用于恶劣环境中的无线视觉系统和方法

用于恶劣环境中的无线视觉系统和方法
【专利摘要】本发明公开了用于恶劣环境中的无线视觉系统和方法，特别是用于恶劣环境的卡盘或主轴安装的无线视觉系统和方法。该视觉系统包括密封外壳。密封外壳包括工具夹持器接口以耦合到机器的卡盘或主轴。获得图像的光学系统被定位在所述密封外壳内，所述光学系统包括处理器、存储器和机器视觉软件以执行图像处理的至少一部分。无线通信模块可操作地耦合到光学系统，用于无线地通信图像数据。电源操作地耦合到所述光学系统和所述无线通信模块。
【专利说明】用于恶劣环境中的无线视觉系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年9月10日提交的、标题为“wireless vis1n system foruse by CNC Machines”、序列号为61/875，774的美国临时专利申请的权益。本申请还要求于 2013 年 11 月 4 日提交的、标题为 “wireless vis1n for use by CNC Machines”、序例号为61/899，684的美国临时专利申请的权益，这两者在此通过引用并入本文中。
[0003]关于联邦资助研究或开发的声明
[0004]不适用。

【背景技术】
[0005]本技术涉及无线视觉系统，并且更具体地，涉及用于在恶劣环境中的无线视觉系统。
[0006]计算机数字控制(CNC)机器是众所周知的并用于基本上使组件或部件的生产自动化。部件设计可以采用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)程序进行开发，以及然后部件文件可以传送到CNC机器以生产该部件。许多CNC机器使用各种可互换工具以产生部件，诸如激光器、焊接机、钻、锯以及各种其他工具。
[0007]在生产过程中，可以有助于确定部件或部件上结构的精确定位。CNC机器通常使用触摸探头以在操作之前或之后机械定位CNC工作表面上的部件。触摸探头通过在多个位置处物理地触摸多个部件而操作，以获得部件本身的准确尺寸。CNC触摸探头可电池供电，具行无线通信，并可用于测量和固定部件。示例是伊利诺伊州霍夫曼庄园的Renishaw股份有限公司的触摸探头。有些触摸探头可被改装以与具有测量功能的CNC机器工作。
[0008]视觉系统也被修改以在CNC环境下工作。例如，照相机已被固定地安装到CNC主轴的一侧。这些侧装式照相机然后使用机器视觉算法，用于固定和检测由CNC机器处理的部件。这些侧装的照相机系统需要大量的修改或具有专用相机系统的CNC机器。这些侧面安装的照相机系统不能由CNC机器操纵，并因此需要定期手动校准。示例是台湾新竹新代公司的侧装照相机系统。
[0009]用于固定和检测部件的其他系统包括坐标测量机(CMM)目前使用的视觉探头。这些传感器连接到计算机控制的机器并用于“离线”(未在制造过程中)测量部件并没有被设计为在具有苛刻化学品和油的环境中使用，诸如在CNC加工处理过程中看到的。示例包括来自伊利诺伊州Aurora市Mitutoyo美洲公司的Mitutoyo QVP视觉探头和Mitutoyo视觉测量系统。其他示例是来自马萨诸塞州Athol市的L.S.Starrett公司的Starrett视频测量系统和显像管手持式视频显微镜。
[0010]通常，现有的检查和测量技术使用独立的拴式CNC控制视觉系统，用于检查部件。此外，这些检验和测量技术没有被设计为耐受一般用于CNC机器的恶劣环境和其他制造工艺。这些恶劣环境可以包含切削油和化学品以及被扔在各个方向的金属件。
[0011]因此，所需要的是可用于恶劣环境的视觉系统。


【发明内容】

[0012]本实施例通过提供卡盘或主轴安装的无线的电池供电的非接触式视觉系统克服了上述问题，该系统可以集成并由CNC机器和在恶劣环境中运行的其他生产设备使用。视觉系统可以是应用特定的，并可用作用于x、y和z测量的触摸探头替换，或者它们的任意组合，例如，X和y测量。与上述的检查和测量技术相反，视觉系统可被设计成耐受通常适用于CNC和其他机械加工和制造处理的恶劣生产环境。这个环境可以包含切削油和化学品以及被扔在各个方向的金属片。
