用于確定機(jī)械部件位置的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定第一機(jī)械部件(10)和第二機(jī)械部件(12)的彼此相對(duì)位置的裝置，具有用于安裝在第一機(jī)械部件上的第一測(cè)量單元(14)、用于安裝在第二機(jī)械部件上的第二測(cè)量單元(18)以及分析單元(22)，第一測(cè)量單元具有用于產(chǎn)生至少一個(gè)光線束(28,30)的機(jī)構(gòu)(24)、用于散射照中散射面的光(WV,PV)的散射面(34)和用于拍攝散射面(34)的圖像的照相機(jī)(36)，第二測(cè)量單元具有在這些測(cè)量單元安裝在各機(jī)械部件上時(shí)朝向第一測(cè)量單元以將光線束(28',28")反射到該散射面上的反射器組件(38)，該分析單元被構(gòu)造成從照相機(jī)所提供的圖像數(shù)據(jù)來確定該反射器組件所反射的光線束在散射面上的照中位置并由此確定第一機(jī)械部件和第二機(jī)械部件的彼此相對(duì)位置。
【專利說明】用于確定機(jī)械部件位置的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于確定第一機(jī)械部件和第二機(jī)械部件的彼此相對(duì)位置的裝置，具有 用于安置到第一機(jī)械部件上的第一測(cè)量單元、用于安置到第二機(jī)械部件上的第二測(cè)量單元 以及分析單元。這樣的裝置例如可被構(gòu)造用于確定兩個(gè)軸相互對(duì)準(zhǔn)。

【背景技術(shù)】
[0002] -般，在這樣的校準(zhǔn)檢測(cè)裝置中，兩個(gè)測(cè)量單元中的至少一個(gè)具有用于產(chǎn)生光線 的光源，該光線在另一測(cè)量單元上的一個(gè)或者多個(gè)探測(cè)器上或在帶光源的測(cè)量單元上的探 測(cè)器上的照中點(diǎn)被確定，在后者情形中，另一測(cè)量單元反射所述光線。通常，為確定多個(gè)軸 相互對(duì)準(zhǔn)，在多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角位確定光線照中點(diǎn)位置，為此，使這些測(cè)量單元沿所述軸的周面移 動(dòng)，或者使這些軸連同安裝在周面上的測(cè)量單元一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0003] DE3320163A1和DE3911307A1描述了一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量單元發(fā) 出光線，該光線從第二測(cè)量單元的反射棱鏡反射到第一測(cè)量單元的光學(xué)探測(cè)器上。
[0004] DE3335336A1描述了一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元均 發(fā)出光線并且均具有光學(xué)探測(cè)器，在這里，分別使光線被引導(dǎo)向另一測(cè)量單元的探測(cè)器。 [0005] 按照此原理工作的軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置也在US6, 873, 931B1中有描述，其中，兩個(gè)測(cè) 量單元均配備有兩個(gè)雙軸加速度傳感器用于自動(dòng)測(cè)量軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0006] 從DE3814466A1中知道一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量單元發(fā)出光線，該光 線照中第二測(cè)量單元的沿軸向前后布置的兩個(gè)光學(xué)探測(cè)器。
[0007] 從W003/067187A1中知道一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量單元發(fā)出扇形光 線，其照中第二測(cè)量單元的沿軸向前后布置的兩個(gè)光學(xué)探測(cè)器。
[0008] 從W000/28275A1中知道一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，兩個(gè)測(cè)量單元分別安裝到兩 個(gè)軸的正面，其中第一測(cè)量單元發(fā)出扇形光線，其側(cè)向照中布置在第二測(cè)量裝置的一個(gè)平 面內(nèi)的三個(gè)標(biāo)記針。
[0009] EP0962746A2描述了一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一單元具有用于發(fā)出第一顏色 光線的光源、分光器和色敏CCD探測(cè)器，而第二單元具有用于發(fā)出第二顏色光線的光源和 顏色分離器（選色分光器），該顏色分離器反射第一顏色且傳輸?shù)诙伾渲袕牡谝粏卧?處觀察，第二單元的光源布置在顏色分離器之后，從第二單元處觀察，第一單元的光源布置 在分光器之后。第一單元發(fā)出的光線首先穿過第一單元的分光器，接著在第二單元的顏色 分離器上反射，被反射的光線又在第一單元的分光器上反射而到達(dá)探測(cè)器。來自第二單元 的光線首先穿過第二單元的顏色分離器并且由第一單元的分光器反射到探測(cè)器上。
