CN101140894A - 用于校准装置的方法、用于校准多个并排放置的装置的方法以及适于实施这种方法的物体 - Google Patents

Abstract

一种用于校准包括照相机的至少一个装置(2)的方法，其中使具有至少一个基准元件(4、11、12、13、14)的物体(3、10)进入所述照相机的成像区域内。从所述照相机得到的图像(5、6、8、9、15、16)中确定所述基准元件(4、11、12、13、14)相对于所述装置(2)的第一位置。随后对所述物体(3、10)施加相对于所述装置(2)的位移。从所述照相机得到的第二图像(5、6、8、9、15、16)中确定所述基准元件(4、11、12、13、14)相对于所述装置(2)的第二位置。由所述第一位置和所述第二位置确定所述物体(3、10)(3)相对于所述装置(2)的实际位移，将所述实际位移与所述施加的位移进行比较。

Description

用于校准装置的方法、用于校准多个并排放置的装置的方法以及适于实施这种方法的物体

技术领域

本发明涉及一种校准至少一个包括照相机的装置的方法。

本发明还涉及一种用于校准多个并排放置且分别包括照相机的装置的方法。

本发明进一步涉及一种适于应用于这种方法的物体。

背景技术

利用装置将部件安放到基底上在本质上是已公知的。至少一部分基底被属于该机器的照相机感知到，其后装置受到驱动以使得部件可被放置在基底上并处于所需位置。

随后基底相对于该装置进行移动，其后部件再次被放置在基底上。一旦已通过照相机确定了基底相对于装置的初始位置，则随后通过驱动装置使基底移至相对于装置的任何所需位置。如果基底相对于装置发生移动，那么重要的是确定该施加的位移也得到真正的实施。为此目的，所述装置需要进行校准。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，通过所述方法，所述装置可以简单方式进行校准。

通过根据本发明的方法实现该目的原因在于，使得具有至少一个基准元件的物体进入照相机的成像区域内，其后从所述照相机所得到的图像确定所述基准元件相对于所述装置的第一位置，随后在所述物体上施加相对于所述装置的位移，从所述照相机所得到的第二图像确定所述基准元件相对于所述装置的第二位置，其后由所述第一和第二相对位置确定所述物体相对于所述装置的实际位移，将所述实际位移与所述施加位移进行比较。

如果所述实际位移对应于所述施加位移且当所述装置随后被用于例如将部件安放到基底上时，那么可以假定当所述基底进行移动时，该基底实际上进行了该所需位移。

如果所述实际位移不对应于所述施加位移，那么应该检查是什么原因导致产生这种偏差且所述装置可根据需要进行调整。然而，另一种可选方式是，可能基于感知的所述实际位移和所述施加位移之间的差别调整施加位移，以使得到那时实现所需实际位移。

所述方法适于单个装置或多个并排直立且分别包括照相机的装置。

当使用多个并排设置的装置时，可独立地对每个装置进行校准。然而如果基底通过多个装置同时设有部件，那么考虑所述装置相互依赖的位置也是重要的。

因此，本发明的目的在于提供一种方法，在所述方法中，多个并排安装的装置可以相对简单和准确的方式相对于彼此进行校准。

所述物体上的所述基准元件具有固定的相互位置。通过多个照相机摄取所述物体的多个图像，同时在每个图像中至少一个基准元件可被感知，现在可由每个图像确定所述相关基准元件相对于所述装置的相对位置。由于所述物体上的所述基准元件的相互位置是已公知的或可以确定，因此可从可得到的信息中获得所述装置的相互位置。

根据本发明的方法的一个实施例，其特征在于，所述物体包括至少四个基准元件，所述基准元件的相互位置是已公知的，至少两个基准元件被感知，同时借助照相机摄取图像。

基于至少两个基准元件的位置以及所述基准元件的相互位置，可以简单的方式确定承载基准元件的物体相对于所述装置的取向。为了校准单个装置，例如可能首先感知所有四个基准元件，而一旦发生位移，那么不超过两个基准元件被感知。因此可能由所述装置执行对位移的准确校准。

如果不得不对至少两个相邻装置进行校准，那么例如首先可通过第一装置的照相机产生图像，而所有的基准元件可在图像中被感知。随后所述物体移动至某个位置，在所述位置处通过第一照相机感知两个基准元件，而与此同时通过位于其附近的装置的照相机感知其它基准元件。

由于可从首先产生的图像中确定所述基准元件相对于彼此的相互位置，因此可简单地由两个基准元件随后分别产生的图像获得所述装置相对于彼此的相互位置。

根据本发明的方法的另一个实施例，其特征在于，可由照相机产生的图像确定所述基准元件相对于彼此的位置。

通过这种方式，借助位于所述装置上的照相机确定所述基准元件相对于彼此的相互位置。因此，这些相互位置不需预先进行确定。其优点在于如果物体由于温度变化而已产生收缩或膨胀，这不会影响校准方法的准确性，这是因为所述基准元件的相互位置刚好在校准所述装置之前已得到确定。

