将至少一个物体高精度定位在空间最终位置的方法和系统的制作方法

专利名称：将至少一个物体高精度定位在空间最终位置的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用工业机器人和至少两个光学记录装置高精度地将具有已知 的能够光学检测的特征的至少一个物体定位在空间中的最终位置的方法，以及用于实施该 方法的相应系统。这种方法和系统尤其应用在例如汽车工业中的自动化生产线中的装配和 制造过程，在所述自动化生产线中，应当由工业机器人将物体(例如板金属车身部件或者 其他车身部件)高精度地带入空间中确定的地点和朝向中，以进行作业。
背景技术：
现有技术已知的搬运系统尤其是工业机器人(例如联杆臂机器人)用于将夹握装 置抓住的物体定位在空间中确定的地点和朝向，所述搬运系统尤其是工业机器人具有内部 的测量系统，该测量系统可以检测搬运系统的构件的地点并且因此给出夹持装置在空间中 的地点和朝向的信息。在此，必须区分与轴相关的(achsbezogen)坐标系和与空间相关的 (raumbezogen)坐标系。所述与轴相关的坐标系各自与机器人的轴和该轴的相应地点相关。 根据机器人的独立构件和独立轴的运动链以及它们的相应地点，可得出在该运动链末端处 的机器人作业工具(也就是夹握装置)的唯一位置(地点和朝向)。然而通过所谓的工具 中心点TCP以与空间相关的方式描述工业机器人的夹握装置的位置是优选的。所述工具中 心点是虚拟的基准点，位于机器人工具的合适点处。为了描述该机器人工具应占据的位置， 要限定该TCP的转动和该TCP在空间中的地点。具体地，利用所谓的德纳维特-哈滕伯格转 化(Denavit-Hartenberg-Transformation)，通过机器人控制器计算出该单独的机器人轴 必须占据的地点，从而该机器人作业工具能占据该预先给定的位置。具有其TCP的夹握装 置的位置优选地与大地坐标系、空间坐标系或者小室坐标系(Zellen-Koordinatensystem) 相关，该小室坐标系例如直接或间接地与机器人的第一轴的基座、基轴、基架或者机器人基 座相关并且与之接合。余下的子坐标系与大地坐标系、空间坐标系或者小室坐标系相关。当 然，所述的大地坐标系、空间坐标系或者小室坐标系没有必要是绝对的大地系统，所述系统 也可以归属于其他的系统。在此，所述坐标系也可以是在工艺内形成了上一级参考系的系 统。通常这个系统与工艺厅、工艺空间或工艺室的地板相接合。因此，可以通过对机器人控制器进行适当输入将包含被夹握物体的夹握装置调节 至确定的预先给定的地点。因此，通过预先给出夹握装置的地点，该被夹握的物体也被定位 在空间中。然而，这具有尤其是下列的两个问题。一方面，被设计用于保持重物体的传统工业机器人的测量系统不精确，不足以 使夹握装置处于一些制造方法中所要求的准确地点。虽然工业机器人的传动装置是足 够精确的，但是工业机器人的测量系统却不够精确。通过运动链，单独测量元件的测量 错误被放大。这个问题不但源于单独测量元件(尤其是联杆臂机器人的角度测量器 (Winkelmesser))的测量精度，而且源于机器人构件的无法避免的弹性。另一方面，由夹握装置的地点以及由此的该夹握装置在空间中的位置还不能产生 所需的物体在空间中的位置，这是因为通常物体仅是在夹握公差内被抓住。这个夹握公差
15常常超过所需要的定位精度。因此，还必须考虑抓握误差也就是物体相对于夹握装置的位 置。为此，使用不再归属于机器人的分立的测量系统，尤其是非接触式的光学测量系统。这 才允许物体在空间中以所需的精确度定位在确定的位置。从国际专利公开WO 2007/004983A1 (Pettersson)中已知了一种用于工件(尤其 是压板金属制件或者复合金属板)的结合焊接方法。这些待结合在一起的工件由工业机器 人保持并且由该工业机器人彼此间相对定位以用于相互焊接连接。在进行焊接连接的期 间，工件由工业机器人保持在各自的位置，因此保持了所述部件相互间的相对位置。例如由 焊接机器人实现所述焊接。为了在焊接工艺之前定位工件，测量系统测量该工件的地点。在 焊接工艺期间尤其是连续进行该测量。所描述的方法使得可以省去常规的、工件专用的、在 焊接前工件必须固定于其中的复杂而难于制造的模具和容器。工业机器人可以通用于不同 形状以及结构的工件，这是因为作为由测量系统检测工件的地点的结果，可以识别和监测 这些工件并准确地彼此间相对地定位这些部件。因此，单个系统可应用于不同的工件。因此 不需要变换工件容器。根据该公开，所描述的方法尤其适用于特别是汽车工业中的板材制 件的焊接。测量系统的可能给出的示例通常是激光三角测量法，在该激光三角测量法中，测 量工件上预先限定的点。为此，在该工件上例如安装一些反射器。根据该说明，可以由光源 和二维检测器确定各反射器的地点，因此，由三个这样的点可以检测该工件的地点和朝向。 但在国际专利公开WO 2007/004983A1中没有详细描述该测量系统的准确构造。美国专利文献US 5，380，978 (Pryor)描述了一种利用工业机器人在空间中定 位物体尤其是板材制件的方法。所使用的测量系统为相机等形式，为了三维检测物体在 空间中的位置，而具有合适的立体基座(stereobase)。为了调节视野范围，所述相机被 实现为是可转动的，并且在特殊的实施方式中被构造为经纬仪相机，该经纬仪相机也可 以包括激光测距仪。在此，所描述的经纬仪用作相机的精密调节装置。在美国专利文献 US4, 851，905 (Pryor)和 US 5，706，408 (Pryor)中也描述了类似的测量系统。这些系统和方法共同特征是由非接触摄影测量式坐标测量，在图像处理系统的 帮助下确定物体上的多个标注点的地点。对于在近区中物体表面上坐标的非接触摄影测量式测量，通过将图像数据转换到 物体坐标系(在该物体坐标系中，测量该物体并且该物体坐标系例如基于物体的CAD模型) 中，根据从不同视角再现物体的图像推断出该物体的相对于图像中其他物体的尺寸以及位 置。为此，所述图像数据在数据处理单元中被处理。坐标计算的基础是确定所涉及的图像 的相对的相机朝向。如从现有技术已知的，在此存在这样的可能性，即由单个相机从不同的视角以时 间上偏移的方式记录物体表面的待测区域部分并且随后由图像处理系统将每个二维图像 数据处理成所说的三维图像。在此，景深信息(Tiefeninformationen)分别与该三维图像 的像素相关，因此根据相机以及相机的视角确定的图像坐标系中的3D图像坐标与各待检 查的像素(尤其是所有的像素)相关。根据从不同视角显示同样场景的多个二维图像产生 这种类型的三维图像的各种图像处理方法已经在本领域中已知。此外，如本领域同样已知的，与由一个相机从不同的视角时间偏移地对区域部分 进行记录相反，可由多个相机基本同时地进行记录。这种方式具有两个优点在不移动相机 的情况下就能够三维地检测该区域部分；以及因为这些相机可以彼此处于固定的相对朝向
16和相对距离，从而取消了对相应的相机朝向的检测。本领域已知这样的不同的3D图像装置，所述3D图像装置基本上由两个或三个相 机组成，这些相机彼此间隔开(即具有立体基座)地容纳在共有的壳体中，这些相机彼此固 定联接，以用于从各个不同的但是相对固定的视角对场景进行记录。因为被记录的区域部 分不一定具有允许图像被电子处理的图像特征，因此可以在该区域部分上作标记。可以通 过由3D图像记录单元例如针对光学光栅或者光学十字标记在该区域部分上投射的结构化 光束(尤其是激光束)来作这个标记。在很多情况下，这种类型的3D图像记录单元也包含 图像处理装置，所述图像处理装置根据基本上同时记录的不同视角的多个图像推导出三维 图像。这种类型的3D图像记录单元例如是公司“CogniTens”的品牌名称为“Optigo”和 “OptiCell”的已知的图像记录系统以及公司“ActiCM”的系统“Advent”，公司“CogniTens” 的所述“Optigo”和“OptiCell”图像系统包含三个设置成等边三角形的相机，该系统 "Advent"具有两个相互挨着设置的高清晰度CCD相机以及一个用于将结构化光线投射在 待被记录的部分上的投影机。通常，利用图像中作为基准的标记来确定要测量的、记录的图像元件的坐标，根据 所述标记，进行实际的3D坐标测量。在此，与被记录的三维图像相关的并且因此与3D图像 记录单元相关的所述图像坐标系被转换至这样的物体坐标系中，在该物体坐标系中，所述 物体被测量并且该物体坐标系例如基于该物体的CAD模型。所述转换基于被记录的基准标 记，所述基准标记在物体坐标系中的地点是已知的。在此，利用本领域已知的3D图像记录 单元实现了小于0. 5毫米的精确度。此外，3D扫描系统(尤其是3D激光扫描器形式的3D扫描系统)是已知的，所述 3D激光扫描器在表面区域内实现景深扫描并且产生点云(Pimktwolke)。在这种情况下，必 须区分串联系统(在所述串联系统中激光束一行行对区域进行扫描)、并联系统(在所述并 联系统中，扫描线在区域中扇形散开)和完全并联的系统(就是所谓的RIM或范围成像系 统，其中同时扫描表面区域内的大量的点并且因此实现了该表面区域的景深记录)。所有这 些系统共同特征是通常由至少一个测距激光束尤其是在该表面上运动的测距激光束实现 所述景深扫描。这类的串联系统具体有流行的、可以买到的例如品牌为“LeicaHDS 6000”、 "Leica ScanStation2，，、“Trimble GX 3D Scanner”Zo 11 er+Froeh 1 ich IMAGER 5003，，和 "Zoller+Froehlich IMAGER 5006” 的产品。各3D图像记录单元的问题在于其中可以以所需的分辨率进行图像记录的记录区 域因为该设计而受到限制。因此，在三维检测相对较大的物体时，不可避免地要从3D图像 记录单元的不同地点和朝向进行多个单独的三维记录。随后，利用交叠图像区域补偿，在被 记录的区域部分内的标记的帮助下，将这些大量的小的图像记录接合在一起，从而形成大 的三维总图。本领域已知用于实现这个目的的不同方法。这些方法中共同的问题在于，应 被接合在一起以形成大的图像的这些单独的三维图像必须具有交叠区域。该图像处理系统 不允许3D图像记录单元的地点从具有至少一个基准点的第一区域部分不连续变化到与该 第一区域部分间隔并且不包含任何基准点的第二区域部分(如果没有记录连接这两个区 域部分的其他图像的话)。因此需要进行大量的中间图像的记录，来光学连接这两个待测量 的间隔的区域部分，以使得可以进行连续的图像处理。记录大量的具有非直接测量内容的