[0010] EP2093537A1描述了一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量單元發(fā)出扇狀發(fā)散光 線，其照中第二測(cè)量單元的兩個(gè)光學(xué)條紋探測(cè)器，它們側(cè)向間隔且相互平行布置，其中探測(cè) 器的長度方向垂直于光線的扇形平面布置。
[0011] 對(duì)于在此所述的所有軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，都是確定并分析光線在探測(cè)器表面的照中 點(diǎn)。
[0012] 從DE4041723A1中知道一種用于確定測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)位置以引導(dǎo)或控制鉆 機(jī)前進(jìn)的裝置，該裝置具有多個(gè)測(cè)量站，它們布置在鉆機(jī)內(nèi)或鉆頭上，每個(gè)測(cè)量站具有帶標(biāo) 記的照相機(jī)，每個(gè)照相機(jī)拍攝相鄰的照相機(jī)或測(cè)量站的標(biāo)記。
[0013] 從W02010/042039A1中知道一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，兩個(gè)測(cè)量單元中的每一 個(gè)配備有安置在殼體內(nèi)的照相機(jī)，其中朝向另一單元的殼體側(cè)面配設(shè)有光圖，其被對(duì)置的 照相機(jī)拍攝。配設(shè)有光圖的殼體側(cè)面均配備有開口，對(duì)置的圖形經(jīng)該開口被成像。在一個(gè) 替代設(shè)計(jì)中，兩個(gè)單元中只有一個(gè)單元配設(shè)有照相機(jī)，但沒有圖形，而另一單元不具有照相 機(jī)，但配設(shè)有立體圖形。
[0014] 在EP1211480A2中描述了一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量單元配備有光源， 其發(fā)出光線到第二測(cè)量單元，第二測(cè)量單元配設(shè)有毛玻璃，毛玻璃的背對(duì)第一測(cè)量單元的 一側(cè)通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件被成像到也構(gòu)成第二測(cè)量單元一部分的圖像探測(cè)器上。
[0015] 在DE10143812A1和DE10117390A1中描述了一種軸校準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中，第一測(cè)量 單元具有用于產(chǎn)生扇狀發(fā)散光線的光源，對(duì)置的第二測(cè)量單元具有包括背側(cè)毛玻璃的局部 反射光學(xué)系統(tǒng)以及照相機(jī)，該照相機(jī)拍攝背對(duì)第一測(cè)量單元的毛玻璃側(cè)，利用了直接來自 光源的光線的主光斑和由第二測(cè)量單元的局部反射光學(xué)系統(tǒng)和在第一測(cè)量單元的正面的 反射器所反射的光線的副光斑。
[0016] 用于機(jī)器測(cè)量的帶照相機(jī)的激光接收器可以商品名LaserTrac從德國的Wente CamSorik 公司（38108Braunschweig)得到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于確定兩個(gè)機(jī)械部件的彼此相對(duì)位置的裝置，特別是 用于軸校準(zhǔn)測(cè)量，該裝置的設(shè)計(jì)非常簡單、靈活且成本低廉。本發(fā)明的又一個(gè)任務(wù)是提供一 種相應(yīng)的方法。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求4的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求 14的方法來完成。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中有利的是，通過使用照相機(jī)和在照相機(jī)上成像的散射 面，而不是使用反射光線束所直接照中的光學(xué)探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)一種非常簡單靈活的系統(tǒng)。 尤其是，作為照相機(jī)可使用為最終用戶設(shè)計(jì)的批量生產(chǎn)產(chǎn)品，例如像照相機(jī)或智能手機(jī)，其 能以相當(dāng)?shù)偷某杀緛慝@得，或者使用者因其它原因而本來就已擁有。