[0013]因此，该技术的实施例包括卡盘或主轴安装的无线视觉系统。该视觉系统包括密封外壳。所述密封外壳包括工具夹持器接口和底座，该工具夹持器接口耦合到所述基座的第一端，以及位于该底座的第二端的窗口。光学系统被包括通过窗口来获取图像，所述光学系统包括处理器、存储器和机器视觉软件。无线通信模块可操作地耦合到所述光学系统以无线通信数据，其中包括由机器视觉软件生成的图像数据。并且，电源可操作地耦合到所述光学系统和所述无线通信模块。
[0014]根据该技术的另一实施例，卡盘或主轴安装的视觉系统。该视觉系统包括密封外壳，该密封外壳包括工具夹持器接口以耦合到所述卡盘或主轴。光学系统获得图像，光学系统定位在密封外壳中，该光学系统包括处理器、存储器和机器视觉软件以执行图像处理的至少一部分。无线通信模块可操作地耦合到所述光学系统，以无线通信图像数据。并且，电源，该电源可操作地耦合到所述光学系统和无线通信模块。
[0015]根据该技术的另一实施例，该技术的实施例包括用于自动校准视觉系统的方法，该视觉系统耦合到CNC机器的卡盘或主轴，CNC机器具有工作空间。该方法包括以下步骤:a.获得工作空间的至少一部分的至少一个图像；b.定位图像中的特征；c.旋转CNC机器的主轴；d.获得工作空间的至少一部分的至少一个新的图像；e.定位在至少一个新图像中的特征；f.计算旋转中心；g.移动工作空间；h.获得工作空间的至少一部分的至少一个后续图像；1.定位至少一个后续图像中的特征；和j.创建在视觉系统和CNC机器之间的手眼校正。
[0016]为了实现上述和相关目标，实施例然后包括在下文中充分描述的特征。以下描述和附图在该技术的详细某些示例性方面提出。然而，这些方面仅指示该技术的原理可以被采用的少数的多种方式。当结合附图考虑时，从该技术的如下详细描述，该技术的其它方面、优点和新颖特征将变得显而易见。
[0017]附图描述
[0018]图1是根据该技术实施例耦合到CNC机器的视觉系统的示意图；
[0019]图2是根据该技术实施例的视觉系统的透视图；
[0020]图3是根据该技术实施例图2的视觉系统的一部分的特写透视图；
[0021]图4是根据该技术实施例图2的视觉系统的侧视图；
[0022]图5是根据该技术实施例的示例性视觉系统的底视图并示出从视觉系统中移除的工具夹持器接口和移除的电池；
[0023]图6是根据该技术实施例图5的视觉系统的透视图并表示安装到视觉系统的外壳的电池；
[0024]图7是根据该技术实施例的视觉系统和密封窗口的底视图；
[0025]图8是根据该技术实施例的视觉系统的平面图；
[0026]图9是根据该技术实施例的视觉系统的部分的透视图；
[0027]图10是根据该技术实施例可用于视觉系统的通信模块的平面图；
[0028]图11是根据该技术实施例图10的通信模块的俯视图；
[0029]图12是根据该技术实施例用于自动校准视觉系统的方法的流程图；
[0030]图13是根据该技术实施例除了示出可移动的盖子之外类似于图2的视觉系统的视觉系统的立体图；
[0031]图14是根据该技术实施例的视觉系统的部分的侧视图并表示组件与视觉系统的外壳的示例性布置；
[0032]图15是根据该技术实施例表示安装的天线的视觉系统的透视图；
[0033]图16是根据该技术实施例表示安装的电池的视觉系统的透视图；
[0034]图17是根据该技术实施例表示电池开关的接入的透视图；
[0035]图18是根据该技术实施例表示安装的光学系统的视觉系统透视图；
[0036]图19是根据该技术实施例图13的视觉系统的透视图，表示了所安装的可移动盖;
[0037]图20和21是根据该技术实施例图19可见的盖子的保持特征的透视图；和
[0038]图22是表示盖子的释放结构的剖面的透视图。
