[发明专利]用于检测工件几何形状的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在工件加工过程中检测工件几何形状的系统和方法以及一种包括所述系统的机床。

背景技术

举例而言，本发明应用于通过一个专用机床制造一个组件的过程，在此过程中，用于制造所述组件的坯件的几何形状必须为已知信息，这样才能确定一种适当的制造策略。一种适当的制造策略的选择不仅与所述待制造组件的预期几何形状(即所谓的标称几何形状)有关，还与所述基础坯件的体积和几何形状有关。特别是当所述坯件通过铸造法制成时，所述坯件的几何形状有可能会发生相当可观地变化。考虑到这些铸件之间的差异，人们常常希望能研制出一种适当的、面向所述坯件几何形状的制造策略。其前提是在加工过程开始之前就已获知每个工件或每个坯件的几何形状。

在用一种专用机床实施一个生产步骤之前就已获知所述坯件的几何形状，这对于切削加工而言特别理想。其中，基础工件的几何形状与成品组件的几何形状之间的差别决定了所谓的组件加工余量。这些组件加工余量是一种用于衡量制造过程中实际需要切削的组件体积的尺度。举例而言，为了在用一种数控机器进行生产的过程中实现制造策略的最佳选择，应在选择数控程序和加工工具时将这些组件加工余量考虑在内。

目前一般通过一种机械测量系统或加工余量表(适用于铸件)来确定所述坯件的几何形状，进而确定所述待制造组件的加工余量。使用机械测量系统时，用一种测量头扫描基础工件。为了尽可能精准地确定坯件的几何形状，通常需要重复多次地接触所述工件。

发明内容

本发明的目的是提供一种能以更简单的方式确定适用于工件加工的制造策略的方法。

这个目的通过一种用于确定一个工件因一个加工步骤而产生的几何形状变化的系统而达成，所述系统包括：

-至少一个摄像机，所述摄像机用于在所述加工步骤开始之前为所述工件摄制至少一个图像，

-一个用于存储标称几何值的存储区，这些标称几何值是所述加工步骤结束后所述工件应该具有的几何值，

-确定构件，该确定构件用于根据所述至少一个图像确定工件几何值，这些工件几何值是所述加工步骤开始之前所述工件具有的几何值，

-计算构件，该计算构件用于计算用以描述所述工件几何值与所述标称几何值之差的几何差值。

此外，上述目的还通过一种用于确定一个工件因一个加工步骤而产生的几何形状变化的方法而达成，所述方法包括以下处理步骤：

-在所述加工步骤开始之前借助至少一个摄像机为所述工件摄制至少一个图像，

-根据所述至少一个图像确定工件几何值，这些工件几何值是所述加工步骤开始之前所述工件所具有的几何值，以及

-计算用以描述所述工件几何值与标称几何值之差的几何差值，所述标称几何值是所述加工步骤结束后所述工件应该具有的几何值。

在对(例如)用一个机床实施的一个生产步骤进行优化时，所获知的几何差值(即加工前后的工件几何形状之差)是一个重要的输入量。因此本发明认为，通过一种视觉法可特别有效、特别快速地确定这些几何差值。为此须先借助至少一个摄像机为待加工工件摄制一个图像。当然，也可视需要在所述工件上实施的具体加工步骤而定为所述工件摄制多个图像。一般情况下，借助所述摄像机为所述工件摄制不同角度的图像，是有利的。其实现方式(例如)为，转动所述摄像机或改变所述工件位置。除此之外，所述系统也可包括多个摄像机，这样就可用一个以上的摄像机为所述工件摄制不同角度的图像。

随后根据所述工件的一个或两个以上图像确定工件几何值，这些工件几何值说明的是所述加工步骤开始之前所述工件具有的几何形状。

待制造组件在所述加工步骤结束后的预期几何形状以标称几何值的形式存储在所述存储区内。作为优化所述制造策略的基本步骤，须在所述标称几何值与所述工件几何值之间求差。求差的结果用所述几何差值表示。

与现有技术中的已知方法相比，此处所说明的用于检测工件几何形状的光学系统的优点在于，对所述几何形状进行视觉检测比用测量头扫描所述工件的几何形状明显更快。使用已知的机械方法时，通常需要多次接触坯件或工件才能确定所述坯件或所述工件的几何形状。为避免发生碰撞，采用这种基于接触的坯件几何形状确定方法时，只能使所用测量探头极其缓慢地与所述工件相接触。因此，与本发明的检测工件几何形状的方法相比，现有技术中的这些已知方法明显更为耗时。