[0020] 該裝置優(yōu)選被設(shè)計(jì)成使照相機(jī)指向散射面的朝向反射器組件的一側(cè)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，照相機(jī)能相對(duì)于所述兩個(gè)測(cè)量單元自由移動(dòng)并能以 徒手形式使用，例如以便將散射面成像到照相機(jī)上。根據(jù)一個(gè)替代實(shí)施方式，照相機(jī)可作為 測(cè)量單元的一部分構(gòu)成，其也具有用于產(chǎn)生光線束的機(jī)構(gòu)，或者它可以被安裝至該測(cè)量單 元上。
[0022] 由從屬權(quán)利要求得到了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 以下將結(jié)合附圖來更詳盡地解釋本發(fā)明，其中：
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的位置確定裝置的第一例子的輕微側(cè)向透視圖；
[0025] 圖2是圖1的裝置的散射面的前視圖；
[0026] 圖3是配設(shè)有散射面的圖1的裝置的測(cè)量單元在使用時(shí)的透視圖；
[0027] 圖4是位置確定裝置的另一實(shí)施例的示意側(cè)視圖；和
[0028] 圖5是表示截線定理如何可被用于修正在照相機(jī)上的散射面圖像的透視失真的 不意圖；和
[0029] 圖6不出了具有四個(gè)QR碼的散射面的例子。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖1-3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定機(jī)器（未示出）的第一軸10和機(jī)器（未示 出）的第二軸12相互對(duì)準(zhǔn)的裝置的第一例子。該裝置包括具有用于安裝在第一軸10周面 上的部件16的第一測(cè)量單元14以及具有用于安裝在第二軸12周面上的部件20的第二測(cè) 量單元18。
[0031] 兩個(gè)軸10、12相對(duì)于基準(zhǔn)軸線26盡量對(duì)齊地前后相繼布置，其中具有這兩個(gè)測(cè)量 單元14和18的裝置用于確定相對(duì)于基準(zhǔn)軸線26的或彼此相對(duì)的任何角度偏差和/或平 行偏差。一般，該裝置還包括用于顯示關(guān)于角度偏差或平行偏差的結(jié)果的機(jī)構(gòu)（附圖未示 出）。
[0032] 第一測(cè)量單元14包括用于產(chǎn)生光線束28的光源24、用于準(zhǔn)直光線束28的準(zhǔn)直器 (未示出）、散射面34和拍攝散射面34照片的照相機(jī)36。
[0033] 照相機(jī)36具有光學(xué)元件35用于將散射面34成像到照相機(jī)傳感器（未示出）上。 照相機(jī)36能以側(cè)向角度傾斜安裝到散射面34,例如不阻礙在第二測(cè)量單元18上發(fā)出的光 線至少在散射面34的中央?yún)^(qū)域內(nèi)照中。
[0034] 當(dāng)這兩個(gè)測(cè)量單元14、18位于測(cè)量位置時(shí)，散射面34朝向第二測(cè)量單元18。例如 當(dāng)從第二測(cè)量單元18觀察時(shí)，光源24可布置在散射面34的后面，光線束28可照射穿過散 射面34上的相應(yīng)開口。
[0035] 第二測(cè)量單元18具有反射器組件38,該反射器組件具有朝向第一測(cè)量單元14的 正面40、第一背面42以及第二背面44,在背面42、44之間形成一定角度，通常是彼此相對(duì) 成直角布置，從而在它們之間形成頂邊46。在所示例子中，反射器組件被設(shè)計(jì)成所謂的普羅 棱鏡（也被稱作"屋頂棱鏡"）棱鏡的兩個(gè)平行側(cè)表面由等邊直角三角形構(gòu)成，這兩個(gè)平行 側(cè)表面通過垂直于三角形表面的邊界面連接。頂邊46與軸10、12的周面大致相切。
[0036] 正面40作為光線束28的部分反射面來構(gòu)成，光線束的第一部分28'被正面40朝 散射面34的方向反射，而光線束28的第二部分28"朝著第一背面42的方向透過正面40， 以在第一背面42上朝向第二背面44反射并從第二背面44朝著散射面34的方向穿過正面 40。
[0037] 在圖1和圖2的例子中，散射面34上的光線束28'或28"的照中點(diǎn)（即光斑）分 別標(biāo)記為WV或PV。優(yōu)選地，正面40對(duì)光線束28的反射性被如此選定，兩個(gè)被反射的光線 束28'和28"的強(qiáng)度是不同的，由此，在散射面34上的兩個(gè)照中點(diǎn)WV和PV可區(qū)分。
[0038] 根據(jù)一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例，圖1和圖2的布置可配設(shè)有光源24,除了第一光線束28 夕卜，光源24還可發(fā)出第二光線束30(圖1以虛線示出），這兩束光線束28、30大致沿相同 方向但以不同光譜發(fā)出（例如光源24可被設(shè)計(jì)為雙波激光二極管，其在在紅光范圍內(nèi)發(fā)出 約660nm的光線束并在紅外范圍內(nèi)發(fā)出約780nm的光線束；或者，光源24還可具有兩個(gè)不 同顏色的激光二極管）。