本发明另一个目的是提供一种可以简单的方式对装置进行校准的物体。

对于根据本发明的物体，该目的的实现在于所述物体包括多个基准元件。

按照这种方式，有可能应用一种物体，所述物体容纳可清楚感知的基准元件，借助照相机可相对良好地感知所述基准元件，且它们的相互位置可由通过照相机产生的图像准确确定。物体可以是其上要安装部件的基底，或是被专门制造用于进行校准的产品。

根据本发明的物体的一个实施例，其特征在于，所述物体是平板，在所述平板上引入了多个用作基准元件的标记元件。

这种具有相对大量基准元件的物体可以简单方式进行制造，且适于被多个照相机感知，所述照相机被安装在多个布置成并排阵列的装置上。此外，通过这种物体，可以相对准确和快捷的方式确定装置的相互位置。

附图说明

下面，结合附图对本发明进行进一步说明，其中：

图1示出了多个并排安放的装置和物体的俯视图，所述物体具有设置在其中的基准元件；

图2示出了由两个并排装置形成的图像；

图3A示出了多个并排安放的装置以及移动通过所述装置的物体；

图3B示出了曲线图，图中绘出了在物体移动通过装置的过程中在Y方向上的偏差；

图4示出了位移前和位移后形成的物体的两个图像；和

图5示出了处于相对于两个装置的两个不同位置的物体的图像。

图中使用相似的附图标记表示相似的元件。

具体实施方式

图1示出了包括多个并排放置的装置2的部件安放机器1。每个装置2包括照相机以及安放单元，部件通过所述安放单元可被安放在基底上。这种装置本质上是已公知的且将因此不进行进一步说明。部件安放装置1容纳盘状物体3，在所述物体上大量基准元件4被设置在栅格中。这些基准元件可以是十字、圆点、块等。如图1所示，物体3在箭头X所示的方向上的长度L长于单个装置2的宽度B。结果是，物体3位于多个装置2中且可在每个装置2中通过相关的照相机被感知。

现在如果各个基准元件4相对于彼此的位置是已公知的或被确定，那么可以简单的方式确定装置2相对于彼此的位置。

图2示出了两个坐标系X1-Y1和X2-Y2，所述坐标系属于两个不同的装置2。在图2所示的情况下，轴X1与轴X围起的角度和与轴X2围起的角度相比不同。因此，X1-Y1坐标系中的位置不能仅仅类似地被转换成坐标系X2-Y2。

为了相对于彼此分别校准属于装置2的两个坐标系X1-Y1和X2-Y2，也就是说确定相互关系，借助属于相关装置的照相机形成图像5、6。从图像5、6中确定了存在于图像5、6中的基准元件4分别相对于坐标系X1-Y1和X2-Y2的相对位置。存在于图像5中的基准元件4相对于物体3位于坐标系Xr1-Yr1中，而存在于图像6中的标记元件4相对于物体3位于坐标系Xr2-Yr2中。例如由于在将物体3安放在机器1中之前测量了相互位置，因此坐标系Xr1-Yr1和Xr2-Yr2相对于彼此的位置本质上是已公知的。可由基准元件相对于坐标系X1-Y1和坐标系X2-Y2的位置以及存在于图像5中的基准元件和存在于图像6中的基准元件之间本质上已公知的相互位置确定坐标系X1-Y1相对于坐标系X2-Y2的位置。在这方面，使用已公知例如来自机器人技术的技术，例如齐次坐标变换。在图2所示的位置处，仅示出了两个图像5、6。在图1所示的部件安放机器1中，属于每个装置2的照相机同时形成了物体3的图像，以使得获得四个图像。可由这四个图像获得属于每个装置2的坐标系的相互位置。每个坐标系相对于X-Y坐标系的位置和取向可被确定或坐标系的位置可与属于装置2的坐标系，例如X1-Y1相关。