[0039]虽然该技术易于进行各种修改和替代形式，但是其特定实施例已经通过附图中的示例表示并在本文中详细描述。然而，应当理解，本文描述的具体实施例并不意在将技术限制于所公开的特定形式，而是相反，在由所附权利要求书所限定的技术的精神和范围内，其意图是要覆盖所有修改、等同物和替代物。

【具体实施方式】
[0040]现在参照附图描述本发明各种方式，其中在几个视图中相同的附图标记对应类似的元件。然而，应当理解，与此有关的附图和下文详细描述不旨在限制所请求主题于公开的特定形式。相反，其意图是在所请求主题的精神和范围内覆盖所有的修改、等同物和替代物。
[0041]如本文使用的，术语“组件”、“系统”、“设备”等意指硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。词语“示例性”在本文中用于表示充当实例、示例或说明。本文中描述为“示例性”的任何方面或设计并不一定解释为优于或胜过其他方面或设计。
[0042]此外，所公开的主题可以被实现为使用标准编程和/或工程技术和/或编程系统的方法、装置或制造产品，以产生硬件、固件、软件或其任何组合，以控制基于电子的设备用于实现本文详细描述的方面。
[0043]除非另外指定或限制，术语“连接”和“耦合”及其变形被广泛使用，并包括直接和间接的安装、连接、支撑和接头。另外，“连接”和“耦合”不局限于物理或机械连接或耦合。当用于本文中，除非另有明确说明，“连接”是指一个元件/结构直接或间接地连接到另一个元件/结构，而不一定是电气或机械。同样地，除非明确声明，否则“耦合”意味着一个元件/特征直接或间接地耦合到另一元件/特征，而不一定是电气或机械。
[0044]如本文所用，术语“处理器”可以包括一个或多个处理器和存储器和/或一个或多个可编程硬件元件。如本文所用，“处理器”这一术语指包括任何类型的处理器、CPU数目、微控制器、数字信号处理器，或能够执行软件指令的其它设备。
[0045]如本文所用，“存储器”一词包括非易失性介质，例如，磁性介质或硬盘、光存储或闪存；易失性介质，诸如系统存储器，例如，随机存取存储器(RAM)，如DRAM、SRAM、EDO内存、RAMBUS内存、DR DRAM等；或安装介质，诸如软件介质，例如，CD-ROM或软盘，其上程序可被存储和/或数据通信可以被缓冲。术语“存储器”也可包括其它类型的存储器或其组合。
[0046]该技术的实施例通过使用附图如下描述，以示示出用于实现该技术的实施例的实施例的结构或处理。以这种方式使用附图呈现该技术的实施例不应被解释为限制其范围。当前技术设想用于加工和制造设备的卡盘或主轴安装无线电池供电的视觉系统，其中CNC机器，并且可以被设计成通常适用于CNC和其他加工处理的恶劣环境。
[0047]卡盘或主轴可安装视觉系统的各种实施例将结合CNC机器进行描述，CNC机器适于使用各种CNC控制工具生产部件。这因为该技术的特征和优点非常适合用于此用途。尽管如此，应该理解，该技术的各个方面可以应用于其它形式的视觉系统和制造及加工设备，可受益于具有本文所描述特征的视觉系统。
[0048]现在参考图1，该技术将在CNC机器54可用的示例性视觉系统50的情况下描述。可以理解，机器人例如可代替CNC机器。该视觉系统50可以嵌入机器视觉软件58，并且可以包括无线通信62，用于例如与路由器66或无线网络70进行通信。路由器66或无线网络70可以与其它设备74(诸如PC)和/或其他接收器或CNC控制器78进行有线或无线72通信，该CNC控制器78可以包括机器视觉软件，并与视觉通信系统50进行通信以提供闭环控制。该视觉系统50可以作为CNC工具，并可以使得伴随的PC执行全部或部分的图像处理。
[0049]视觉系统50可以运行复杂的机器视觉算法，用于检测印刷基准点和原点标记、模式识别、2-D或3-D校准、对准、测量和检查作为非限制性示例，并可实时用于在加工过程中。
[0050]当与CNC机器使用时，例如，由于触摸探头确定被加工部件二维和/或三维位置所需的时间，视觉系统50可以是触摸探头的替代。安装为CNC工具并由CNC机器操作的该视觉系统50可以使该过程更快，因为它是非触摸式传感器。此外，视觉系统50可以检测和测量不能通过触摸来物理定位的部件上的特征，诸如印刷基准点标记或其他2-D或3-D部件特征，作为非限制性实例。