[0039] 在這種情況下，反射器組件38的正面40以顏色分離器形式構(gòu)成，在此，其例如被 構(gòu)造成對(duì)第一光線束28的反射比對(duì)第二光線束30更強(qiáng)，相應(yīng)地對(duì)第二光線束30的透射 比對(duì)第一光線束28更強(qiáng)。在由正面40透射并經(jīng)兩個(gè)背面42、44反射后，在圖1中標(biāo)記為 28''的被反射的光線束就對(duì)應(yīng)于第二光線束30。在圖1中標(biāo)記為28'的光線束則對(duì)應(yīng)于 在正面40反射的第一光線束28。
[0040] 通過這種方式，兩個(gè)照中點(diǎn)WV和PV通過其光譜組成來區(qū)分并可通過顏色感應(yīng)照 相機(jī)36被輕松區(qū)分開。
[0041] 在圖1和圖2所示的布置中，在正面40所反射的光線束28'的照中點(diǎn)WV是兩個(gè) 軸10、12的角度偏差的尺度，在兩個(gè)背面42、44所反射的光線束28"的照中點(diǎn)PV是兩個(gè)軸 10、12的平行偏差的尺度。
[0042] 在散射面34的后面（從第二測(cè)量單元18觀察），第一測(cè)量單元14具有殼體32， 殼體內(nèi)裝有光源24和相關(guān)電路。光源24最好被隨機(jī)脈沖化以盡量減小振蕩敏感性。另 夕卜，殼體32內(nèi)裝有用于光源24的電源（干電池或蓄電池），還有合適的電源控制電路。總 體上，殼體32不應(yīng)比通常設(shè)置用于連接至安裝部件16的定位桿（圖1未示出）厚許多。
[0043] 第一測(cè)量單元14最好具有傾斜儀用于確定第一測(cè)量單元14的傾斜角度和進(jìn)而配 備有第一測(cè)量單元14的軸10的轉(zhuǎn)動(dòng)角位。這種帶有顯示器33的傾斜儀31可被集成在殼 體32內(nèi)，例如見圖1和圖2。在這種情況下，傾斜儀31例如能以MEMS傾斜儀的形式構(gòu)成。
[0044] 最好如此構(gòu)成第一測(cè)量單元14,光線束28、30在沒有中間接設(shè)反射元件情況下被 直接引導(dǎo)至第二測(cè)量單元18的反射器組件38, S卩，在光源24和反射器組件38之間未設(shè)有 反射元件。
[0045] 根據(jù)圖2,散射面34配設(shè)有測(cè)量標(biāo)記50,測(cè)量標(biāo)記例如能以十字形式構(gòu)成以幫助 照相機(jī)36所拍攝的散射面34圖像的分析。為了在昏暗環(huán)境下也能看到所述標(biāo)記50,可在 照相機(jī)36上設(shè)置外光源例如LED23?；蛘?，可以設(shè)置散射面34的背光25。在這種情況下， 帶有適當(dāng)切口的金屬箔可被粘接到毛玻璃面（由玻璃或塑料制造）上，其中漫射白光經(jīng)殼 體32被稱合輸入。
[0046] 散射面34最好基本呈平面狀構(gòu)成。根據(jù)圖1和圖3,照相機(jī)36可相對(duì)于散射面 34側(cè)移和傾轉(zhuǎn)地布置。在這種情況下，照相機(jī)36也可安裝在例如安裝部件16 (它例如可以 是鏈條張緊器）下方。照相機(jī)36此時(shí)如此取向，它在照相機(jī)傳感器上盡量完整地成像該散 射面34,但未遮擋光線束28'、28''。在這種情況下也可設(shè)置散射光闌（未示出），其也可被 有利地用于照相機(jī)36和散射面34的機(jī)械穩(wěn)定化。
[0047] 照相機(jī)36例如可以呈緊湊照相機(jī)或智能手機(jī)或移動(dòng)電話相機(jī)形式構(gòu)成。光學(xué)元 件35最好是固定鏡頭，因?yàn)檫@樣的鏡頭比變焦鏡頭更穩(wěn)定。優(yōu)選地，照相機(jī)傳感器的分辨 率至少是8兆像素。該照相機(jī)優(yōu)選在低倍狀態(tài)下工作。
[0048] 就照相機(jī)呈智能手機(jī)形式而言，智能手機(jī)的顯示器可被有利地用作圖形用戶界面 (GUI)。其它情況下，這類的其它裝置例如像智能手機(jī)或平板電腦還可被用于用戶控制。在 這種情況下也可使用例如利用耳機(jī)或預(yù)期在2013年出現(xiàn)的"Google Glass"的聲控裝置。 [0049] 對(duì)照相機(jī)所拍攝的圖像的分析可如下進(jìn)行：分析目標(biāo)是要分別確定被反射的光線 束28'、28' '的照中點(diǎn)BV、PV的各自中心點(diǎn)坐標(biāo)。在此過程中，拍攝圖像被初始修正，S卩，由 照相機(jī)36的側(cè)傾轉(zhuǎn)布置所造成的光學(xué)系統(tǒng)的透視失真和任何失真將會(huì)被補(bǔ)償。這例如可 基于測(cè)量標(biāo)記50實(shí)現(xiàn)，該測(cè)量標(biāo)記的"全球坐標(biāo)"是準(zhǔn)確已知的。光線束28'、28''的照中 點(diǎn)可基于顏色與背景區(qū)分開，從而用于中心點(diǎn)確定的區(qū)域是有限的。隨即進(jìn)行借助重心評(píng) 估的中心點(diǎn)確定。因?yàn)闇y(cè)量標(biāo)記50的全球坐標(biāo)是準(zhǔn)確已知的，故可以計(jì)算像素坐標(biāo)，從而 能在全球坐標(biāo)中確定光線束的照中點(diǎn)WV和PV的中心點(diǎn)。