17三维图像使得该测量方法整体被减慢并且耗用了存储资源和计算资源。此外，在图像记录 内的无法避免的带有测量误差的坐标测量在接合大量的所述图像时尤其是在基准点远的 情况下对测量精确度产生严重的影响。因为相机的视野范围是有限的，因此不可避免地要在物体坐标系中使用具有已知 地点的大量基准点。所描述的纯粹的摄影测量式系统的优点在于，不必确定3D图像记录单 元的单独相机在物体坐标系中的绝对地点和朝向，这是因为被记录像素的绝对地点是根据 在图像中同样被记录的基准点的地点的信息、所述相机彼此相对的朝向、以及通过三角测 量被计算出的待测点相对于图像中的基准点的相对地点确定的。因此，该测量系统可能限 于校准图像的、彼此相对位置已知的多个相机和一个图像处理装置。所有这些系统的缺点在于，因为相机的视野范围有限并且图像分辨率有限，所以 经常不可避免地需要通过转动相机或者待测量物体或改变相机或者待测量物体的地点来 调整视野范围。在高精度地测量相对较大的待测量物体的情况下尤其如此，这是因为图像 分辨率有限，为了维持所需的测量精确度，从相机到物体之间不允许超过确定的距离，然而 在如此接近物体的情况下，相机的视野范围仅允许记录该物体的一部分。因此要么需要使 用大量的基准点，从而在每个图像记录中在视野范围中存在一定相应数量的基准点(优选 至少三个基准点)，要么需要再一次抓取之前已经确定的物体点尤其是该物体上的标记的 地点。在这种情况下，如上描述的，从3D图像记录单元的不同的地点和朝向进行多个单 独的三维记录。随后利用交叠图像区域补偿，在被记录区域部分内的标记的帮助下，将这些 大量的小的图像记录接合在一起，从而形成大的三维总图。这花费时间并且需要应用本身 不被测量的标记。此外，本领域已知了多个测量系统和方法，在这些测量系统和方法中，3D图像记录 单元由工业机器人的头部或者门式坐标测量机的头部支承并且该3D图像记录单元是可校 准的。由于高质量高分辨率的3D图像记录单元的有时会超过10公斤的高重量，以所需的 与图像记录精度相同的精确度精密检测3D图像记录单元的地点是不可能的，因为这需要 搬运系统的结构如此稳定，从而该3D图像记录单元的使用范围被限于固定的系统。因为工 业机器人的测量精确度比较低(该工业机器人的测量精确度明显地比精密3D图像记录单 元的测量精确度低)，工业机器人不适于外部基准设定。门式坐标测量机也没有被设计用于 承担重的负载并且在机械负载大的情况下没有提供基准设定所需的测量结果。出于这个原 因，由搬运系统提供的、可给出关于3D图像记录单元的绝对和/或相对地点信息的地点测 量值没有被用于图像记录的(尤其是不同的、没有连贯的区域部分的多个三维图像的)基 准设定。尽管所描述的测量系统也适于利用搬运系统将物体高精度定位在空间中并且也 为此被使用，然而到目前为止本领域已知的系统具有很多缺点。基于上面描述的基本纯粹 通过图像处理实现的测量方法，该方法相对耗时并且需要检测本身不被测量的基准标记或 者辅助标记。考虑到相机的视野范围有限，所述3D图像记录单元通常设置在直接的作业 过程附近，通常设置在机器人臂上或者与物体间隔小的距离。因此由于相关联的附近的作 业，3D图像记录单元受所述作业过程例如焊接时产生的粒子和热的影响。同样，因为附近的 作业过程，必须协调其他的搬运系统与该3D图像记录单元的搬运系统的关系，以便避免碰
18撞。3D图像记录单元的运动和因此与其相关联的新的基准设定需要比较多的时间并且减慢 了整个作业过程进程。因为，三维图像检测需要在所有的时间都知道该多个相机的相对位 置，因此避免了这些相机的独立朝向。代替地，这些相机优选地机械式相互接合。因为，3D 图像记录单元的与作业过程无关的定位需要这些相机彼此的相应大的间隔，以便实现对于 三维图像检测的足够的立体底座，因此在这种情况下不再能够实现相机的机械式联接。因 此，到目前为止完全放弃了 3D图像记录单元的与作业过程无关的布置。两个目标(一个目 标是安装精确度优选小于0. 1毫米的高精密非接触式3D测量系统，以便由工业机器人高精 密定位物体，另一个目标是不直接曝露于该作业过程的测量系统可以以灵活的方式并且尤 其是可以自由被定位)因此是相冲突的目标，到目前为止，在利用工业机器人对物体进行 工业定位的技术领域中还没有被完全解决。

发明内容
因此，本发明的目标是给出一种以灵活性、精密性和高处理速度著称的方法以及 相应的系统，用于由工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的位置处。这个目标通过独立权利要求的特征而被解决。从从属权利要求获得以可选的方式 或有利的方式改进本发明的特征。首先，一般地描述本发明的方法。随后，本发明的可行方案和有利改进方案参照附 图具体阐明，所述附图示意性示出了一些实施方式。将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的方法由工业机器人、第一光 学记录装置和至少一个第二光学记录装置执行。第一工业机器人可调节至可预先给定的地 点。第一工业机器人被内部校准以及在三维空间坐标系中被校准，并且与三维空间坐标系 相关。第一光学记录装置在三维空间坐标系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第一 地点，所述第一光学记录装置包括经光学校准的用于记录确定的第一视野范围内的图像的 第一相机，用于确定所述第一相机的朝向来调节所述第一视野范围的第一驱动单元，以及 第一角度测量单元，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相机的角度 朝向，从而在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围。所述第二光学记录装置在所述三 维空间坐标系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点中，所述第二光学记录装 置包括经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围内的图像的第二相机；用于确定所 述第二相机的朝向来调节所述第二视野范围的第二驱动单元；以及第二角度测量单元，在 所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第二相机的角度朝向，从而在所述空间坐 标系中确定所述第二视野范围。其中所述至少两个地点(即第一记录装置和第二记录装置 的位置)被间隔开，以使得能够由所述至少两个记录装置通过至少部分交叠的视野范围进 行所述至少一个物体的三维图像记录。所述方法包括以下步骤具有已知的能够被光学检测的第一特征的第一物体由所述第一工业机器人在抓 握公差内抓住并且保持。为所述第一工业机器人确定校正抓握公差用的第一补偿变量，从而通过预先给出 所述第一工业机器人的地点在空间坐标系中以经补偿的方式调节所述第一物体，其中通过 下列步骤来确定所述第一补偿变量由所述驱动单元使所述至少两个相机以至少部分交叠
19的视野范围各自朝向保持在所述第一工业机器人的第一补偿地点的所述第一物体的所述 第一特征的至少一部分上；利用所述两个相机记录第一图像记录；根据下列数据在所述第 一工业机器人的所述第一补偿地点确定出所述第一物体在空间坐标系中的位置所述记录 装置的地点，角度测量单元检测出的相机的角度朝向，所述第一图像记录，以及所述第一物 体上的所述第一特征的信息；通过获取下列数据来确定所述第一补偿变量所述第一工业 机器人的所述第一补偿地点，以及至少在所述第一工业机器人的所述第一补偿地点确定出 的所述第一物体的位置。通过重复下列步骤直到以预先给定的公差到达所述第一最终位置，将所述第一物 体高精度地调节至所述第一最终位置使用相机记录下一次的第一图像记录；根据下列数 据确定出所述第一物体在所述空间坐标系中的当前位置所述记录装置的所述地点，所述 角度测量单元检测出的所述相机的角度朝向，所述下一次的第一图像记录，以及所述第一 物体上的所述第一特征的信息；计算所述第一物体的当前位置与所述第一最终位置之间的 位置差值；在考虑所述第一补偿变量的情况下，根据下列数据计算出所述第一工业机器人 的新的目标地点所述第一工业机器人的当前地点，以及与所述位置差值相关联的一个变 量；并且将所述第一工业机器人调节至所述新的目标地点。根据本发明的利用工业机器人将至少一个物体高精度定位在空间中最终位置的 系统包括第一工业机器人、第一光学记录装置、至少一个第二光学记录装置和控制装置。该 第一工业机器人是如此被校准的，即该第一工业机器人可以被调节到预先给定的地点。为 此，该工业机器人被内部校准并与空间坐标系相关。所述第一光学记录装置在三维空间坐 标系中被校准并且以已知朝向定位在已知的第一地点中，所述第一光学记录装置具有经光 学校准的用于记录确定的第一视野范围内的图像的第一相机、用于确定该第一相机的朝向 的第一驱动单元(用于调节所述第一视野范围)以及在空间坐标系中被校准的用于高精度 检测第一相机的角度确定朝向从而可在空间坐标系中确定第一视野范围的第一角度测量 单元。所述至少一个第二光学记录装置在三维空间坐标系中被校准并且以已知朝向定位在 已知的第二地点。所述至少一个第二光学记录装置具有经光学校准的用于记录确定的第二 视野范围内的图像的第二相机、用于确定该第二相机朝向的第二驱动单元(用于调节所述 第二视野范围)以及在空间坐标系中被校准的用于高精度检测第二相机的角度确定朝向 从而可在该空间坐标系中确定第二视野范围的第二角度测量单元。所述第一和第二记录装 置的至少两个地点被间隔开，以使得能够由所述至少两个记录装置通过至少部分交叠的视 野范围进行所述至少一个物体的三维图像记录。所述控制装置具有数据处理装置，所述数 据处理装置被构造用于图像处理。所述控制装置与所述第一工业机器人和所述至少两个光 学记录装置如此数据连接，即由所述相机记录的图像记录被传输至所述控制装置，由所述 角度测量单元检测出的所述相机的角度朝向被传输至所述控制装置，所述驱动单元由所述 控制装置致动，以用于确定所述相机的朝向，以及所述第一工业机器人被调节至所述控制 装置预先给定的地点。如此构造所述控制装置和该控制装置的数据处理装置并如此地使所述控制装置 和该控制装置的数据处理装置连接到前述部件，即通过信号记录、信号评估和信号输出执 行下述步骤具有所述控制装置已知的能够被光学检测的第一特征的第一物体由所述第一工
20业机器人在抓握公差内抓住并且保持。所述控制装置为所述第一工业机器人确定校正所述抓握公差用的第一补偿变量， 从而通过预先给出所述第一工业机器人的地点在所述空间坐标系中以经补偿的方式调节 所述第一物体。所述控制装置通过下列步骤来确定所述第一补偿变量由所述驱动单元使 所述至少两个相机以至少部分交叠的视野范围各自朝向保持在所述第一工业机器人的第 一补偿地点的所述第一物体的所述第一特征的至少一部分；利用相机记录第一图像记录； 根据下列数据在所述第一工业机器人的所述第一补偿地点确定出所述第一物体在所述空 间坐标系中的位置所述记录装置的地点，角度测量单元检测出的相机的角度朝向，所述第 一图像记录，以及所述第一物体上的所述第一特征的信息；以及通过获取下列数据来确定 所述第一补偿变量所述第一工业机器人的所述第一补偿地点，以及至少在所述第一工业 机器人的所述第一补偿地点确定出的所述第一物体的位置。所述控制装置通过在以预先给定的公差到达第一最终位置之前重复下列步骤，将 所述第一物体高精度地调节到所述第一最终位置通过相机记录下一次的第一图像记录； 根据下列数据确定出所述第一物体在所述空间坐标系中的当前位置所述记录装置的所述 地点，所述角度测量单元检测出的所述相机的角度朝向，所述下一次的第一图像记录，以及 所述第一物体上的所述第一特征的信息；计算所述第一物体的当前位置与所述第一最终位 置之间的位置差值；在考虑所述第一补偿变量的情况下，根据下列数据计算出所述第一工 业机器人的新的目标地点所述第一工业机器人的当前地点，以及与所述位置差值相关联 的变量；将所述第一工业机器人调节至所述新的目标地点。


下面基于一些示意性示出的实施方式描述根据本发明的方法和系统。附图中，图Ia示出了具有用于定位第一物体的两个记录装置的根据本发明的方法和系 统；图Ib是所述方法的序列的流程图；图2示出了具有用于定位第一物体的两个记录装置和一个发射装置的方法和系 统；图3示出了具有用于定位第一物体和第二物体的两个工业机器人的方法和系统； 以及图4示出了具有用于定位第一物体和第二物体以及加工工具的三个工业机器人 的方法和系统。
具体实施例方式图Ia示出了用于高精度地将第一物体定位到空间中的第一最终位置的第一实施 方式的系统和方法序列。在图Ib中直观地说明了所述方法步骤。图Ia和Ib被共同阐明。根据本发明的方法用于利用至少一个工业区机器人高精度地将至少一个物体定 位在空间中的最终位置。空间中的所述最终位置指的是地点和朝向，所述物体必须高精度 地(尤其是精确度小于0. 5毫米，优选地小于0. 2毫米，特别是小于0. 1毫米)处于该地点 和朝向。在所述方法的范围内，术语“最终位置” 一般被理解为是指该物体应被带入的那个