[0051]如图1中看出，视觉系统50可被安装在CNC机器54的卡盘或主轴82中。视觉系统50具有视场86，并且视觉系统50可由CNC机器54定位，使得视场86可包括由CNC机器54制作的部件90的至少一部分，虽然不是必需的。视觉系统50是便携式的，并且可容易地安装到CNC工具夹持器，无论工具夹持器的大小或尺寸。在这点上，可变外形可用于自动工具变化，而无需人工安装和校准。
[0052]参照图2-4,在一些实施例中，视觉系统50可包括外壳94。外壳94可以是防液体和/或防水的，以便实现IPXX和/或NEMA标准的入口防护标准，并可以具有可变外形，使得视觉系统50安装为在CNC机器54的主轴82上的工具，因此视觉系统50可以由CNC机器54使用的任何其它工具的相同方式自由旋转并重新定位。IP评级(和相当的NEMA等级)可以包括从IPOO (无保护)至IP69K的所有已知IP评级。在用于数控加工环境的一些实施例中，视觉系统50可以达到IP67的IP评价，但未受保护IP69K等级也可以考虑。
[0053]除了可安装在CNC机器54的卡盘或主轴82中之外，外壳94可以调整尺寸并经配置以包住具有照相机传感器102的光学系统98，包括CMOS、CXD或其它已知的传感器技术(包括激光技术)以及处理器106、存储器110 (其中包括RAM和/或闪存)，用于执行校准、对准、测量、检查、代码读取和/或照相机传感器102的其它机器视觉任务中的一种或多种。光学系统98可包括光学器件112，其包含透镜114、滤光片，诸如例如带通滤光片、中性密度滤光片和偏振器。处理器106可执行在存储器110中存储的程序以执行本发明的处理。每个处理器106、照相机传感器102、存储器110、光学元件112、电源118以及光源120可以被安装在或以其它方式支撑在外壳94内。处理器106可以耦合到每个照相机传感器102、存储器110、光学器件112、电源118和光源120。
[0054]外壳94可包括工具夹持器接口 122。工具夹持器接口 122可以是类似于CNC机器使用的任何正常的钻头或端铣刀。在一些示例中，该工具夹持器接口 122可以包括例如拉钉124。工具夹持器接口 122可以采取任何已知的或将来开发的形状与例如任何卡盘或主轴进行接口。这可以使用特定于设备制造商的自定义工具夹持器接口实现，视觉系统50可以用于与机器的卡盘或主轴接口。在一些实施例中，视觉系统50可以被旋拧到CNC工具夹持器上的筒夹以创建防水密封。
[0055]外壳94还可以包括底座126以放置视觉系统50的组件。在一些实施例中，底座126可以是管状的，但其它几何形状是可能的。底座126的第一端130可密封地耦合到工具保持器接口 122，并且底座126第二端134可包括照相机传感器102的窗口 136以获取并拍摄视场86的图像。要理解的是，该工具夹持器接口 122和底座126可以是单个工件，或可以是耦合在一起的多个工件。
[0056]密封垫132 (诸如例如O形环)可用于维持预定的IPXX评级(参见图8和图9)。窗口 136也可以密封以维持视觉系统50的预定IPXX和/或NEMA等级。窗口 136可以是玻璃或聚碳酸酯，例如，可以是透明的或彩色的，并且可以是耐刮擦和/或不粘的，以防止积聚在该窗口上的残余。
[0057]根据用户的应用，例如，用户可以移除并使用更适于应用的代替透镜114。新镜头可比现有透镜物理上较长或较短，和/或新的透镜可例如提供较长或较短焦距。在一些实施例中，外壳94可允许连接/拆除外壳扩展142 (如图4中虚线所示)，以确保所述光学系统保持在包括窗口 138的延长外壳94的范围之内，同时仍保持照相机传感器102、透镜114和外壳窗口 138之间适当的光学路径，并保持所需的IP等级。在一些实施例中，透镜114可以是由运营商手动调整或使用液体镜头或电动机械机构自动调节。
