(zhí)行的圖像處理，這些特征(13 ；23 ；33)在所述模型中和/ 或在拍攝圖像中被識別，并且來自所述模型的這些特征(13 ；23 ；33)和來自所述拍攝圖像的特征(13 ；23 ；33)被相互對應(yīng)起來， 所述物體(12 ；22 ；32)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置根據(jù)以下條件確定 *所拍攝的特征(13 ；23 ；33)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的被確定的位置，和 *所述被相互對應(yīng)的特征(13 ；23 ；33)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中， 確定出所拍攝的特征(13 ；23 ；33)彼此之間的相對位置，并且與根據(jù)所述模型基本上掌握的特征的相對位置進(jìn)行相互比較， 特別是當(dāng)超過了在根據(jù)所述模型基本上掌握的特征的相對位置與被拍攝的特征的相對位置之間的一個偏差時，發(fā)出錯誤警報， 特別是當(dāng)發(fā)出所述錯誤警報時，用新的物體(12 ；22 ；32)換掉所述物體(12 ；22 ；32)，和 特別是，所述模型被調(diào)整適配于被檢測的物體(12 ；22 ；32)并且適配調(diào)整后的模型尤其確定在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的最終位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的方法，其中，所述三維圖像拍攝裝置(1)是如此構(gòu)成的 至少一個第一攝像機Oa)借助所述驅(qū)動單元(3)能夠分別繞關(guān)于所述空間坐標(biāo)系是水平的水平軸線(H)和豎直的豎軸線(V)來調(diào)整取向， 通過所述角度測量單元(4)分別測定在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的以所述豎軸線(V)為中心的水平角度取向(β)和以所述水平軸線(H)為中心的豎直角度取向(β)， 尤其是所述水平的水平軸線(H)和所述豎直的豎軸線(V)基本上相交。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中， 所述第一攝像機Oa)被構(gòu)成為范圍成像攝像機，用以直接拍攝三維圖像，所述三維圖像由分別被指定了深度信息的多個圖像點組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中， 所述三維圖像拍攝裝置(1)具有光電測距儀(5)，并且 所述三維圖像通過如下方式產(chǎn)生*借助所述光電測距儀( 對所述物體(12,22,3 的對應(yīng)于所述多個圖像點的部分進(jìn)行至少一次光學(xué)深度測量來掌握深度信息，和*將所述深度信息與所述多個圖像點對應(yīng)起來， 其中，所述光電測距儀( 尤其是 被構(gòu)成為點掃描儀，借助所述點掃描儀通過順次掃描來檢測深度信息，在此，至少一個點狀測量光逐點地光學(xué)掃描所述物體(12,22,3 的對應(yīng)于所述視界(8)的表面，或者， 被構(gòu)成為線掃描器，借助所述線掃描器通過并行掃描來檢測深度信息，在此，至少一條線狀測量光逐行地光學(xué)掃描所述物體(12,22,3 的對應(yīng)于所述視界(8)的表面，或者， 被構(gòu)成為面深度測量儀，借助所述面深度測量儀通過全并行掃描來檢測深度信息，在此，尤其通過由多個測量光構(gòu)成的光束所形成的至少一個面狀測量光以面的方式光學(xué)掃描所述物體(12，22，3 的對應(yīng)于所述視界(8)的表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中， 所述三維圖像拍攝裝置(1) 具有第二攝像機(2b)，所述第二攝像機如此與所述第一攝影機Qa)耦聯(lián)，并如此相對所述第一攝影機Oa)間隔設(shè)置，即，這些攝像機0a，2b)的至少部分交疊的視界在其重疊區(qū)域內(nèi)構(gòu)成所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)， 在所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)內(nèi)的所述三維圖像是根據(jù)這些攝像機Ca， 2b)的相對視角的已知情況借助圖像處理來產(chǎn)生的。