21地点和朝向。当然，所述物体随后可以被带入一个或任意多个其他的新的最终位置。所述方法的组件包括第一工业机器人11、第一光学记录装置Ia和至少一个第二光 学记录装置lb。为了由所述系统实现该方法，还设置了控制装置9。第一工业机器人11被构造用于抓住第一物体12。例如所述工业机器人11是具有 夹持器Ila的联杆臂机器人。夹持器Ila可在六个自由度内调节。夹持器Ila被构造为气 动夹持器，例如用于抓住板金属。然而，所述夹持器也可以是机械式的夹持器尤其是夹钳式 夹持器或者其他的用于与工业机器人11的可调节联杆机械式连接的夹持器。可将所述夹 持器Ila调节至预先给定的地点，在该预先给定的地点，针对所述工业机器人11预先给定 了所述夹持器Ila的目标地点。为此，所述工业机器人11具有内部的测量、控制和坐标转 换系统。如前面描述的，术语“工业机器人” 11通常是指一种搬运系统，该搬运系统适于抓 住和定位物体。第一光学记录装置Ia以及第二光学记录装置Ib在三维空间坐标系中被校准并且 各自以已知的朝向被定位在已知的第一地点Pa和第二地点Pb。因此，在第一物体12将被 定位在其中的那个坐标系中，各自直接或者间接地不但知道了地点和角度朝向两者。光学 记录装置^和Ib在这个空间坐标系中被校准。所述光学记录装置^和Ib各自具有被光学 校准的相机(即第一相机2a和第二相机2b)，以用于记录各自在确定的视野范围8a或者8b 内的图像，因此可以在各自的视野范围8a或者8b内进行图像记录时进行光学测量。为了简化视图，彼此结合地描述在该示例性实施方式中相同的记录装置、和lb， 其中第一记录装置Ia用标记“a”表示并且第二记录装置Ib用标记“b”表示。术语“相机”通常是指用于记录光学可检测的点的电子装置，其中所述相机23和2b 各自包括为此所需的设备尤其是镜头和相应的图像记录元件(尤其是CCD图像传感器或者 CMOS图像传感器以及相应的电子件)。所述镜头可以是任意的镜头，例如固定焦距透镜、缩 放透镜或者可变焦距透镜，尤其是带有机动变焦功能和自动聚焦功能的镜头。所述相机被 内部调校，因此，可能的误差尤其是在光学系统、图像传感器或者电子件中的误差例如失真 等等可以被注意到并且被补偿。因此，所述这些相机适用于摄影测量式的测量。此外，光学 记录装置Ia和Ib各自具有至少一个驱动单元3a或者3b，所述驱动单元3a或者3b用于使各 自的相机2a和2b确定朝向，使得调节了相机2a和2b各自的视野范围8a或8b。例如各自的 驱动单元3a或者3b是用于使相机2a或者2b围绕两个转轴转动的转动单元。在一个可行但 不是必需的变型实施方式中，所述这些转轴各自可以是与该空间坐标系相关的水平的水平 轴Ha或者Hb以及竖直的竖直轴Va或者Vb。此外，光学记录装置13和Ib各自具有在空间坐标系中被校准的用于高精度检测各 个相机2a和2b的角度朝向，因此可在该空间坐标系中确定各自的视野范围8a或者8b的角 度测量单元4a或者4b。基于两个记录装置Ia和Ib的内部的、与所述相机和所述角度测量 单元相关的校准以及各自光学记录装置^和Ib在空间坐标系中的外部基准设定，各像素在 空间坐标系中高精度地限定了直线，这基于首先，所述图像传感器也就是所述图像记录上 的像素的位置；第二，各自的相机2a或2b的由各自的角度测量单元4a或4b检测出的朝向； 第三，各自光学记录装置1或Ib的已知地点；以及第四，各自的校准参数。在所示的示例性实施方式中，所述角度测量单元43和知在空间坐标系中各自检测 围绕所述竖直轴Va或Vb的水平的角度朝向03或α b，以及检测围绕所述水平轴Ha和Hb的
22竖直的角度朝向1和0b。所述水平的水平轴Ha或Hb和所述竖直的竖直轴Va或Vb基本 垂直。因此，所述至少两个记录装置1和Ib各自被构造为一种类型的视频经纬仪，其中，该 经纬仪设置有相机，该相机要么同轴地集成在所述经纬仪中，要么不同轴地尤其是设置在 经纬仪的镜筒上。基准外部测量系统例如光学测量系统如激光追踪器14可以确定记录装置Ia和Ib 的地点Pa和Pb以及外部校准参数，所述基准外部测量系统确定记录装置Ia和Ib各自在空 间中的地点。这可以通过在记录装置Ia和Ib上安装目标标记来实现。也可以由外部的测 量系统实现所述朝向的外部校准。此外，可以尤其是利用强制定心将记录装置13和Ib定位 在基准点上，所述基准点的地点在空间坐标系中是高精度已知的。另选地，可以由记录装置 込和Ib利用自身的测量系统，在空间中校准和设定记录装置1和Ib的基准。为此，记录装 置Ia和Ib各自具有激光测距仪5a和5b，所述激光测距仪与各自的相机2a或2b可共同地由 各自的驱动单元3a或3b确定朝向，并且所述激光测距仪的角度朝向可由在空间坐标系中被 校准的各自的角度测量单元4a或4b高精度地检测。换句话说，记录装置Ia或Ib各自是具 有非常高的分辨率相机的视频视距仪，也就是具有激光测距仪的经纬仪。当然，可以应用另 一种用于使相机确定朝向并且准确检测该朝向的合适的转动测量装置。然而，应当注意的 是，考虑到角度测量精度，注定是要应用经纬仪、视距仪或者所谓的全站仪。记录装置Ia或Ib各自在空间坐标系中的地点Pa和Pb通过利用固定在目标标记T 上的目标由各自的激光测距仪5a或5b确定。另选地或者附加地，通过记录固定的目标标记 的图像并进行图像处理，由三角测量进行自身基准参照。第一地点Pa和第二地点Pb被间隔开为并且光学记录装置Ia或Ib分别被构造为 利用至少两个记录装置Ia和Ib通过至少部分交叠的视野范围83和8b进行至少一个物体的 三维图像记录。换句话说，所述立体基座使得能够获得包含与要以所需精确度记录的像素 相关的景深信息的三维图像。本领域已知如何利用图像处理获得两个从不同的观察点记录 的电子图像的景深信息，从而在这里不再详细说明。控制装置9具有被构造用于图像处理的数据处理装置。控制装置9至少与第一工 业机器人11和至少两个光学记录装置Ia和Ib数据连接。由相机2a和2b记录的图像记录 被传输至控制装置9用于进行图像处理和获得景深信息。此外，控制装置9接收角度测量 单元4a和4b检测出的相机2a和2b的角度朝向，该角度朝向被作为输入信号。驱动单元3a 和3b由控制装置9致动，以用于使相机23和2b确定朝向。第一工业机器人11可被调节至 控制装置9预先给定的地点。为此，所需的数据连接可以由电压信号、无线电信号、光学信 号或者其他通信路径来实现。只要是对于实现所述方法需要的，那么基准参数和校准参数 尤其是所涉及的组件的独立的地点、朝向和尺寸被存储在控制装置9中。控制装置9可以 是一种单元例如具有合适接口的个人计算机，也可以是大量的相互通信用的或者连网的地 点间隔开的独立的组件，这些组件例如是独立装置的一部分。具体地抽象地理解的控制装 置9可以是光学记录装置Ia和Ib和/或第一工业机器人11的一部分。应定位到空间中最终位置的第一物体12具有已知的能够被光学检测的第一特征 13。这些第一特征13可以是记录装置Ia和Ib的相机能够检测的任意的特征。术 语“能够被光学检测”也可被理解为相机2a和2b的可检测性，并且不是一定要人眼可见。由物体的特征尤其是物体的形状、表面曲线和表面结构例如角、棱、孔、凹处和卷
23边来构造所述的能够被光学检测的特征。另选地或者附加地，所述特征可以例如以粘合标 记或者颜色标记的形式安装在所述物体上。优选地，所述特征自身至少二维地延伸，例如以 不在一条直线上的三个点的形式。所述特征是这样的即所述特征的地点确定可以尽可能 唯一地限定所述物体在空间中所述位置，也就是地点和朝向。物体12是可在空间中高精度地定位的任意的物体例如是板材金属制件，所述物 体可以由所述第一工业机器人11抓住并且保持。下面将参照图Ib描述根据本发明的方法的序列，其中图Ib示出了流程图形式的 方法序列。步骤50中，由第一工业机器人11利用该第一工业机器人11的夹持器Ila在抓握 公差内将例如位于存储地点的第一物体12抓住并且保持。该抓握公差超过了在其内第一 物体12应被定位在最终位置的公差。尤其是没有强制定心到物体的气动夹持器不能对物 体进行高精度的抓握，因此该物体相对于夹持器的位置具有一个公差，该公差需被补偿，也 就是需被校正。在本发明的一个改进方案中出现的可选步骤51中，以未知的抓握误差保持第一 物体12的第一工业机器人11被调节至第一补偿地点，以用于确定第一补偿变量。在第一 工业机器人11的这个补偿地点，第一物体12对于用于记录三维图像的两个相机、和Ib是 可见的。假如在抓住之后已确保了这个可见性并且第一物体12已处于一个地点，那么也可 以取消这个步骤51。在随后的步骤52中，确定用于校正这个抓握公差的第一补偿变量。用于第一工业 机器人11校正抓握公差用的第一补偿变量适于通过预先给定第一工业机器人11的地点 在空间坐标系中补偿性地调节第一物体12。术语“补偿性地调节”可理解为在预先给定了 机器人的夹持器Ila所处的地点的时候，所述部件被抓握的所述抓握误差被校正。因此，通 过校正变量也就是所述第一补偿变量考虑了该抓握误差。该抓握误差可以在全部六个自由 度中存在，因此所述补偿变量可以采用相应的值尤其是张量(tensor)形式的值。在理想情 况下，也就是在通过夹持器Ila准确抓住第一物体的情况下，所述补偿变量等于零。通过下面的一些步骤确定第一补偿变量。首先，由驱动单元3a、3bH该至少两个相 机2a、2b转动从而以至少部分交叠的视野范围83、8)3朝向被保持在第一工业机器人11的第 一补偿地点的第一物体12的第一特征13的至少一部分。优选地，形成第一特征13的至少 三个点处于所述视野范围8a、8b&交叠区域中。现在仅由这两个相机？卩^进行第一图像记 录。随后，根据这些图像记录确定出在第一工业机器人11的第一补偿地点保持的第一物体 12的在空间坐标系中的位置。以这种方式，一旦确定出了三个标记点的地点，就确定了位 置。根据记录装置la、lb的地点Pa、Pb、角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b角度朝向以 及所述第一图像记录确定出第一物体12的该位置。根据这个信息，可以通过摄影测量(尤 其是通过控制装置9中的图像处理)确定出单独的被检测的点在空间坐标系中的地点。为 了从中推导出所述物体的位置，还需要第一物体12上的第一特征13的信息，以便可以根据 第一特征13的所述第一地点或者位置推断出第一物体在空间中的位置。如果例如根据电 子模型已知了在某地点上板金属制件具有一些特殊的孔，那么可以根据这些孔的位置推断 出所述物体的位置。现在通过提出第一工业机器人11的第一补偿地点(根据该第一补偿 地点得出在抓握无误差时的理想位置)以及至少第一物体12在第一工业机器人11的第一