[0058]在一些实施例中，视觉系统50可以包括通信模块140，例如WiFi模块或任何类型的图像和数据来往于视觉系统50无线通信62的其它已知的通信技术。许多公知的无线协议是可获得的，例如802.1ln WLAN，作为非限制性的示例。通信模块140可以包括位于外壳94内或外的天线144。其他实施例可以包括有线通信。
[0059]电源118(例如，电池)可设置在外壳94内。电池可以是可更换的和/或可充电的。电源118可在外壳94内或外感应地充电。视觉系统50可结合无线唤醒机制用于节能。使用无线通信62，视觉系统50可以被指示在不使用时关闭，并在需要时重新开机。在其他实施例中，定向感测装置116(例如，加速计或陀螺仪)可以被包括以用于检测当视觉系统50向下或使用时的取向。在一些实施例中，当CNC机器54采用视觉系统50时，向下取向可是主要时间。利用该取向感测装置116也可用于当系统不在使用时节省电力。
[0060]参照图5-6，在一些实施例中，该工具夹持器接口 122和/或第二端134可以是可移动的，以允许视觉系统50包括电池电缆128以简化电池118的去除和充电以及更换。图5示出去除工具夹持器接口的外壳94的试图，使得电池电缆128是可见的并可接入以连接到电池118。视觉系统50可以包括充电站148和/或充电线152。图6示出具有连接到电池电缆128并被插入到基座126的电池118的透视图。
[0061]参见图7，视场86的照明可以由照明源120提供，例如，位于外壳94内或之上的一个或多个LED布置。装置可以是线性、圆形或形成任意的图案。照明源120可以由电源118供电。可使用已知的机制将照明弓丨导到该视场以弓I导该照明，例如，包括光管、反光镜、聚焦透镜、偏振或滤光材料以及漫射器。照明源120可以被布置以不同颜色或者组合产生轴上照明(即，明场照明)、离轴照明(即，暗场照明)。
[0062]参见图8，外壳94还可以包括安装孔146与电源连接150，用于安装在外壳94的外部154的外部照明。外部照明可以是可选的并可由用户更换的，并且可以由视觉系统来控制。可采用的外部照明的示例可包括轴上照明、离轴照明和基于圆顶照明，作为非限制性实施例。
[0063]参照图10-11，无线通信适配器158可用于发送和接收的无线通信62来往于视觉系统50，并且可以安装在视觉系统50通信范围内的任何地方。无线通信62然后可以从通信适配器158有线或无线中继到安装在PC或工业控制器中的以太网连接或无线网络卡，或指定从视觉系统50接收数据或图像的任何设备，诸如例如CNC机器54或CNC控制器78。该无线通信62可以由单个设备或多个设备接收。无线通信适配器158可以被容纳在和外壳94具有相同或类似等级的盒子154中，例如，IPXX和/或NEMA等级，例如IP67。无线通信适配器158可以向视觉系统50发送无线通信62。无线通信适配器158可以发送控制信号，例如，诸如机器视觉任务的选择或聚焦位置、参数的信息，例如诸如机器视觉任务阈值、图像或其他数据，或者它们的任意组合。
[0064]在所示实施例中，无线通信适配器158可包括IPXX(例如，IP67)、额定功率连接器162和电源线166和IPXX(例如，IP67)、额定网络连接器170和网线174(例如，用于以太网)。无线通信适配器158可以包括耦合到电源线166的无线中继器和桥接178以及发送和接收无线通信62的网络电缆174。
[0065]将便携相机用于CNC机器的机器视觉的已知缺点在于，相机必须每一次重新安装到CNC机器。相机的安装的很小的位置或角度变化可产生不正确的测量结果。这是由于相机安装的方式或由于机器的制造公差或两者的组合而导致的。
[0066]由于视觉系统50可被安装在CNC机器的卡盘或主中，CNC机器的移动可用于执行每次使用视觉系统50的自动现场校准，以确保较高的精度。视觉系统50可精确到大约例如加或减一到两微米，这可与触摸探头的精度相比。现场校准可让视觉系统50将其图像中的像素位置转换为CNC机器坐标系统中的物理位置。