[0050] 另一種可能性是使用截線定理來計(jì)算照中點(diǎn)坐標(biāo)，如在圖5中針對(duì)照中點(diǎn)PV示意 所示的那樣。在這種情況下利用水平逃逸點(diǎn)VPH和堅(jiān)向逃逸點(diǎn)VPV。
[0051] 也可以確定光線束照中點(diǎn)PV和WV的平均直徑并用其來評(píng)估光源和反射器組件之 間的即第一測(cè)量單元14和第二測(cè)量單元18之間的距離。
[0052] 就第一測(cè)量單元14具有用于由傾斜儀31測(cè)量的傾斜角度的顯示器33而言，照相 機(jī)36最好配備有光學(xué)字符識(shí)別（OCR)功能以掌握該角度值；或者，可以通過例如藍(lán)牙鏈接 將該角度值直接傳輸給照相機(jī)36。
[0053] 就照相機(jī)36呈智能手機(jī)形式而言，通常集成在智能手機(jī)中的傾斜儀29也可被用 于確定傾斜角度。
[0054] 在分析照相機(jī)拍攝的圖像的過程中，還可以修正系統(tǒng)失真，例如由像棱鏡邊緣46 引起的系統(tǒng)失真。
[0055] 可以在用22示意標(biāo)示的分析單元內(nèi)進(jìn)行圖像分析，該分析單元可構(gòu)成照相機(jī)的 一部分，尤其當(dāng)牽涉到智能手機(jī)時(shí)，其本來就由廠方配備有相對(duì)高的計(jì)算能力。
[0056] 開始測(cè)量前，這兩個(gè)測(cè)量單元14、18最初被彼此相對(duì)調(diào)節(jié)，從而光線束28'、28'' 大致照中散射面34的中心。為此目的，第二測(cè)量單元18例如可以配設(shè)有用于相對(duì)于該軸 12徑向移動(dòng)第二測(cè)量單元18位置的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（未示出）和用于相對(duì)于軸12的徑向傾 轉(zhuǎn)第二測(cè)量單元18的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及圍繞徑向調(diào)節(jié)第二測(cè)量單元18的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0057] 在這兩個(gè)測(cè)量單元14、18的彼此相對(duì)調(diào)節(jié)完成后，當(dāng)使這兩個(gè)軸10和12連同安 裝在其上的測(cè)量單元14、18圍繞軸線26轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，原則上可由被反射的光線束28'、28''的 照中位置表明這兩個(gè)軸1〇、12的彼此相對(duì)失準(zhǔn)，其中，各照中點(diǎn)的走向根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度（其又 可通過傾斜儀功能來定）而定并且按照已知方式加以分析，以確定所述軸10、12的堅(jiān)向偏 差、水平偏差和角度偏差（這種方法例如在DE3911307A1中針對(duì)單個(gè)光線束進(jìn)行了描述）。
[0058] 如果反射器組件38呈三棱鏡狀構(gòu)成，在背面42、44反射的光線束28"的照中點(diǎn)顯 示兩個(gè)方向上的平行偏差。
[0059] 在失準(zhǔn)確定后，在特定角位進(jìn)行軸10、12的調(diào)節(jié)，此時(shí)在軸調(diào)節(jié)過程中進(jìn)行測(cè)量 以確定何時(shí)最佳修正失準(zhǔn)。這樣的方法還例如在DE3911307A1有所描述。
[0060] 當(dāng)使用三棱鏡時(shí)，軸的調(diào)整可在例如兩個(gè)測(cè)量單元14、18的"12點(diǎn)鐘"位置進(jìn)行。 當(dāng)使用普羅棱鏡（也被稱作屋頂棱鏡）時(shí)，調(diào)整可在例如3點(diǎn)鐘位置或9點(diǎn)鐘位置進(jìn)行。
[0061] 一般，在校準(zhǔn)測(cè)量過程中和在軸調(diào)節(jié)過程中，照相機(jī)以相對(duì)高的速度連續(xù)拍攝散 射面34的圖像并加以分析，此時(shí)例如可以每秒產(chǎn)生并處理五幅圖像。就該照相機(jī)是智能手 機(jī)而言，圖像的拍攝和分析例如能以適當(dāng)?shù)膽?yīng)用程序形式實(shí)現(xiàn)。
[0062] 作為連拍圖像的替代，圖像拍攝方式也是可選的，從而例如圖像拍攝依據(jù)當(dāng)前的 傾斜角度，例如無論何時(shí)都以特定增量如Γ改變角度。