19.一種利用工業(yè)機器人將至少一個物體以高精度定位到空間最終位置上的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有 第一工業(yè)機器人(11)，其能夠被調(diào)整移動到可預(yù)定的位置處， 光學(xué)三維圖像拍攝裝置(1)，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置在三維空間坐標(biāo)系中被校準(zhǔn)并且按照已知取向定位在已知的位置⑵上，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置被構(gòu)造用于在規(guī)定的視界(8)內(nèi)電子拍攝三維圖像，其中所述三維圖像分別由多個圖像點組成，所述多個圖像點被分別指定了一個深度信息，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有驅(qū)動單元(3)，用以按照調(diào)整所述視界(8)的方式調(diào)整所述三維圖像拍攝裝置(1)的取向，*所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置具有在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)被校準(zhǔn)的角度測量單元G)， 所述角度測量單元(4)用于高精度測量所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向，從而能夠在所述空間坐標(biāo)系中確定所述視界(8)， 控制裝置(9)，所述控制裝置具有被構(gòu)造用于圖像處理的數(shù)據(jù)處理器， 其中，所述控制裝置(9)如此與所述第一工業(yè)機器人(11)和所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置⑴數(shù)據(jù)連接 給所述控制裝置(9)提供由所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置⑴拍攝下的三維圖像， 給所述控制裝置(9)提供由所述角度測量單元(4)測定的所述三維圖像拍攝裝置(1) 的角度取向， 借助所述控制裝置(9)來控制所述驅(qū)動單元(3)，以調(diào)整所述三維圖像拍攝裝置(1) 的取向，和 所述第一工業(yè)機器人(11)被調(diào)整移動到由所述控制裝置(9)預(yù)定的位置處， 其中，所述控制裝置(9)及其數(shù)據(jù)處理器是如此構(gòu)成的，即， 第一物體(1 具有所述控制裝置(9)已知道的可光學(xué)測量的第一特征(13)，所述第一物體(1 在抓取誤差內(nèi)被所述第一工業(yè)機器人(11)抓取和保持， 由所述控制裝置(9)給所述第一工業(yè)機器人(11)確定這樣的補償抓取誤差的第一補償變量，使得所述第一物體(1 在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)能夠通過預(yù)定所述第一工業(yè)機器人(11)的位置被補償調(diào)整，其中，利用所述控制裝置(9)通過以下步驟來確定所述第一補償變量*借助所述驅(qū)動單元( 使得所述三維圖像拍攝裝置(1)的視界(8)對準(zhǔn)被保持在所述第一工業(yè)機器人(11)的第一補償位置上的第一物體(12)的第一特征(1 的至少一部分，*拍攝至少一個第一三維圖像，*根據(jù)以下條件確定在所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置上的所述第一物體(12)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-由所述角度測量單元(4)所測定的所述三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、 -所述第一三維圖像、和-在所述第一物體(1 上的所述第一特征(1 的已知情況， *通過考慮以下條件來確定所述第一補償變量 -所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置，和-在所述第一工業(yè)機器人(11)的所述第一補償位置上的所述第一物體(1 的至少被確定的位置， 所述第一物體(1 通過所述控制裝置(9)被高精度調(diào)整移動到第一最終位置，這通過直至在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)所述第一最終位置之前重復(fù)進(jìn)行的以下步驟實現(xiàn) *拍攝至少一個另外的第一三維圖像，*根據(jù)以下條件確定所述第一物體(12)的在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實際位置 -所述三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、-所述三維圖像拍攝裝置(1)的由所述角度測量單元(4)測定的角度取向， -所述另外的第一三維圖像、和-在所述第一物體(1 上的所述第一特征(1 的已知情況， *計算在所述第一物體(1 的實際位置和所述第一最終位置之間的位置差， *在考慮所述第一補償變量情況下根據(jù)以下條件計算所述第一工業(yè)機器人(11)的一個新的理論位置-所述第一工業(yè)機器人(11)的實際位置，和-與所述位置差關(guān)聯(lián)的變量，所述變量尤其所述位置差由乘以小于或等于1的系數(shù)構(gòu)成，*調(diào)整所述第一工業(yè)機器人(11)到所述新的理論位置，尤其是其中，所述控制裝置(9)被構(gòu)造用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至17之一所述的方法。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)三維圖像拍攝裝置(1)是如此構(gòu)成的 至少一個第一攝像機Oa)借助所述驅(qū)動單元(3)能夠分別圍繞一個關(guān)于所述空間坐標(biāo)系是水平的水平軸線(H)和一個豎直的豎軸線(V)被調(diào)整取向， 通過所述角度測量單元(4)分別測定在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的以所述豎軸線(V)為中心的水平角度取向(α)和以所述水平軸線(H)為中心的豎直角度取向(β)， 尤其是所述水平的水平軸線(H)和所述豎直的豎軸線(V)基本上相交。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中， 所述第一攝像機Oa)被構(gòu)成為范圍成像攝像機，用以直接拍攝三維圖像，所述三維圖像由分別被指定有深度信息的多個圖像點組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中， 所述三維圖像拍攝裝置⑴具有光電測距儀(5)， 所述控制裝置(9)及其數(shù)據(jù)處理器和/或所述三維圖像拍攝裝置如此構(gòu)成，以便通過下述方式產(chǎn)生三維圖像*通過所述光電測距儀( 對所述物體(12,22,3 的對應(yīng)于所述多個圖像點的部分進(jìn)行至少一次光學(xué)深度測量來掌握所述深度信息，和 *將所述深度信息與所述多個圖像點對應(yīng)起來， 其中，所述光電測距儀( 尤其是 被構(gòu)造為點掃描儀，借助所述點掃描儀通過順次掃描來檢測深度信息，在此，至少一個點狀測量光逐點地光學(xué)掃描所述物體(12,22,3 的對應(yīng)于所述視界(8)的表面，或者， 被構(gòu)造為線掃描器，借助所述線掃描器通過并行掃描來檢測深度信息，在這里，至少一條線狀測量光逐行地光學(xué)掃描所述物體(12,22,3 的對應(yīng)于所述視界(8)的表面，或者， 被構(gòu)造為面深度測量儀，借助所述面深度測量儀通過全并行掃描來檢測深度信息，在此，尤其由多個測量光構(gòu)成的光束所形成的至少一個面狀測量光以面的方式光學(xué)掃描所述物體(12，22，32)的對應(yīng)于所述視界(8)的表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及至少一個物體以高精度定位到空間內(nèi)的最終位置的方法和系統(tǒng)。物體(12)在抓取誤差內(nèi)被工業(yè)機器人(11)抓取和保持。確定用于工業(yè)機器人(11)的、修正抓取誤差的補償變量。物體(12)通過在直至在預(yù)定誤差內(nèi)到達(dá)最終位置前重復(fù)的以下步驟，被高精度調(diào)整移動到最終位置利用三維圖像拍攝裝置(1)拍攝三維圖像。由三維圖像拍攝裝置(1)的位置(P)、由角度測量單元(4)測定的三維圖像拍攝裝置(1)的角度取向、三維圖像和在物體(12)上的特征(13)的已知情況確定空間坐標(biāo)系內(nèi)的物體(12)實際位置。計算物體(12)實際位置和最終位置之間的位置差。在考慮補償變量的情況下由工業(yè)機器人(11)實際位置和與位置差關(guān)聯(lián)的變量來計算工業(yè)機器人(11)的新的理論位置。調(diào)整工業(yè)機器人(11)到新的理論位置。
文檔編號B25J9/16GK102448679SQ201080023382
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者伯恩哈德·麥茨勒, 克努特·西爾克斯, 波·佩特爾松, 貝亞特·埃比舍爾, 貝恩德·瓦爾澤 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司