[0067]图12示出用于自动现场校准视觉系统50的方法的实施例。图12所示的方法可用于与附图中描述和/或示出的任何系统或设备结合。在各种实施例中，示出的一些方法步骤可以被同时执行，以示出的不同顺序，或者也可以省略。当需要时，其他方法步骤也可以实施。
[0068]参见图12，方法200示出用于视觉系统50的自动现场校准。第一步可以安装视觉系统50到CNC卡盘或主轴82，如处理框204所示。CNC机器54可以执行该步骤。接着，在处理框208，视觉系统50可以获取至少一个图像并在CNC工作台216上定位至少一个特征212(见图1)。至少一个图像可以被存储在存储器110中。特征212的非限制示例可以包括校准板、在工作台216上的基准和/或在工作台上的纹理。在处理框220，CNC主轴82然后可以执行至少一个运动(例如，旋转)，该旋转使得视觉系统50也旋转。然后视觉系统50可以获取并存储所述至少一个新的图像，并再次找到至少一个特征212，如处理框224所指示。至少一个新的图像也可以被存储在存储器110中。在一些实施例中，在可选的处理框226，在处理框208、220和224所指示的步骤可以重复至少一次，或者例如，2次、3次、4次，直到获得足够的数据。在这种情况下，足够数据可指足够数量的图像，以计算具有所需精确度和自由度的视觉系统50校准。该至少一个特征212可以在图像中找到，并且该特征用于确定机器的运动和图像中特征212的明显移动之间的关系。该操作所需要的图像数量可取决于机器可以胜任的移动类型。可以使用沿着机器的每个自由度的移动的至少一个示例。多个图像可以提高准确性和可选地，当取得多个图像时，失真的建模可以完成。在处理框228，视觉系统50可以然后使用数据收集处理框208、220和224计算其旋转中心。旋转中心的计算结果然后可以作为CNC机器坐标系的原点。
[0069]接着，在处理框232，CNC机器54可以沿一个轴使其工作台216移动很小的距离，例如，I毫米、十毫米或例如50毫米。CNC机器54要使其工作台216移动的量可以是由视觉系统50提前预定和已知的。视觉系统50然后可以记录至少一个另外的新图像，并定位所述至少一个特征212，如在处理框236所指示的。在一些实施例中，在可选的处理框238处，处理框232和236处所表示的步骤可以被重复至少一次，或者例如2次、3次、4次，直到例如如上所述足够的数据被获得，以使得特征对应关系已被收集以计算在给定精度水平具有自由度的给定数量的视觉系统50校准。在一些实施例中，如在处理框240指示，如果应用需要，在处理框232、236和238表示的步骤可以重复以获得更多的工作台轴。
[0070]在完成上述步骤后，视觉系统50可以然后使用已知技术创造手眼校准，如在处理框244处所示。方法200可以是视觉系统50的设置步骤，并可以在几秒钟内完成。一旦完成，可以在加工过程中获得运行时图像。
[0071]提供几个示例来描述视觉系统50的示范应用，用户可以快速地在CNC机器的工作台216上放置多个部件。视觉系统50可以在CNC机器的坐标系统中定位所有部件，然后CNC机器54可以使用这些坐标以在每个部件中钻出多个孔的图案。
[0072]在某些应用中，部件的高度是未知的或不平坦的，但CNC机器54必须相对于部件的上表面执行一些操作。视觉系统50可以在工作台216上拍摄部件90的图像。CNC机器54可以将部件转换为固定的相对位置。该视觉系统50可以获取部件的至少第二影像。这些图像形成立体像，其可以允许视觉系统50在任何位置感测部件的精确高度。该高度可然后用于在部件上执行的操作，诸如雕刻、抛光或路由，作为非限制性实施例。
[0073]在一些应用中，材料(诸如，金属或玻璃)可以通过CNC机器54切割。CNC机器54可使用切割工具切割部件，然后切换切削工具到视觉系统50。CNC机器54可再使用视觉系统50以检查切口部分是否有裂纹或其他缺陷。
[0074]在一些应用中，CNC机器可以对部件完成工作，以及部件然后可以从工作空间或工作台216去除。CNC机器54可以使用视觉系统50切换出以前的工具。视觉系统50可用于检查工作台216的碎片或其它障碍物，以保证工作空间对于要工作的另一部件是理想的，而没有任何问题。