[0063] 該校準(zhǔn)裝置能可選地包括藍(lán)牙耳機(jī)，其由執(zhí)行軸調(diào)節(jié)的操作者在調(diào)節(jié)過程中佩戴 并用于無線接收由呈智能手機(jī)形式的照相機(jī)36的分析單元22所確定的當(dāng)前偏差值，以便 可聽見地呈現(xiàn)給執(zhí)行軸調(diào)節(jié)的人員。這就在調(diào)節(jié)過程中操作者一般難以看到智能手機(jī)36 的顯示而言是有利的。在這種情況下也可使用耳機(jī)以便使用藍(lán)牙鏈接用于智能手機(jī)36的 聲控。
[0064] 或者，第二智能手機(jī)或平板電腦可被操作者用來通過藍(lán)牙鏈接（例如通過VNC)而 以能被操作者更好理解的方式呈現(xiàn)作為照相機(jī)的智能手機(jī)36的顯示，此時(shí)也可通過該第 二智能手機(jī)或平板電腦借助觸屏顯示器來控制智能手機(jī)36,也見W097/36146。
[0065] 一般，成像表面的尺寸約為40X40mm，在此情況下，當(dāng)照相機(jī)分辨率是8兆像素 (對(duì)應(yīng)于約2500像素的堅(jiān)向分辨率）時(shí)，一個(gè)像素對(duì)應(yīng)于約20 μ m。當(dāng)例如使用具有16兆 像素的緊湊型照相機(jī)時(shí)，可獲得約7 μ m的分辨率。
[0066] 原則上也可使用具有特殊光學(xué)元件的照相機(jī)，或者在智能手機(jī)情況下可使用中間 放大鏡。待成像的散射面34尺寸也可被縮小到例如20X20mm到30X30mm。
[0067] 在這種情況下，原則上可以想到照相機(jī)圖像被無線傳輸（例如通過WLAN)給例如 移動(dòng)平臺(tái)。在此例如可以使用專用SD卡。
[0068] 根據(jù)圖1-3的實(shí)施方式的改動(dòng)方式，照相機(jī)36能以自由照相機(jī)形式構(gòu)成，其可相 對(duì)于這兩個(gè)測(cè)量單元14、18自由移動(dòng)并被操作者手持以拍攝散射面34的照片，例如或者安 裝在三腳架上。在這種情況下，照相機(jī)可在低倍狀態(tài)工作并在拍攝照片時(shí)大致安裝在散射 面34附近，或者在這樣做是不可能的或不希望的情況下，照相機(jī)以手機(jī)鏡頭工作，從而也 可在例如大于1米的距離下拍攝圖像。
[0069] 圖4示出圖1-3的實(shí)施例的另一改動(dòng)方式，其中，散射面134以毛玻璃形式構(gòu)成并 且使照相機(jī)36并不是像圖1-3中的實(shí)施例那樣拍攝散射面的朝向第二測(cè)量單元18的一 偵牝而是拍攝散射面134的背對(duì)第二測(cè)量單元18的一側(cè)。在此情形下，從第二測(cè)量單元18 看，照相機(jī)36布置在毛玻璃134的后面。在圖4所示的例子中，照相機(jī)36固定就位在第一 測(cè)量單元14的殼體32上。在商用智能手機(jī)的情形下，這將導(dǎo)致在照相機(jī)和毛玻璃之間的 最小距離為約50mm至60mm。如果照相機(jī)配設(shè)附加鏡頭（廣角或放大鏡），該距離會(huì)更短。
[0070] 在這里，移動(dòng)操作部件也可通過無線鏈接例如藍(lán)牙鏈接與照相機(jī)36通信。還是在 圖4的實(shí)施例情況下，可以使用散射光闌（未示出）。
[0071] 優(yōu)選在圖4的實(shí)施例情況下，光源24是雙色的并且正面40以如已結(jié)合圖1-3的 實(shí)施例所描述的顏色分離器形式來構(gòu)成。
[0072] 原則上，照相機(jī)可被結(jié)合至第一測(cè)量單元14,即使是在這樣的情況下，S卩，在拍攝 中照相機(jī)以如下方式被安裝到第一測(cè)量單元14上的固定位置，在已完成校準(zhǔn)測(cè)量和調(diào)整 之后，照相機(jī)可與第一測(cè)量單元14拆分開并被用在別處。這在照相機(jī)是智能手機(jī)情況下是 特別有利的。
[0073] 原則上，智能手機(jī)被用作照相機(jī)帶來了許多好處：因而，這樣的裝置就圖形用戶界 面的編程和設(shè)計(jì)而言是非常靈活且功能強(qiáng)大的；尤其可以實(shí)現(xiàn)姿勢(shì)識(shí)別、鍵盤漸顯和定位 這樣的事。另外，執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量的用戶能使用他本來就已基本熟悉其操作的裝置。而且， 智能手機(jī)提供許多界面，例如像那些也在維護(hù)數(shù)據(jù)庫中的界面。尤其在這種情況下可獲 得無線界面，其可被用于鏈接到另一移動(dòng)工作平臺(tái)、耳機(jī)（具有回聲和噪音抑制）、Google Glass、振動(dòng)帶等。另外，智能手機(jī)有時(shí)也可在不被用于校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)被正常使用。