24补偿地点被确定的也就是真实的位置来确定第一补偿变量。在本发明的一个改进方案中，根据可由控制装置9的电子数据处理装置处理的模 型大体获知了物体11的特征13。在此，所述模型是由CAD获得的电子模型。由电子数据处 理装置上进行的图像处理来识别在所述模型中和/或所述图像记录中的特征13，并且来自 于所述模型的这些特征13以及来自于所述图像记录的特征13相互关联。根据被记录的特 征13在空间坐标系中的被检测出的地点和所述相关联的特征13确定出物体12在空间坐 标系中的位置。这种类型的图像处理和特征识别方法在本领域中是已知的，从而这里不需 要进一步阐明。因为已知了第一物体12被抓握的误差并且确定出了相应的第一补偿变量，因此 现在可由第一工业机器人11在第一工业机器人11的传感器的测量精确度的范围内定位第 一物体12。然而这个测量精确度是不够的，因此需要解决进一步的定位问题。例如第一物体11 (例如板金属制件)因制造公差和环境参数，本身在尺寸和形状 方面具有确定的公差，这是需要考虑的。基于这个原因，本发明在一个改进方案中考虑所述 第一物体的变化。在本发明的一个改进中，根据可选的步骤53，被记录的特征13的彼此相对的位置 被确定，并且与根据上述模型大体上已知的特征的相对位置相互比较。在本发明的一个变 型方案中，当被记录的特征13的相对位置与根据所述模型大体上已知的特征的相对位置 之间的偏差过大的时候，输出错误报告。在本发明的改进中，在错误报告中，所述物体12被 一个新的物体12替换，因此如图Ib中示范性示出的，该方法通过步骤50继续进行。另选 的是，所述模型与所述被检测的物体12相匹配。因此，例如由CAD获得的模型可以与被抓 握的物体12的真实的尺寸相匹配。在这种情况下，这个匹配的模型确定物体12在空间坐 标系中应占据的所述最终位置。如果例如通过物体12的局部(尤其是棱)确定了所述最 终位置(该棱将占据所述最终位置)，那么通过模型匹配，该局部的变形相应地被考虑。在类似的可选步骤54中，在考虑了第一补偿变量的情况下，第一工业机器人11从 所述第一补偿地点被调节至这样的位置，在该位置，第一物体12被定位在所述第一最终位 置附近的第一近似位置。这实现了 对于被预先给定第一补偿地点的第一工业机器人，预先 给定了一个新的位置作为输入变量，在该新的位置，所述第一物体12位于所述第一近似位 置。由驱动单元3a、3b使两个相机2a、2b以至少部分交叠的视野范围8a、8b朝向现在定位在 第一近似位置的所述第一物体12的第一特征13的至少一部分。在步骤55中，所述第一物体12高精度地被调节至第一最终位置。为此，重复下面 的一些步骤直到以预先给定的公差到达所述最终位置。首先，由相机记录下一次第 一图像记录。根据记录装置la、lb的地点Pa、Pb、角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的 角度朝向、下一次第一图像记录和在第一物体12上的第一特征13的信息再一次确定所述 第一物体12在空间坐标系中的当前的位置。将该当前的位置与所述目标位置也就是第一 最终位置相比较。计算第一物体12的当前位置与第一最终位置之间的位置差值。随后计 算出第一工业机器人11的新的目标地点。这是在考虑第一补偿变量的情况下根据第一工 业机器人11的当前地点以及与所述位置差值相关联的变量得出的。所述与位置差值相关 联的变量优选是与小于或等于1的因数相乘后的该位置差值。这意味着所述新的目标地 点是工业机器人11的一个地点，在该地点，所述第一物体12位于当前位置和第一最终位置
25之间的位置。假如该因数等于1，那么所述新的目标地点是第一物体12从当前位置大致被 带入所述第一最终位置的地点，这由工业机器人11的不精密的传感器和致动器来实现就 可以了。然而，由于这些传感器和致动器往往过于不精密了，以至仅一次步骤55就使第一 物体12以预先给定的公差超过了第一最终位置，因而所述因数优选小于1，优选小于0. 95， 尤其是小于0. 9例如小于0. 8，但是该因数要大于0。由小于1但大于0的因数，工业机器 人11的新的目标地点为在将工业机器人11调节至新的目标地点之后，第一物体12靠近 所述第一最终位置，但还没完全到达所述第一最终位置。随后，通过预先给定新的目标地点来调节第一工业机器人11。换句话说，第一工 业机器人接收新地点输入变量，从该新地点输入变量获得该第一工业机器人的新的目标地 点。这个新的目标地点因此由第一工业机器人11的传感器和致动器来接近。随后重复前述 的这些步骤。由相机2a、2b再次记录下一次第一图像记录，由这些下一次第一图像记录确定 第一物体12的当前位置，并且计算第一物体12的当前位置和所述第一最终位置之间的位 置差值。如果第一物体再一次没有在所需的公差内位于所述第一最终位置，那么为所述第 一工业机器人11再次预先给出一个新的目标地点，在考虑第一补偿变量的情况下，根据第 一工业机器人11的当前地点和与所述位置差值相关联的变量计算出该新的目标地点。不 断重复这些步骤，直到所述第一物体12在所述公差内高精度地到达所述第一最终位置。所描述方法的主要优点在于，由非常小数量的图像记录可以实现所述物体在空间 中的位置的检测，这些图像记录除了物体的所述特征外不必示出其他的基准标记，由此该 方法明显被加快。在调节了相机的视野范围之后，可以在没有新的基准参照设定的情况下 实现摄影测量式的图像评估。因为，以相机转动的方式将相机的视野改变到一些物体的特 征上既不需要重新的基准参照设定也不需要使用之前被测的图像和/或基准标记，因此， 这尤其在工业应用中是有意义的，在工业应用中搬运系统将物体移动相对长的距离并且物 体随后被精确地定位。因此，确保了快速的、高精度的和过程安全的定位。因为相机的转动 不会因新的基准参照设定或确定朝向而耗时，因此可以将记录装置设置为远离作业过程尤 其是2至5米的距离，这样的话，该作业过程不会被妨碍并且所述测量工艺不会直接暴露于 该作业过程。这尤其在焊接方法中是具有优点的，因为敏感的测量工艺几乎不被影响。当然，为了增强地点确定精确度，可安装其他的记录装置。在这种情况下，例如三 个相机的三个视野相互交叠。在一个可能的变型方案中，所述至少两个记录装置la、lb被如此构造，即所述水平 的水平轴Ha或Hb和所述竖直的竖直轴Va或Vb基本相交，并且尤其是相机2a或2b的投影 中心各自设置在水平的水平轴Ha或Hb和竖直的竖直轴Va、Vb的交点处。因此，相机2a或2b 的地点各自与角度朝向aa、^^或ab、β b无关地与记录装置Ia或Ib的地点Pa或者Pb相 耦合。换句话说，在这种情况下，相机23或2)3的光轴沿每个朝向与所述水平的水平轴Ha或 Hb和竖直的竖直轴Va或Vb的交点相交。因此，根据相机2a、2b的位置、角度测量单元4a、4b 检测出的相机2a、2b的角度朝向α a、β a ； α b、β b、所述图像记录和特征13的信息确定出了 在空间坐标系中所述位置。在另一个可能的变型方案中，所述至少两个记录装置la、Ib各自被如此构造，即， 相机2a、2b的投射中心各自设置在所述水平的水平轴Ha或Hb和所述竖直的竖直轴Va或Vb 的交点外面。换句话说，所述相机23或2)3的光轴线没有与所述这些轴的交点相交。根据
26相机23或2)3的投射中心距所述交点的预先给定的偏心率、角度朝向aa、i3a;ab、β b和记 录装置la、lb的地点Pa、Pb确定出各自相机2a、2b的地点。然后，根据记录装置la、lb的地点 Pa、Pb、相机2a、2b的投射中心的偏心率、通过角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的角度 朝向、所述图像记录和特征12的信息确定出在空间坐标系中的所述位置。图2示出了本发明的一个改进方案，其中图Ia的示例性实施方式的已被阐明的特 征不再重新被说明。在图2的示例性实施方式中，记录装置13具有第一发射器6a，该第一发射器63被 构造用于在第一相机2a的第一视野范围8a内发射第一结构化光线7a。第一发射器6a与第 一相机23共同地由第一驱动单元3a确定朝向。利用在空间坐标系中被校准的第一角度测 量单元4a可以高精密地检测所述角度朝向。在上面描述的记录所述图像记录的步骤中，来 自第一发射器6a的第一结构化光线7a如此地投射在物体12上，即第一结构化光线7a处于 第二记录装置Ib的第二相机2b的视野范围内。此外，根据记录装置la、lb的地点Pa、Pb、角 度测量单元4a、4b检测出的第一发射器6a和第二相机2b的角度朝向、以及第二相机2b成像 的第一结构化光线7a的图像记录，利用三角测量确定物体12在空间坐标系中的位置。由 此，提高了地点确定精确度。此外可以在物体的不具有能够被光学检测的标记的局部上实 现测量。第二记录装置Ib也具有发射器(更确切地说第二发射器6b)，第二发射器被构造用 于在第二相机2b的第二视野范围8b内发射第二结构化光线7b。这个第二发射器6b与第二 相机2b共同地由第二驱动单元3b确定朝向。利用在空间坐标系中被校准的第二角度测量 单元4b可高精度地检测第二发射器6b的角度朝向。在上面描述的记录所述图像记录的步 骤中，来自第二发射器6b的第二结构化光线7b如此地投射在物体12的特征13的至少一部 分上，即第二结构化光线7b位于第一记录装置Ia的第一相机23的视野范围内。此外，根据 记录装置la、lb的地点Pa、Pb、角度测量单元4a、4b检测出的第二发射器6b和第一相机2a的 角度朝向、以及第一相机23成像的第二结构化光线7b的图像记录和在物体12上的特征13 的信息，利用三角测量确定出物体12在空间坐标系中的位置。此外，以已知的朝向将发射装置1。设置在已知的第三地点P。中，该发射装置Ic具 有第三发射器6。。这个第三发射器6。被构造用于发射第三结构化光线7。并且可由第三驱 动单元3。确定朝向。在空间坐标系中被校准的第三角度测量单元4。可高精度地检测第三 发射器6。的角度朝向。在上面描述的记录所述图像记录的步骤中，来自第三发射器6。的第 三结构化光线7。如此地投射在物体12上，即第三结构化光线7。位于第一记录装置Ia的第 一相机2a的视野范围内和/或第二相机2b的视野范围内。附加地，根据第一记录装置Ia的 地点Pa、第一角度测量单元4a检测出的第一相机2a的角度朝向、第三角度测量单元4。检测 出的第三发射器6。的角度朝向和第一相机2a成像第三结构化光线7。的图像记录，利用三 角测量确定出物体12在空间坐标系中的位置。应用发射装置1。的优点在于，通过相应的 尤其是横向移动的定位，提供了有优势的三角测量基础，使得可以在确定物体的位置时进 一步提高了测量精确度。可以仅为单个的记录装置配备一个发射单元，或者可以为多个记录装置配备一个 发射单元。各结构化光线7a、7b和7。例如是被投射的激光射线、激光点被投射为以激光射 线的形式扇形散开，或者被投射成二维的投射图案尤其是光栅。
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在图2的实施方式中，两个记录装置Ia和Ib还具有激光测距仪5a或5b，所述激光 测距仪与第一相机2a或2b共同地由相应的驱动单元3a或3b确定朝向，并且在空间坐标系 中被校准的角度测量单元4a或4b高精度地检测所述激光测距仪的角度朝向。附加地，激光 测距仪5a或者5b通过瞄准物体12上的特征13同样地用于以提高了的精确度确定物体12 在空间坐标系中的位置。此外，利用激光测距仪5a和/或5b瞄准固定的目标标记T可以确 定记录装置Ia在空间坐标系中的地点Pa和Pb。另选地，激光测距仪5a和5b可以分别被构 造为激光扫描仪，该激光扫描仪尤其是可进行遍布相应的相机的整个视野范围的测量。附 加地，激光测距仪5a和\可因此与所述相机相关地确定朝向，其中这个朝向相对于相应相 机的朝向可以被测量。由此，测量光束与相应的相机相关地可测量地确定朝向。上面针对单独的第一物体在空间中的自由定位描述了上述的定位方法。但还可以 由已描述的方法和组件定位至少一个第二物体和/或将所述第一物体相对于第二物体高 精度地确定朝向(或者第二物体相对第一物体高精度地确定朝向)。下面描述这种类型的 方法。也可行的是，将上面描述的特征与第二物体的以及其他物体的定位相结合。然而，为 了简化的缘故，在定位第一物体时的可行的改进方案这里不再针对第二物体的定位进行描 述。但这些结合同样是本发明的一部分。图3示出了一种这样的结合。除了图Ia的实施方式的主要组件外(这里不再重 新描述)，还设置了第二工业机器人21和物体保持部24。在将第一物体12高精度调节至 所述第一最终位置中之前，如上描述的，第二工业机器人21抓住第二物体22并且将第二物 体22放置在物体保持部24中。物体保持部24被构造为更确切地说“固定装置”，该物体保 持部24可容纳第二物体22。为此，物体保持部24具有一个相应的形状(例如用于避免该 物体的变形)和/或有相应的用于固定该物体的夹紧装置。在放置在物体保持部24中之 后，第二物体22处于空间坐标系中的第二最终位置中。另选地，该第二物体可以不由第二 工业机器人21而是人工地放置在物体保持部24中。在一种变型实施方式中，物体保持部 24以强制定心的方式被如此构造，即将第二物体22高精度地放置在预先给定的第二最终 位置。在这种情况下，可以不用考虑由测量工具来检测第二最终位置。但如果不是这种情 况，那么在空间坐标系中确定所述第二最终位置。为此，第二物体22具有已知的能够被光 学检测的第二特征23。在将第二物体22放置在物体保持部24中之后，确定第二物体22在 空间坐标系中的第二最终位置。其中首先由驱动单元3a、3bH至少两个相机2a、2b以至少部 分交叠的视野范围8a、8b各自朝向第二物体22的第二特征23的至少一部分。记录第二图 像记录。现在根据记录装置la、lb的地点Pa、Pb、角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的 角度朝向、所述第二图像记录和在第二物体22上的第二特征23的信息确定出第二物体22 在空间坐标系中的第二最终位置。另选地，在将第一物体12高精度地调节至第一最终位置Ea之前，第二工业机器人 21在抓握公差内抓住第二物体22，不将第二物体22放在物体保持部24中而是保持住该第 二物体22。第二工业机器人21被调节至第二工业机器人21的最终位置，在该最终位置第 二物体22处于所述第二最终位置。第二物体22的所述第二最终位置在空间坐标系中通过 下面的一些步骤被确定由驱动单元3a、3b使至少两个相机2a、2b以至少部分交叠的视野范 围8a、8b朝向第二物体22的第二特征23的至少一部分。记录第二图像记录。根据记录装 置确定la、lb的地点Pa、Pb、角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的角度朝向、所述第二图