图3A示出了部件安放机器1的俯视图，所述部件安放机器1包括12个并排安放的装置2。物体3的长度L大于单个装置2的宽度B，但小于部件安放机器1的总长度12B。输送装置(未示出)沿箭头P1所示的方向输送物体3通过部件安放机器1，其中物体3总是位于多个装置2中，且因此总是被属于装置2的多个照相机感知。以与结合图1和图2所述方式相同的方式，可计算出属于每个装置2的坐标系的相对相互位置和取向。此外，有可能检查输送装置借助获得的图像沿箭头P1所示的方向传输物体3所具有的准确度。如果在物体3已经沿箭头P1所示的方向移动之前和之后，都通过属于装置2的照相机形成图像，那么就有可能由该图像确定已经实际实现的位移。如果输送装置适当作用，那么物体3将仅沿X方向进行所需预定距离的位移，且不发生沿Y方向的位移。然而，由于输送装置存在不准确性，仍可存在沿X方向10Fm、沿Y方向100Fm和沿方向0.05mrad数量级的相对较小的偏差。Y方向的偏差dy被绘制在图3B所示的曲线图中，其中偏差dy是输送装置位置的函数。可按照相似的方式确定沿X和方向的偏差。在时间t1和t2处，物体3沿箭头P1所示方向的位移由包括例如以步进方式移动的夹紧元件的杆的输送装置的另一个部分接替。该杆在单次移动中从右手端位置移动回左手端位置。基底随后由夹紧元件暂时支承。这种类型的输送装置在本质上是已公知的且将不进行进一步详细说明。更重要地，利用根据本发明的方法可确定由输送装置导致的偏差。

基于由此获得的信息，当部件借助装置2被安放在基底上时，有可能考虑沿X、Y和方向的偏差，基底将相对于预期位置具有所述方向，以使得在考虑这些偏差的同时部件仍可被安放在基底上的所需位置处。

图4示出了其上具有基准元件4的物体3的两个图像，其中所述图像是分别在沿箭头P1所示方向的位移之前和之后得到的。所述图像包括由属于装置2的照相机获得的多个图像。从图4所示的图像中，可清楚地看到作为旨在沿纯X方向的位移P1的结果，基底还经历了沿Y方向的位移和沿方向的转动。另一种可选方式是，图像中基准元件之间的距离与实际距离不同是可能的。

在图1-图4所示的图像中，使用了在栅格中容纳多个基准元件4的盘状物体3。盘状物体3例如可以是玻璃盘。盘状物体3被特别制造用于校准所述装置且包括相对大量的可清楚感知的基准元件。

然而，另一种可选方式是，有可能利用要在其上安放部件的基底进行校准。

在图5所示的位置处，借助属于装置2的照相机已得到了图像8、9。图像8、9示出了基底10，在所述基底上存在用作基准元件的多个部件11、12、13、14。这些元件11-14例如可以是被安放在基底10上的部件、在基底上存在的导电迹线等。从图像8中获得了元件11-14相对于由元件11-12限定出的坐标系Xr1-Yr1的相互位置。还计算出元件11-14相对于属于装置2的坐标系X1-Y1的位置。元件11-14的位置不能由图像9确定。

随后基底10沿箭头P2所示的方向移动。在基底10的该位置处，通过已经获得图像8、9的相同装置2获得图像15、16。基底10进行移动以使得现在用作基准元件的两个元件11、12可在图像15中感知且用作基准元件的两个元件13、14可在图像16中感知。再次确定元件11、12相对于坐标系X1-Y1的位置。由元件11、12分别在图像8和图像15中的位置可确定基底10的实际位移。由图像16计算出元件13、14相对于属于图像16的坐标系X2-Y2的位置。由于元件13、14相对于元件11、12的位置没有改变且已经从图像8中确定，因此随后有可能由现有信息确定坐标系X2-Y2相对于坐标系X1-Y1的位置。如果坐标系X2-Y2的位置相对于坐标系X1-Y1位于预期位置处，那么基准元件13、14将相对于预期坐标系位于位置13′、14′处。由基准元件13、14和13′、14′的相互位置可确定坐标系X2-Y2相对于坐标系X2-Y2相对于坐标系X1-Y1的预期位置的实际位置。

另一种可选方式是，可以考虑多于四个元件作为基准元件，由此提高准确性。

Claims (4)

1.一种用于校准多个并排放置且分别包括照相机的装置(2)的方法，其特征在于，使具有相互位置已公知的基准元件(4、11、12、13、14)的物体(3、10)分别进入至少第一装置和第二装置(2)的至少第一和第二照相机的成像区域内，其后由第一照相机得到的图像确定至少一个第一基准元件(4、11、12)相对于所述第一装置(2)的第一位置，由第二照相机得到的图像确定至少一个第二基准元件(4、13、14)相对于所述第二装置(2)的第二位置，其后由所述第一和第二基准元件(4、11、12、13、14)的所述第一位置和所述第二位置确定所述第二装置(2)相对于所述第一装置(2)的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在已由第一和第二照相机成像后，对所述物体(3、10)施加相对于所述装置(2)的位移并且由所述第一和第二照相机获得所述基准元件(4、11、12、13、14)的进一步的图像。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述物体(3、10)具有至少四个基准元件(4、11、12、13、14)，它们相对于彼此的位置是已公知的，同时在借助所述照相机获得图像(5、6、8、9、15、16)的过程中至少两个基准元件(4、11、12、13、14)被感知。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由借助所述照相机获得的图像(5、6、8、9、15、16)确定所述基准元件(4、11、12、13、14)相对于彼此的位置。

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