[0075]参见图13，在一些实施例中，外壳94可包括盖子260，以收纳在基座126中。图14不出在外壳94中位于的光学系统98、通信模块140和电池118的外壳94的截面的侧视图。如图15所看出的，在一些实施例中，通信模块140可以通过第二端134中的开口 264插入到基座126。随着盖260移除以及通信模块140就位，电池118可以通过开口 268并在外壳94内放置，如图16中所见。图17示出定位在外壳94内和具有可接入的电池开关272的电池118。电池开关272可用来使能或禁止电池供电。如见于图18，光学系统98可以然后通过开口 264被插入并使用紧固件276固定在适当位置。通信模块140、电池118和光学系统98可以可操作耦合在一起。
[0076]随着在外壳94内安装的组件,盖260可以位于外壳94的背面。在一些实施例中，盖260可以通过首先咬合盖第一端284上的楔子280和外壳94中的插槽288安装，如图19和20所示。参照图21和22，盖第二端292可包括至少一个弹簧夹296，例如，示出两个。该弹簧夹296可以包括防滑板300，其可与外壳94中的配合爪304接合。在一些实施例中，外壳94可以包括穿过外壳94的孔308 (例如，示出两个)，其允许工具插入到所述孔308中以从外壳94中的棘爪304脱开盖弹簧夹296。在一些实施例中，并且如图22中所见，外壳94还可以包括电池开关孔312，其允许工具插入到孔312以打开电池和关闭。外壳94可以由能够耐受与恶劣的化学物质接触的材料制成。例如，外壳可由金属或塑料或它们的组合制成。
[0077]虽然已经参照优选实施例说明本发明的技术，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离该技术的精神和范围的情况下，在形式和细节上作出改变。例如，该技术不限于CNC机器的视觉系统，并可以实施为具有移动部件的机器。例如，虽然上面示出和描述CNC机器，视觉系统可以例如与机器人一起使用。该机器人可以拿起视觉系统并根据需要移动视觉系统来决定工件的工作条件或例如执行检查。
[0078]以上所公开的特定实施例仅仅是说明性的，因为技术可以以不同但等效的方式修改和实践，其对本领域技术人员是明显的。此外，除了下面权利要求的描述，对于本文所表示的构建或设计没有限制。因此，很显然，上文公开的特定实施例可以被改变或修改，并且所有这样的变化被认为在该技术的范围和精神之内。因此，本文寻求的保护在下面的权利要求中提出。
【权利要求】
1.一种卡盘或主轴安装的视觉系统，所述系统包括: 密封外壳，所述密封外壳包括工具夹持器接口和底座，所述工具夹持器接口耦合到所述底座的第一端以及所述底座的第二端上的窗口 ； 光学系统，以通过所述窗口获取图像，所述光学系统包括处理器、存储器和机器视觉软件； 无线通信模块，可操作地耦合到所述光学系统以无线通信数据，包括由机器视觉软件生成的图像数据；和 电源，该电源可操作地耦合到所述光学系统和所述无线通信模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学系统是非触摸式光学系统。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述视觉系统被安装到CNC机器的卡盘或主轴。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工具夹持器接口被安装到CNC机器的卡盘或主轴。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，在由CNC机器控制的处理期间，所述视觉系统获取图像并生成图像数据。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，在由CNC机器控制的处理期间，所述无线通信模块无线地通信图像数据。