28像记录和在第二物体22上的第二特征23的信息确定出第二物体22在空间坐标系中的第
二最终位置。在图3的这种情况下，根据第二物体22的第二最终位置和预先给定的第一物体12 与第二物体22之间的相对位置计算出第一物体12的第一最终位置。因为第一物体12相 对于第二物体22高精度地被定位，因此现在例如可以执行用于高精度地接合两个物体的
结合方法。图4中示出了本发明的另一实施方式，在该实施方式中，第二物体22以及被构造 为加工工具的第三物体32被高精度地调节。具有已知的能够被光学检测的第二特征23的第二物体22由第二工业机器人21 在抓握公差内抓住并且保持。为第二工业机器人21确定校准抓握公差用的第二补偿变量， 从而可通过预先给定第二工业机器人21的地点而在空间坐标系中补偿性地调节第二物体 22。通过由驱动单元3a、3bH所述两个相机2a、2b以至少部分交叠的视野范围各自朝向第二 物体22 (第二物体22保持在第二工业机器人21的第二补偿地点)的第二特征23的至少 一部分，从而确定了第二补偿变量。记录第二图像记录。根据记录装置la、lb的地点Pa、Pb、 角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的角度朝向、所述第二图像记录和第二物体22上的 第二特征23的信息确定出在空间坐标系中第二物体22在第二工业机器人21的第二补偿 地点的位置。通过获取第二工业机器人21的第二补偿的地点和第二物体22的在第二工业 机器人21的第二补偿地点的至少所述被确定的位置来确定第二补偿变量。随后，将第二物 体22高精度地调节至第二最终位置。这通过重复下面步骤而产生，直到在预先给定的公差 内到达第二最终位置首先，记录下一次第二图像记录。根据记录装置la、lb的地点Pa、Pb、 角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的角度朝向、所述下一次第二图像记录和第二物体 22上的第二特征23的信息确定出第二物体22在空间坐标系中的当前位置。计算第二物体 22的当前地点和第二最终位置之间的位置差值。在考虑第二补偿变量的情况下，根据第二 工业机器人21的当前地点和与位置差值相关联的变量计算出第二工业机器人的新的目标 地点，在此之后，将第二工业机器人21调节至该新的目标地点。重复这些步骤，直到第二物 体22在预先给定的公差内到达第二最终位置。代替根据图3的两个物体12和22的相对定位，在图4的实施方式中，两个物体12 和22彼此无关地高精密地独立被定位。在本发明的改进方案中，在抓住第二物体22之后，第二工业机器人21被调节至第 二工业机器人21的第二补偿地点，以用于确定第二补偿变量。本发明的另一个变型实施方式规定，在这些步骤(重复这些步骤，直到在预先给 定的公差内到达第二最终位置)之前，在考虑第二补偿变量的情况下，将第二工业机器人 21从第二补偿地点调节至一个地点，在该地点，第二物体22被定位在第二最终位置附近的 第二近似位置。随后，由驱动单元3a、3b使两个相机2a、2b以至少部分交叠的视野范围8a、 8b各自朝向第二物体22的第二特征23的至少一部分，所述第二物体22定位在第二近似位 置。如同样在图4中呈现的，而且在图3的实施方式中也是可行的，设置了被构造为加 工工具的第三物体32。加工工具32由第三工业机器人31在抓握公差内保持。加工工具 32或者第三工业机器人的与其接合的部件(例如加工工具32的容纳部)具有已知的能够
29被光学检测的第三特征33。为了通过预先给定第三工业机器人31的地点从而可在空间坐 标系中补偿性地调节加工工具32，为第三工业机器人31确定校正所述抓握公差的第三补 偿变量。为此，首先由驱动单元3a、3bH所述两个相机2a、2b以至少部分交叠的视野范围8a、 8b各自朝向第三特征33的至少一部分。在此，加工工具32保持在第三工业机器人31的第 三补偿地点。记录第三图像记录。根据记录装置。、的地点^^角度测量单元^知检 测出的相机2a、2b的角度朝向、所述第三图像记录和第三特征33的信息确定出在空间坐标 系中加工工具32在第三工业机器人31的第三补偿地点的位置。通过获取第三工业机器人 31的第三补偿地点和加工工具32的在第三工业机器人31的第三补偿地点的至少所述被确 定的位置来确定第三补偿变量。此外，本发明提出，通过重复下列的步骤直到在预先给定的公差内到达第三最终 位置，将加工工具32高精度地调节至第三最终位置。记录下一次第三图像记录。根据记录 装置la、Ib的地点Pa、Pb、角度测量单元4a、4b检测出的相机2a、2b的角度朝向、所述下一次第 三图像记录和第三特征33的信息确定出加工工具32在空间坐标系中的当前位置。计算第 三物体32的当前位置和第三最终位置之间的位置差值。在考虑第三补偿变量的情况下，根 据第三工业机器人21的当前地点和与位置差值相关联的值计算出第三工业机器人21的新 的目标地点。随后将第三工业机器人31调节至该新的目标地点。重复这些步骤，直到加工 工具32处于第三最终位置的公差区域中。加工工具32例如是焊接工具，以用于将第一物体12和第二物体22焊接在一起。 任意的其他加工工具尤其是结合工具同样是可应用的。虽然描述了与第一物体12和第二 物体22结合(尤其是用于这个物体的接合)的加工工具32，但本发明同样地包括将所述加 工工具相对于任意一个物体定位。这可以例如是对于加工工具的这样的一种情况，即该加 工工具对仅一个物体执行材料去除步骤。本发明也包括未明确被组合的一些特征的组合。所描述的系统组件尤其是所述测量组件(如记录装置)是以它们的灵活性和柔韧 性而著称的。因此可以由独立的组件实施所描述的方法，所述独立的组件可以在相对短的 时间内安装在产品系统中。通过自身校准的和自身基准设定的组件，可以确保即使在复杂 的操作条件下也可确保足够的过程可靠性。基于补偿变量的确定以及直到到达最终位置的 重复的步骤，具有相对不准确测量系统的相对不精密的搬运系统可以被利用用于高精度定 位物体。本发明使得下列成为可能不直接参与作业过程，无接触地并且足够间隔开地实现 在非常大的检测范围内的物体位置的快速检测。相机的转动不会产生因相机的重新基准设 定而造成的测量过程的迟缓，因为根据本发明可以取消重新基准设定。因此，根据本发明的 方法和系统可以以高的处理速度将物体高精度定位在空间中。
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权利要求
一种利用工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的方法，所述方法具有●可调节至可预先给定的地点的第一工业机器人(11)，以及●第一光学记录装置(1a)，所述第一光学记录装置(1a)在三维空间坐标系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第一地点(Pa)，所述第一光学记录装置(1a)具有 经光学校准的用于记录确定的第一视野范围(8a)内的图像的第一相机(2a)， 用于确定所述第一相机(2a)的朝向来调节所述第一视野范围(8a)的第一驱动单元(3a)，以及 第一角度测量单元(4a)，在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相机(2a)的角度朝向，从而在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围(8a)，●至少一个第二光学记录装置(1b)，所述第二光学记录装置(1b)在所述三维空间坐标系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点(Pb)中，所述第二光学记录装置(1b)具有 经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围(8b)内的图像的第二相机(2b)， 用于确定所述第二相机(2b)的朝向来调节所述第二视野范围(8b)的第二驱动单元(3b)，以及 第二角度测量单元(4b)，在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第二相机(2b)的角度朝向，从而在所述空间坐标系中确定所述第二视野范围(8b)，其中所述至少两个地点(Pa、Pb)被间隔开，以使得能够由所述至少两个记录装置(1a、1b)通过至少部分交叠的视野范围(8a、8b)进行所述至少一个物体的三维图像记录，其中●具有已知的能够被光学检测的第一特征(13)的第一物体(12)，由所述第一工业机器人(11)在抓握公差内抓住并且保持，●为所述第一工业机器人(11)确定校正抓握公差用的第一补偿变量，从而通过预先给出所述第一工业机器人(11)的地点在空间坐标系中以经补偿的方式调节所述第一物体(12)，其中通过下列步骤来确定所述第一补偿变量 由所述驱动单元(3a、3b)使所述至少两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围(8a、8b)各自朝向保持在所述第一工业机器人(11)的第一补偿地点的所述第一物体(12)的所述第一特征(13)的至少一部分， 记录第一图像记录， 根据下列数据在所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点确定出所述第一物体(12)在空间坐标系中的位置◆所述记录装置(1a、1b)的地点(Pa、Pb)，◆角度测量单元(4a、4b)检测出的相机(2a、2b)的角度朝向，◆所述第一图像记录，以及◆所述第一物体(12)上的所述第一特征(13)的信息，并且 通过获取下列数据来确定所述第一补偿变量◆所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点，以及◆至少在所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点确定出的所述第一物体(12)的位置，并且●通过重复下列步骤直到以预先给定的公差到达所述第一最终位置，将所述第一物体(12)高精度地调节至所述第一最终位置 记录下一次的第一图像记录 根据下列数据确定出所述第一物体(12)在所述空间坐标系中的当前位置◆所述记录装置(1a、1b)的所述地点(Pa、Pb)，◆所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向，◆所述下一次的第一图像记录，以及◆所述第一物体(12)上的所述第一特征(13)的信息， 计算所述第一物体(12)的当前位置与所述第一最终位置之间的位置差值， 在考虑所述第一补偿变量的情况下，根据下列数据计算出所述第一工业机器人(11)的新的目标地点，◆所述第一工业机器人(11)的当前地点，以及◆与所述位置差值相关联的一个变量，并且 将所述第一工业机器人(11)调节至所述新的目标地点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在抓住所述第一物体(12)之后，所述第一工业机 器人(11)被调节至所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点，以确定所述第一补偿变量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在以预先给定的公差到达所述第一最终位置 之前重复的那些步骤之前， 在考虑所述第一补偿变量的情况下，将所述第一工业机器人(11)从所述第一补偿 地点调节至这样的地点，在该地点，所述第一物体(12)被定位在所述第一最终位置附近的 第一近似位置，以及 所述驱动单元(3a、3b)使所述两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围(8a、8b) 各自朝向位于所述第一近似位置的所述第一物体12的所述第一特征(13)的至少一部分。