[0074] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該散射面可配備有多個(gè)兩維光學(xué)碼如QR碼，其分散 在散射面上且一般呈格柵形式，其能被印在散射面上并用于關(guān)于散射面或配備有散射面的 測(cè)量單元的信息/數(shù)據(jù)的編碼，例如像測(cè)量單元的序列號(hào)，散射面在X和y方向上的尺寸 (例如單位mm)，與用于印刻散射面的打印機(jī)的精度或誤差相關(guān)的修正系數(shù)（例如在X和y 方向上的伸縮量），散射面的編碼數(shù)量，各編碼在格柵中的位置（行號(hào)和列號(hào)），以及各編碼 距散射面坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離（例如單位μ m)。在這種情況下，各獨(dú)立編碼例如可如此排列， 它們彼此相鄰以覆蓋整個(gè)散射面，例如參見圖6,在這里示出四個(gè)編碼60A、60B、60C、60D。 編碼的數(shù)量和分辨率應(yīng)對(duì)應(yīng)于打印機(jī)和照相機(jī)的分辨率被優(yōu)化。代替QR碼，原則上也可使 用其它的專用圖形碼。
[0075] 在散射面上設(shè)置圖形碼有以下優(yōu)點(diǎn)：整個(gè)反射器表面連同保護(hù)邊緣一起不需要被 拍照，這意味著方便了使用者。編碼可被重建以產(chǎn)生目標(biāo)圖像，從而可獲得足夠多的點(diǎn)用于 散射面圖像的線性化（內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)）?？梢越Y(jié)合某些標(biāo)記來識(shí)別散射面上的編碼?？?以獲得照中位置確定時(shí)的較高精度。散射面可以與被用于印刻散射面的打印機(jī)的精度相關(guān) 地被修正。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于確定第一機(jī)械部件（10)和第二機(jī)械部件（12)的彼此相對(duì)位置的裝置，具 有用于安裝在第一機(jī)械部件上的第一測(cè)量單元（14)、用于安裝在第二機(jī)械部件上的第二測(cè) 量單元（18)以及分析單元（22)，其中， 第一測(cè)量單元具有用于產(chǎn)生至少一個(gè)光線束（28, 30)的機(jī)構(gòu)（24)、用于散射照中散射 面的光（WV，PV)的散射面（34)、用于拍攝該散射面（34)的圖像的照相機(jī)（36)， 第二測(cè)量單元具有在這些測(cè)量單元安裝在各機(jī)械部件上時(shí)朝向第一測(cè)量單元以將光 線束（28'，28")反射到所述散射面上的反射器組件（38)，以及 該分析單元被構(gòu)造成從該照相機(jī)所提供的圖像數(shù)據(jù)來確定該反射器組件所反射的光 線束在該散射面上的照中位置并由此確定第一機(jī)械部件和第二機(jī)械部件的彼此相對(duì)位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述照相機(jī)（36)指向所述散射面（34)的朝 向所述反射器組件（38)的一側(cè)，或所述照相機(jī)（36)指向所述散射面（34)的朝向所述反射 器組件（38)的一側(cè)并且相對(duì)于該散射面（34)側(cè)向錯(cuò)開布置，或者所述照相機(jī)（36)指向所 述散射面（34)的朝向所述反射器組件（38)的一側(cè)并且相對(duì)于該散射面（34)側(cè)向錯(cuò)開且 傾轉(zhuǎn)布置，或所述散射面以毛玻璃（134)形式構(gòu)成并且使該照相機(jī)（36)指向該毛玻璃的背 對(duì)所述反射器組件的一側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征是，所述第一測(cè)量單元（14)具有用于該照 相機(jī)（36)的可分離固定的機(jī)構(gòu)（33)。
4. 一種用于確定第一機(jī)械部件（10)和第二機(jī)械部件（12)的彼此相對(duì)位置的裝置，具 有用于安裝在第一機(jī)械部件上的第一測(cè)量單元（14)、用于安裝在第二機(jī)械部件上的第二測(cè) 量單元（18)、照相機(jī)（36)以及分析單元（22)，其中， 第一測(cè)量單元具有用于產(chǎn)生至少一個(gè)光線束（28, 30)的機(jī)構(gòu)（24)、用于散射照中散射 面的光（WV，PV)的散射面（34)， 第二測(cè)量單元具有在這些測(cè)量單元安裝在各機(jī)械部件上時(shí)朝向第一測(cè)量單元以將光 線束反射到所述散射面上的反射器組件（38)， 所述照相機(jī)能相對(duì)于這兩個(gè)測(cè)量單元自由移動(dòng)并被構(gòu)造用于拍攝該散射面的圖像， 該分析單元被構(gòu)造成從該照相機(jī)所提供的圖像數(shù)據(jù)來確定該反射器組件所反射的光 線束（28'，28〃）在該散射面上的照中位置并由此確定第一機(jī)械部件和第二機(jī)械部件的彼 此相對(duì)位置。