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电源是可充电的电源。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括通信适配器，所述通信适配器发送和接收无线通信来往于所述无线通信模块。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通信适配器被定位在盒子中，所述盒子具行至少IP67或等同评级。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工具夹持器接口包括拉钉。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述密封外壳具有至少IP67或等同评级。
12.—种卡盘或主轴安装的视觉系统，所述系统包括: 密封外壳，所述密封外壳包括工具夹持器接口以耦合到卡盘或主轴； 光学系统，用于获取图像，所述光学系统定位在密封外壳内，所述光学系统包括处理器、存储器和机器视觉软件以执行图像处理的至少一部分； 无线通信模块，可操作地耦合到所述光学系统以无线地通信图象数据；和 电源，该电源可操作地耦合到所述光学系统和所述无线通信模块。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述密封外壳具行至少IP67或等同评级。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述密封外壳还包括具有第一端和第二端的底座，所述工具夹持器接口密封地耦合到所述底座的第一端，该底座包括在底座的第二端上的窗口。
15.一种用于自动校准一视觉系统的方法，所述视觉系统耦合到CNC机器的卡盘或主轴，所述CNC机器具行工作空间，该方法包括以下步骤: a.获取所述工作空间的至少一部分的至少一个图像； b.定位所述图像中的特征； c.旋转CNC机器的主轴； d.获取所述工作空间的至少一部分的至少一个新的图像； e.定位所述至少一个新的图像中的所述特征； f.计算旋转中心； g.移动所述工作空间； h.获取所述工作空间的至少一部分的至少一个后续图像； 1.定位在所述至少一个后续图像中的所述特征；和 j.创造在视觉系统和CNC机器之间的手眼校准。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在执行步骤f之前重复步骤a到e至少一次。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述特征是校正板、所述工作空间上的基准以及所述工作空间上的纹理中的一个。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括:在执行步骤j之前，重复步骤h利i至少一次。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，重复步骤h和i获得了用于至少一个其他工作空间轴的数据。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，视觉系统包括光学系统、无线通信模块以及可操作地耦合到所述光学系统和无线通信模块的电源，所述光学系统、无线通信模块和电源被放置在密封外壳内。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，该方法由CNC机器进行控制。
22.根据权利要求15所述的方法，进一步包括:在由CNC机器控制的加工处理期间，利用视觉系统获取运行时的图像。
【文档编号】G01C11/00GK104457568SQ201410698945
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】A·古德尔, Z·席林, D·R·金, G·科斯蒂根, L·王 申请人:康耐视公司