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，在将所述第一物体(12)高精度调节至 所述第一最终位置之前， 第二物体(22)被第二工业机器人(21)抓住或者人工抓住，并且被放置在所述空间 坐标系中的第二最终位置的物体保持部(24)中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中 所述物体保持部(24)以强制定心的方式被这样构造，即所述第二物体(22)高精度 地被放置在所述预先给定的第二最终位置。
6.根据权利要求4所述的方法，其中 所述第二物体(22)具有已知的能够被光学检测的第二特征(23)， 并且在将所述第二物体(22)放置在所述物体保持部(24)中之后 通过下列步骤确定所述第二物体(22)在所述空间坐标系中的第二最终位置 -所述驱动单元(3a、3b)使所述至少两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围(8a、 8b)各自朝向所述第二物体(22)的所述第二特征(23)的至少一部分， -记录第二图像记录，以及_根据下列数据确定出所述第二物体(22)在所述空间坐标系中的第二最终位置 所述记录装置(IaUb)的地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向， 所述第二图像记录，以及 在所述第二物体(22)上的所述第二特征(23)的信息。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，在将所述第一物体(12)高精度地调节 到所述第一最终位置(Ea)之前 具有已知的能够被光学检测的第二特征(23)的所述第二物体(22)由第二工业机器 人(21)在抓握公差内抓住并且保持， 所述第二工业机器人(21)被调节至所述第二工业机器人(21)的最终地点，在该最 终地点，所述第二物体(22)位于第二最终位置，以及 通过下列步骤确定出所述第二物体(22)在所述空间坐标系中的所述第二最终位置 -所述驱动单元(3a、3b)使所述至少两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围(8a、 8b)各自朝向所述第二物体(22)的所述第二特征(23)的至少一部分， -记录第二图像记录，以及_根据下列数据确定出所述第二物体(22)在所述空间坐标系中的所述第二最终位置 所述记录装置(la、lb)的所述地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向， 所述第二图像记录，以及 在所述第二物体(22)上的所述第二特征(23)的信息。
8.根据权利要求5至7之一所述的方法，其中， 根据所述第二物体(22)的所述第二最终位置和预先给定的所述第一物体(12)和所 述第二物体(22)之间的相对位置计算出所述第一物体(12)的第一最终位置。
9.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中在将所述第一物体(12)高精度调节至所 述第一最终位置之前， 具有已知的能够被光学检测的第二特征(23)的第二物体(22)由第二工业机器人 (21)在抓握公差内抓住并且保持， 为所述第二工业机器人(21)确定校正抓握公差用的第二补偿变量，从而通过预先 给出所述第二工业机器人(21)的地点在空间坐标系中补偿性地调节所述第二物体(22)， 其中通过下列步骤来确定所述第二补偿变量-所述驱动单元(3a、3b)使所述至少两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围 (8a、8b)各自朝向保持在所述第二工业机器人(21)的第二补偿地点的所述第二物体(22) 的所述第二特征(23)的至少一部分， -记录第二图像记录，-根据下列数据在所述第二工业机器人(21)的所述第二补偿地点确定出所述第二物 体(22)在所述空间坐标系中的位置 所述记录装置(la、lb)的地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的相机(2a、2b)的角度朝向， 第二图像记录，以及 在所述第二物体(22)上的所述第二特征(23)的信息并且 -通过获取下列数据来确定所述第二补偿变量 所述第二工业机器人(21)的所述第二补偿地点，以及 至少在所述第二工业机器人(21)的所述第二补偿地点确定出的所述第二物体(22) 的位置，并且 通过在以预先给定的公差到达第二最终位置之前重复下列步骤，来将所述第二物体 (22)高精度地调节到所述第二最终位置 -记录下一次的第二图像记录，_根据下列数据确定出所述第二物体(22)在所述空间坐标系中的当前位置 所述记录装置(la、lb)的所述地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向， 所述下一次的第二图像记录，以及 在所述第二物体(22)上的所述第二特征(23)的信息， -计算所述第二物体(22)的当前位置与所述第二最终位置之间的位置差值， _在考虑所述第二补偿变量的情况下，根据下面的数据计算出第二工业机器人(21)的 新的目标地点， 所述第二工业机器人(21)的当前地点，以及 与所述位置差值相关联的一个变量，-将所述第二工业机器人(21)调节至所述新的目标地点。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在抓住所述第二物体(22)之后，所述第二工业 机器人(21)被调节至所述第二工业机器人(21)的所述第二补偿地点，以确定所述第二补偿变量。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在以预先给定的公差到达所述第二最终位 置之前重复的步骤之前 在考虑所述第二补偿变量的情况下，将所述第二工业机器人(21)从所述第二补偿 地点调节至这样的地点，在该地点，所述第二物体(22)被定位在所述第二最终位置附近的 第二近似位置，以及 所述驱动单元(3a、3b)使所述两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围(8a、8b) 各自朝向定位在所述第二近似位置的所述第二物体(22)的所述第二特征(23)的至少一部 分。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其中， 被构造为加工工具的第三物体(32)由第三工业机器人(31)在抓握公差内保持， 所述加工工具(32)或者所述第三工业机器人(31)的与其接合的部件具有已知的能 够被光学检测的第三特征(33)，以及 为所述第三工业机器人(31)确定校正抓握公差用的第三补偿变量，从而通过预先 给出所述第三工业机器人(31)的地点在所述空间坐标系中补偿性地调节所述加工工具 (32)，其中通过下列步骤来确定所述第三补偿变量-所述驱动单元(3a、3b)使所述至少两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围 (8a、8b)各自朝向所述第三特征(33)的至少一部分，其中所述加工工具(32)被保持在所述第三工业机器人(31)的第三补偿地点，-记录第三图像记录，-根据下列数据在所述第三工业机器人(31)的所述第三补偿地点确定出所述加工工 具(32)在所述空间坐标系中的位置 所述记录装置(IaUb)的地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的相机(2a、2b)的角度朝向， 所述第三图像记录，以及 所述第三特征(33)的信息，并且-通过获取下列数据来确定所述第三补偿变量 所述第三工业机器人(31)的所述第三补偿地点，以及 至少在所述第三工业机器人(31)的所述第三补偿地点确定出的所述加工工具(32) 的位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中 通过在以预先给定的公差到达第三最终位置之前重复以下步骤，将所述加工工具 (32)高精度地调节至所述第三最终位置 -记录下一次的第三图像记录_根据下列数据确定出所述加工工具(32)在所述空间坐标系中的当前位置 所述记录装置(la、lb)的所述地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向， 所述下一次的第三图像记录，以及 所述第三特征(33)的信息，-计算所述第三物体(32)的当前位置与所述第三最终位置之间的位置差值， -在考虑所述第三补偿变量的情况下，根据下面的数据计算出所述第三工业机器人 (31)的新的目标地点， 所述第三工业机器人(31)的当前地点，以及 与所述位置差值相关联的一个变量，并且-将所述第三工业机器人(31)调节至所述新的目标地点。
14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其中，所述与所述位置差值相关联的变量是 将所述位置差值乘以小于或等于1的因数而形成的。
15.根据权利要求1至14之一所述的方法，其中， 根据能够被电子数据处理装置处理的模型大体上获知特征(13 ；23 ；33)， 利用在电子数据处理装置上执行的图像处理，识别出在所述模型中和/或所述图像 记录中的特征(13;23;33)，并且将-来自所述模型的所述特征(13 ；23 ；33)以及 -来自所述图像的所述特征(13 ；23 ；33) 相互关联，并且 根据在所述空间坐标系中所述被记录的特征(13;23;33)的被检测出的地点以及所 关联的特征(13 ；23 ；33)，确定所述物体(12 ；22 ；32)在所述空间坐标系中的位置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中， 确定所述被记录的特征(13 ；23 ；33)彼此间的相对位置，并且将该相对位置与从所 述模型大体上获知的所述特征的相对位置相互比较。
17.根据权利要求16所述的方法，其中， 当被记录的特征(13 ；23 ；33)的相对位置与从所述模型大体上获知的所述特征的相 对位置之间的偏差过大的时候，输出错误报告。
18.根据权利要求17所述的方法，其中， 在输出了所述错误报告的情况下，所述物体(12 ；22 ；32)被新的物体(12 ；22 ；32)代替。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中， 所述模型与所述被检测的物体(12 ；22 ；32)匹配。