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征是，所述反射器組件（38)具有第一 背面（42)和第二背面（44)，所述第一背面和第二背面彼此相對(duì)成一定角度布置，從而將光 線束從所述第一背面反射到所述第二背面并從所述第二背面反射向所述散射面（34)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是，所述反射器組件（38)的第一背面（42)和 第二背面（44)彼此相對(duì)大致垂直，或者所述反射器組件（38)的第一背面（42)和第二背面 (44)彼此相對(duì)大致垂直且所述反射器組件（38)呈棱鏡、普羅棱鏡或三棱鏡形式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征是，所述反射器組件（38)的朝向所述第一 測(cè)量單元（14)的表面（40)被構(gòu)造成將光線束（28)的一部分反射到所述散射面上并將該 光線束的一部分透射向所述第一背面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其特征是，所述光線束是第一光線束（28)， 用于產(chǎn)生所述第一光線束的機(jī)構(gòu)還被構(gòu)造用于產(chǎn)生第二光線束（30)，所述兩個(gè)光線束大致 沿相同方向但以不同的光譜發(fā)出，所述反射器組件（38)的朝向所述第一測(cè)量單元的表面 (40)被構(gòu)造為顏色分離器，從而使其對(duì)第一光線束的反射比對(duì)第二光線束更強(qiáng)，對(duì)第二光 線束的透射比對(duì)第一光線束更強(qiáng)，其中所述反射器組件設(shè)有至少一個(gè)第一背面（42)以反 射透射過朝向所述第一測(cè)量單元的表面的第二光線束。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征是，第一機(jī)械部件是第一軸（10)且第二 機(jī)械部件是第二軸（12)，其中第一測(cè)量單元（14)被構(gòu)造成安裝在第一軸的周面上，而第二 測(cè)量單元（18)被構(gòu)造成安裝在第二軸的周面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征是，該分析單元（22)被構(gòu)造用于由在這些軸 (10, 12)的不同轉(zhuǎn)動(dòng)角位所拍攝的圖像數(shù)據(jù)來確定這些軸的角度偏差以及堅(jiān)向和水平偏 差。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6或10所述的裝置，其特征是，所述棱鏡（38)的頂邊（46)大致與所 述軸的周面相切地來取向。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征是，所述照相機(jī)包括具有固定焦距的鏡 頭（35)，和/或該分析單元（22)被構(gòu)造成與相對(duì)于散射面（34)的傾轉(zhuǎn)相關(guān)地校正由照相 機(jī)（36)提供的圖像數(shù)據(jù)，和/或所述第一測(cè)量單元（14)具有傾斜儀（27)，和/或所述照相 機(jī)（36)具有傾斜儀（29)，和/或第一測(cè)量單元（14)具有用于該散射面（34)的背光（25)， 所述照相機(jī)（36)具有用于散射面（34)的照明的機(jī)構(gòu)（23)和/或該照相機(jī)（36)呈智能手 機(jī)形式。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征是，該散射面（34)配設(shè)有多個(gè)測(cè)量標(biāo) 記（50)，和/或該散射面（34)配設(shè)有分散在該散射面上的多個(gè)圖形碼（60A，60B，60C，60D) 用于與該散射面和/或配設(shè)有該散射面的測(cè)量單元的數(shù)據(jù)相關(guān)的編碼。
14. 一種確定第一機(jī)械部件（10)和第二機(jī)械部件（12)的彼此相對(duì)位置的方法，其中， 將第一測(cè)量單元（14)安裝在第一機(jī)械部件上并將第二測(cè)量單元（18)安裝在第二機(jī)械 部件上， 通過第一測(cè)量單元產(chǎn)生光線束（28)， 所述光線束由所述第二測(cè)量單元的反射器組件（38)反射到所述第一測(cè)量單元的散射 面（134)上， 使能相對(duì)于這兩個(gè)測(cè)量單元自由移動(dòng)的照相機(jī)（36)就位并拍攝該散射面的至少一個(gè) 圖像，和 分析所述至少一個(gè)圖像以確定該反射器組件所反射的光線束在該散射面上的照中點(diǎn) (wv，PV)并由此確定第一機(jī)械部件和第二機(jī)械部件的彼此相對(duì)位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征是，使該照相機(jī)（36)指向該散射面（134)的 朝向反射器組件（38)的一側(cè)，和/或該散射面（134)以毛玻璃形式構(gòu)成并且使該照相機(jī) (36)指向該毛玻璃的背對(duì)該反射器組件（38)的一側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01B11/27GK104142132SQ201410188244
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月6日
【發(fā)明者】R·霍澤爾 申請(qǐng)人:普樂福尼克· 迪特· 布什股份公司