20.根据权利要求19所述的方法，其中， 所述匹配的模型确定在空间坐标系中的所述最终位置。
21.根据权利要求1至20之-所述的方法，其中所述至少两个记录装置(la、lb)各自 如此被构造，即各自 由所述驱动单元(3a;3b)使所述相机(2a;2b)围绕各自的与所述空间坐标系相关的 水平的水平轴(Ha ；Hb)和竖直的竖直轴(Va ;Vb)确定朝向，以及 所述角度测量单元(4a;4b)在所述空间坐标系中各自检测围绕所述竖直轴(Va;Vb) 的所述水平的角度朝向(aa;ab)和围绕所述水平轴(Ha ；Hb)的所述竖直的角度朝向 β丄
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述水平的水平轴(Ha；Hb)和所述竖直的竖直 轴(Va ;Vb)基本垂直。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述至少两个记录装置(la、lb)各自如此被构 造，即 所述相机(2a;2b)的投射中心各自设置在所述水平的水平轴(Ha;Hb)和所述竖直的 竖直轴(Va ;Vb)的交点处， 所述相机(2a;2b)的地点各自与所述角度朝向(aa、i3a;ab、i3b)无关地和所述记录 装置(IaUb)的地点(Pa、Pb)耦合，以及 根据下列数据确定在所述空间坐标系中的所述位置， -所述相机(2a;2b)的地点，-所述角度测量单元(4a;4b)检测出的所述相机(2a;2b)的角度朝向(aa、i3a;ab、 叫，-所述图像记录，以及 -所述特征(13 ；23 ；33)的信息。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述至少两个记录装置(la、lb)各自如此被构 造，即 所述相机(2a、2b)的投射中心各自设置在所述水平的水平轴(Ha、Hb)和所述竖直的 竖直轴(Va、Vb)的交点外， 从下列数据确定出所述相机(2a;2b)的各自地点-所述相机(2a、2b)的投射中心相对于所述交点的预先给定的偏心率， _所述角度朝向(aa、i3a;ab、3b)，以及 _所述记录装置(IaUb)的地点(Pa、Pb)并且 根据下列数据确定在空间坐标系中的所述位置 -所述记录装置(IaUb)的地点(Pa、Pb)， -所述相机(2a、2b)的投射中心的偏心率-所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向，-所述图像记录，以及-所述特征的(12；22；32)的信息。
25.根据权利要求1至24之一所述的方法，其中，所述第一记录装置(Ia) 具有第一发射器(6a)，-所述第一发射器(6a)被构造用于在所述第一相机(2a)的第一视野范围(8a)内发射 第一结构化光线(7a)，-所述第一发射器(6a)与所述第一相机(2a)共同地由所述第一驱动单元(3a)确定朝 向，以及-所述第一发射器(6a)的角度朝向由在所述空间坐标系中被校准的所述第一角度测量 单元(4a)高精度地检测，其中在记录所述图像的步骤中 来自所述第一发射器(6a)的所述第一结构化光线(7a)以这样的方式被投射在所述 物体(12 ；22 ；32)上，即所述第一结构化光线(7a)处于所述第二记录装置(Ib)的所述第二 相机(2b)的视野范围内，并且其中，根据下列数据由三角测量附加地确定所述物体(12 ；22 ；32)在空间坐标系 中的位置 所述记录装置(la、lb)的地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述第一发射器(6a)和所述第二相机(2b)的角 度朝向，以及 所述第二相机(2b)成像的所述第一结构化光线(7a)的图像记录。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，至少所述第二记录装置(Ib) 具有第二发射器(6b)，-所述第二发射器(6b)被构造用于在所述第二相机(2b)的第二视野范围(8b)内发射 第二结构化光线(7b)，-所述第二发射器(6b)与所述第二相机(2b)共同地由所述第二驱动单元(3b)确定朝 向，以及-所述第二发射器(6b)的角度朝向由在所述空间坐标系中被校准的所述第二角度测量 单元(4b)高精度地检测，其中在记录所述图像记录的步骤中 来自所述第二发射器(6b)的所述第二结构化光线(7b)如此地被投射在所述物体 (12 ；22 ；32)的特征(13 ；23 ；33)的至少一部分上，即所述第二结构化光线(7b)处于所述第 一记录装置(Ia)的所述第一相机(2a)的视野范围内，并且其中，根据下列数据利用三角测 量附加地确定所述物体(12 ；22 ；32)在所述空间坐标系中的位置 所述记录装置(IaUb)的地点(pa、pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述第二发射器(6b)和所述第一相机(2a)的角 度朝向，以及 所述第一相机(2a)成像的所述第二结构化光线(7b)的图像记录，以及 在所述物体(12 ；22 ；32)上的所述特征(13 ；23 ；33)的信息。
27.根据权利要求1至26之一所述的方法，所述方法具有 以已知朝向设置在已知的第三地点(P。)的发射装置(1。)，所述发射装置(U -具有第三发射器(6。)， 所述第三发射器(6。)被构造用于发射第三结构化光线(7。)， 所述第三发射器(6。)由第三驱动单元(3。)确定朝向，以及 所述第三发射器(6。)的角度朝向由在所述空间坐标系中被校准的第三角度测量单 元(4。)高精度地检测，其中，在记录所述图像记录的步骤中 来自所述第三发射器(6。)的所述第三结构化光线(7。)如此地投射在所述物体(12 ； 22 ；32)上，即所述第三结构化光线(7。)处于所述第一记录装置(Ia)的第一相机(2a)的视 野范围内，并且，其中根据下列数据利用三角测量附加地确定所述物体(12 ；22 ；32)在空间坐标 系中的位置 所述第一记录装置(Ia)的地点(Pa)， 所述第一角度测量单元(4a)检测出的所述第一相机(2a)的角度朝向， 所述第三角度测量单元(4。)检测出的所述第三发射器(6。)的角度朝向，以及 所述第一相机(2a)成像的所述第三结构化光线(7。)的图像记录。
28.根据权利要求25至27之一所述的方法，其中，所述结构化光线(7a、7b、7。)被构造 为被投射的激光射线。
29.根据权利要求25至27所述的方法，其中，所述结构化光线(7a、7b、7。)被构造为以 激光射线形式扇形投射的激光点。
30.根据权利要求25至27之一所述的方法，其中，所述结构化光线(7a、7b、7。)被构造 为二维的被投射的图案尤其是激光光栅。
31.根据权利要求1至30之一所述的方法，其中， 至少所述第一记录装置(Ia)具有第一激光测距仪(5a)，_所述第一激光测距仪(5a)与所述第一相机(2a)共同地由所述第一驱动单元(3a)确 定朝向，以及-所述第一激光测距仪(5a)的角度朝向由在所述空间坐标系中被校准的所述第一角度 测量单元(4a)高精度地检测。
32.根据权利要求31所述的方法，其中 由所述第一激光测距仪(5a)通过瞄准固定目标标记(T)来确定所述第一记录装置 (Ia)在空间坐标系中的地点(Pa)。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其中， 通过瞄准所述物体(12 ；22 ；32)上的特征(13 ；23 ；33)附加地确定所述物体(12 ； 22 ；32)在所述空间坐标系中的位置。
34. 一种利用工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的系统， 所述系统具有 能够调节到预先给定的地点的第一工业机器人(11)，以及 第一光学记录装置(Ia)，所述第一光学记录装置(Ia)在三维空间坐标系中被校准并 且以已知的朝向定位在已知的第一地点(Pa)，所述第一光学记录装置(Ia)具有 -经光学校准的用于记录确定的第一视野范围(8a)内的图像的第一相机(2a)， -用于确定所述第一相机(2a)的朝向来调节所述第一视野范围(8a)的第一驱动单元 (3a)，以及-第一角度测量单元(4a)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相 机(2a)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围(8a)， 至少一个第二光学记录装置(Ib)，所述第二光学记录装置(Ib)在所述三维空间坐标 系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点(Pb)中，所述第二光学记录装置(Ib) 具有_经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围(8b)内的图像的第二相机(2b)， -用于确定所述第二相机(2b)的朝向从而调节所述第二视野范围(8b)的第二驱动单 元(3b)，以及-第二角度测量单元(4b)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第二相 机(2b)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第二视野范围(8b)，其中所述至少两个地点(Pa、Pb)被间隔开，以使得能够由所述至少两个记录装置(la、 Ib)通过至少部分交叠的视野范围(8a、8b)进行所述至少一个物体的三维图像记录，以及 控制装置(9)，所述控制装置(9)具有数据处理装置，所述数据处理装置被构造用于 图像处理，其中，所述控制装置(9)与所述第一工业机器人(11)和所述至少两个光学记录装置 (la、lb)如此数据连接，即 由所述相机(2a、2b)记录的图像记录被传输至所述控制装置(9)， 眷由所述角度测量单元(4a;4b)检测出的所述相机(2a;2b)的角度朝向被传输至所述 控制装置(9)， 所述驱动单元(3a;3b)由所述控制装置(9)致动，以用于确定所述相机(2a、2b)的朝 向，以及 所述第一工业机器人(11)被调节至所述控制装置(9)预先给定的地点， 如此构造所述控制装置(9)和该控制装置(9)的数据处理装置，即 具有所述控制装置(9)已知的能够被光学检测的第一特征(13)的第一物体(12)由 所述第一工业机器人(11)在抓握公差内抓住并且保持， 所述控制装置(9)为所述第一工业机器人(11)确定校正所述抓握公差用的第一补 偿变量，从而通过预先给出所述第一工业机器人(11)的地点在所述空间坐标系中补偿性 地调节所述第一物体(12)，其中所述控制装置(9)通过下列步骤来确定所述第一补偿变量 -由所述驱动单元(3a、3b)使所述至少两个相机(2a、2b)以至少部分交叠的视野范围 (8a、8b)各自朝向保持在所述第一工业机器人(11)的第一补偿地点的所述第一物体(12)的 所述第一特征(13)的至少一部分，_记录第一图像记录，-根据下列数据在所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点确定出所述第一物 体(12)在所述空间坐标系中的位置 所述记录装置(IaUb)的地点(Pa、Pb)， 角度测量单元(4a、4b)检测出的相机(2a、2b)的角度朝向， 所述第一图像记录，以及 所述第一物体(12)上的所述第一特征(13)的信息，并且 -通过获取下列数据来确定所述第一补偿变量 所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点，以及 至少在所述第一工业机器人(11)的所述第一补偿地点确定出的所述第一物体(12) 的位置， 并且 所述控制装置(9)通过在以预先给定的公差到达第一最终位置之前重复下列步骤 将所述第一物体(12)高精度地调节到所述第一最终位置 -记录下一次的第一图像记录，_根据下列数据确定出所述第一物体(12)在所述空间坐标系中的当前位置 所述记录装置(la、lb)的所述地点(Pa、Pb)， 所述角度测量单元(4a、4b)检测出的所述相机(2a、2b)的角度朝向， 所述下一次的第一图像记录，以及 所述第一物体(12)上的所述第一特征(13)的信息， -计算所述第一物体(12)的当前位置与所述第一最终位置之间的位置差值， -在考虑所述第一补偿变量的情况下，根据下列数据计算出所述第一工业机器人(11) 的新的目标地点， 所述第一工业机器人(11)的当前地点，以及 与所述位置差值相关联的变量， 并且 将所述第一工业机器人(11)调节至所述新的目标地点。
35. 一种利用工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的系统， 所述系统具有 能够调节到预先给定的地点的第一工业机器人(11)，以及 第一光学记录装置(Ia)，所述第一光学记录装置(Ia)在三维空间坐标系中被校准并 且以已知的朝向定位在已知的第一地点(Pa)，所述第一光学记录装置(Ia)具有 -经光学校准的用于记录确定的第一视野范围(8a)内的图像的第一相机(2a)， -用于确定所述第一相机(2a)的朝向来调节所述第一视野范围(8a)的第一驱动单元 (3a)，以及-第一角度测量单元(4a)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相 机(2a)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围(8a)， 至少一个第二光学记录装置(Ib)，所述第二光学记录装置(Ib)在所述三维空间坐标 系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点(Pb)中，所述第二光学记录装置(Ib)具有_经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围(8b)内的图像的第二相机(2b)， -用于确定所述第二相机(2b)的朝向从而调节所述第二视野范围(8b)的第二驱动单 元(3b)，以及-第二角度测量单元(4b)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第二相 机(2b)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第二视野范围(8b)，其中所述至少两个地点(Pa、Pb)被间隔开，以使得能够由所述至少两个记录装置(la、 Ib)通过至少部分交叠的视野范围(8a、8b)进行所述至少一个物体的三维图像记录，以及 控制装置(9)，所述控制装置(9)具有数据处理装置，所述数据处理装置被构造用于 图像处理，其中，所述控制装置(9)与所述第一工业机器人(11)和所述至少两个光学记录装置 (la、lb)如此数据连接，即 由所述相机(2a、2b)记录的图像记录被传输至所述控制装置(9)， 眷由所述角度测量单元(4a;4b)检测出的所述相机(2a;2b)的角度朝向被传输至所述 控制装置(9)， 所述驱动单元(3a;3b)由所述控制装置(9)致动，以用于确定所述相机(2a、2b)的朝 向，以及 所述第一工业机器人(11)被调节至所述控制装置(9)预先给定的地点， 所述控制装置(9)及其数据处理装置执行依据权利要求1、2、3、14到33之一所述的方法。
36. 一种利用工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的系统， 所述系统具有 能够调节到预先给定的地点的第一工业机器人(11)，以及 能够调节至预先给定的地点的第二工业机器人(21)， 第一光学记录装置(Ia)，所述第一光学记录装置(Ia)在三维空间坐标系中被校准并 且以已知的朝向定位在已知的第一地点(Pa)，所述第一光学记录装置(Ia)具有 -经光学校准的用于记录确定的第一视野范围(8a)内的图像的第一相机(2a)， -用于确定所述第一相机(2a)的朝向来调节所述第一视野范围(8a)的第一驱动单元 (3a)，以及-第一角度测量单元(4a)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相 机(2a)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围(8a)， 至少一个第二光学记录装置(Ib)，所述第二光学记录装置(Ib)在所述三维空间坐标 系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点(Pb)中，所述第二光学记录装置(Ib) 具有_经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围(8b)内的图像的第二相机(2b)， -用于确定所述第二相机(2b)的朝向从而调节所述第二视野范围(8b)的第二驱动单 元(3b)，以及-第二角度测量单元(4b)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第二相 机(2b)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第二视野范围(8b)，其中所述至少两个地点(Pa、Pb)被间隔开，使得能够由所述至少两个记录装置(IaUb) 通过至少部分交叠的视野范围(8a、8b)进行所述至少一个物体的三维图像记录， 以及 控制装置(9)，所述控制装置(9)具有数据处理装置，所述数据处理装置被构造用于 图像处理，其中，所述控制装置(9)与所述第一工业机器人(11)、所述第二工业机器人(21)和所 述至少两个光学记录装置(IaUb)如此数据连接，即 由所述相机(2a、2b)记录的图像记录被提供给所述控制装置(9)， 由所述角度测量单元(4a;4b)检测出的所述相机(2a;2b)的角度朝向被提供给所述 控制装置(9)，眷所述驱动单元(3a 3b)由所述控制装置(9)致动，以用于确定所述相机(2a、2b)的朝 向，以及 所述第一工业机器人(11)和所述第二工业机器人(21)被调节至所述控制装置(9) 预先给定的地点，所述控制装置(9)及其数据处理装置执行依据权利要求4到11之一所述的方法。
37. 一种利用工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的系统， 所述系统具有 能够调节到预先给定的地点的第一工业机器人(11)，以及 能够调节至预先给定的地点的第二工业机器人(21)， 能够调节到预先给定的地点的第三工业机器人(31)，第三物体(32)由所述第三工 业机器人(31)在抓握公差内保持，所述第三物体(32)被构造为加工工具，其中所述加工工 具(32)或所述第三工业机器人(31)的与之接合的部分具有已知的能够被光学检测的第三 特征(33)， 第一光学记录装置(Ia)，所述第一光学记录装置(Ia)在三维空间坐标系中被校准并 且以已知的朝向定位在已知的第一地点(Pa)，所述第一光学记录装置(Ia)具有 -经光学校准的用于记录确定的第一视野范围(8a)内的图像的第一相机(2a)， -用于确定所述第一相机(2a)的朝向来调节所述第一视野范围(8a)的第一驱动单元 (3a)，以及-第一角度测量单元(4a)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相 机(2a)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围(8a)， 至少一个第二光学记录装置(Ib)，所述第二光学记录装置(Ib)在所述三维空间坐标 系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点(Pb)中，所述第二光学记录装置(Ib) 具有_经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围(8b)内的图像的第二相机(2b)， -用于确定所述第二相机(2b)的朝向从而调节所述第二视野范围(8b)的第二驱动单 元(3b)，以及-第二角度测量单元(4b)，其在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第二相 机(2b)的角度朝向，从而能够在所述空间坐标系中确定所述第二视野范围(8b)，其中所述至少两个地点(Pa、Pb)被间隔开，使得能够由所述至少两个记录装置(IaUb)通过至少部分交叠的视野范围(8a、8b)进行所述至少一个物体的三维图像记录，以及 控制装置(9)，所述控制装置(9)具有数据处理装置，所述数据处理装置被构造用于 图像处理，其中，所述控制装置(9)与所述第一工业机器人(11)、所述第二工业机器人(21)、所述 第三工业机器人(31)以及所述至少两个光学记录装置(la、lb)如此数据连接，即 由所述相机(2a、2b)记录的图像记录被提供给所述控制装置(9)， 由所述角度测量单元(4a;4b)检测出的所述相机(2a;2b)的角度朝向被提供给所述 控制装置(9)， 所述驱动单元(3a;3b)由所述控制装置(9)致动，以用于确定所述相机(2a、2b)的朝 向，以及眷所述第一工业机器人(11)、所述第二工业机器人(21)和、所述第三工业机器人(31) 被调节至所述控制装置(9)预先给定的地点，所述控制装置(9)执行依据权利要求12或13所述的方法。
38.根据权利要求34至37之一所述的系统，其中所述至少两个记录装置(la、lb)各自 如此被构造，即 所述相机(2a;2b)由所述驱动单元(3a;3b)围绕各自的与所述空间坐标系相关的水 平轴(Ha ；Hb)和竖直的竖直轴(Va ;Vb)确定朝向，以及 所述角度测量单元(4a;4b)在所述空间坐标系中各自检测围绕所述竖直轴(Va;Vb) 的所述水平的角度朝向(aa;ab)和围绕所述水平轴(Ha ；Hb)的所述竖直的角度朝向 β丄
39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述水平的水平轴(Ha ；Hb)和所述竖直的竖直轴(Va ；Vb)基本垂直。
40.根据权利要求39所述的系统，其中，所述至少两个记录装置(la、lb)各自被构造为 视频经纬仪。
全文摘要
本发明涉及将至少一个物体高精度定位到空间中最终位置的方法和系统。工业机器人(11)在抓握公差内抓住并保持物体(12)。为工业机器人(11)确定校正抓握公差用的补偿变量。通过重复下列步骤直到在预先给定的公差内到达最终位置，将物体(12)高精度地调节至最终位置记录装置(1a、1b)检测图像；根据记录装置(1a、1b)的地点(Pa、Pb)、角度测量单元(4a、4b)检出的记录装置(1a、1b)的相机(2a、2b)的角度朝向、该图像及物体(12)上的特征(13)的信息确定出物体(12)在空间坐标系的当前位置；计算物体(12)的当前位置和最终位置之间的位置差值；考虑补偿变量，根据机器人(11)的当前地点和与位置差值相关的变量算出工业机器人(11)的新的目标地点；将工业机器人(11)调节至新的目标地点。
文档编号B25J9/16GK101909828SQ200880123135
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月27日
发明者伯恩哈德·麦茨勒, 克努特·西尔克斯, 波·佩特尔松, 贝亚特·埃比舍尔, 贝恩德·瓦尔泽 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司