專利名稱：：測量頭、測量頭的使用以及用于對柱形的輥子的直徑和位置進行攝影測量的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種測量頭、一種測量系統、用于對連鑄機中的連鑄坯導輥進行掃描的測量頭的使用以及一種用于通過測量系統對柱形的輥子的直徑和位置進行攝影測量的方法。具體來講，本發(fā)明涉及一種用于對柱形的輥子進行掃描的測量頭，該測量頭具有測量頭本體，所述測量頭本體則與至少一個第一探測面剛性地連接。
背景技術：
：由AICON3DSystemsGmbH公司的具有標題“MovelnspectTechnology,ModularportableCMMs^的銷售說明書(參見http://www.aicon.de/daten/downloads/products/MoveInspectTechnology/AIC0N_MIT-brochure_en.pdf)已知一種測量頭，該測量頭具有構造為手柄的測量頭本體，其中所述測量頭本體與唯一的第一探測面剛性地連接。盡管這種測量頭較好地適合于對任意的表面輪廓進行掃描，但是其在柱形的輥子上的運用則是不利的，因為必須對多個(具體來講至少三個)表面點單獨進行掃描，以便能夠對輥子的直徑和位置進行攝影測量。用于對柱形的輥子進行掃描的測量頭未從現有技術中為人所知，該測量頭可以借助于唯一的掃描過程來檢測所述輥子的位置和直徑(也就是說不僅位置而且直徑都通過所述測量頭利用測量系統借助于對輥子實施的唯一的掃描過程來檢測)。由文獻EPO881461A2已知一種用于通過測量系統并且借助于測量頭對表面點進行攝影測量的方法。不過其中未發(fā)現這樣的提示，即應該如何修改已知的方法，從而可以借助于唯一的掃描步驟以及唯一的測量圖像(英語singleshot)來測定柱形的輥子的直徑和位置。
發(fā)明內容本發(fā)明的任務是，提供一種測量頭和一種用于對柱形的輥子的直徑和位置進行攝影測量的方法，從而利用所述測量頭以及測量系統借助于對輥子實施的唯一的掃描步驟并且借助于唯一的測量圖像以較高的精度不僅可以測定所述輥子的位置而且可以測定其直徑。該任務通過一種開頭所提到的類型的測量頭得到解決，其中該測量頭具有一至少兩個第一探測面，所述至少兩個第一探測面與測量頭本體剛性地連接，其中所述輥子的外側面上的至少兩個點能夠同時被所述第一探測面接觸到；一至少一個第二探測面，所述第二探測面與測量臂相連接，其中所述測量臂能夠相對于所述測量頭本體進行運動，使得所述外側面上的至少一個點能夠被所述第二探測面接觸到；以及一多個第一及第二目標元件，其中將至少兩個第一目標元件分配給所述測量頭本體并且將至少一個第二目標元件分配給所述測量臂。所述測量頭的通過測量頭本體以及測量臂實現的特殊的設計方案允許借助于對輥子實施的唯一的掃描過程來對其直徑和位置進行檢測，其中為所述測量頭本體分配了至少兩個第一探測面和兩個第一目標元件，并且其中為所述測量臂分配了至少一個第二探測面和至少一個第二目標元件。所述測量頭本體是作為唯一的構件來實現還是比如通過多個彎板件來實現對所述測量頭的功能來說不重要。通過所述第一探測面來檢測所述輥子的外側面上的至少兩個點。所述輥子的外側面上的另一個點則通過構造成可相對于所述測量頭本體進行運動的測量臂來檢測。因為根據幾何學的法則三個點張緊一個平面，所以由此一方面明確確定所述輥子的位置并且另一方面也明確確定其直徑。所述第一和第二目標元件比如可以構造為反射器、構造為發(fā)射器或者但是也可以構造為所謂的主動式反射器，所述第一和第二目標元件允許測量系統明確地確定輥子的位置和直徑，其中為所述測量頭本體分配了至少兩個、優(yōu)選大于等于四個第一目標元件，并且為所述測量臂分配了至少一個、優(yōu)選大于等于兩個第二目標元件。通過所述測量頭的這種設計方案將用于確定輥子的直徑及位置的時間至少降低到三分之一，因為利用按現有技術的測量頭需要對輥子的外側面實施至少三次單獨的掃描過程。按照一種有利的實施方式，所述測量頭本體具有用于握住測量頭的手柄。由此提高了測量頭的人機工程學效果。根據一種有利的實施方式，所述手柄具有用于觸發(fā)測量系統的攝像頭的觸發(fā)開關，其中所述觸發(fā)開關能夠在信號技術上與所述攝像頭相連接。由此不僅所述輥子的掃描而且測量系統的攝像頭的觸發(fā)都能夠通過唯一的人借助于單手操作來進行。根據一種實施方式，所述測量臂可旋轉地布置在所述測量頭本體上。根據一種作為該實施方式的替代方案的實施方式，所述測量臂可移動地布置在所述測量頭本體上，t匕如將所述測量臂通過預張緊的彈簧壓向所述輥子的外側面。通過第一或者第二探測面的柱形的或者球形的結構來可靠地保證探測面與所述輥子的外側面之間的接觸；由此提高測量的精度。通過所述探測面的具有大于38HRC的硬度的構造，保證了所述測量頭磨損較少，由此在經常使用之后也保證較高的測量精度。根據一種實施方式，第一或者第二目標兀件構造為用于對可見光的范圍內的電磁波、紅外線或者超聲波進行反射的反射器。根據另一種實施方式，第一或第二目標元件構造為用于發(fā)射出在可見光的范圍內的電磁波、紅外線或者超聲波，優(yōu)選發(fā)射出在可見光的范圍內、在激光的波長范圍內的電磁波的發(fā)射器。根據一種有利的實施方式，第一或者第二目標元件不僅具有反射器而且具有發(fā)射器，其中這種組合經常也稱為所謂的“主動式反射器”(比如參見http://www.sy-merger.de/MODS/web-content/Radarreflektor.html)。用于借助于唯一的掃描過程對柱形的輥子的直徑和位置進行攝影測量的測量系統，具有一至少四個能夠定位在所述輥子的空間環(huán)境中的參考目標元件；--個測量頭；一至少一個攝像頭、優(yōu)選至少三個攝像頭，用于拍攝圖像；以及一一個能夠在信號技術上與所述攝像頭相連接的分析單元，其中該分析單元構造成用于對所述輥子的直徑和位置進行攝影測量。所述參考目標元件用于定義靜止的或者移動的攝像頭的相對于測量頭的位置。一個或者優(yōu)選多個攝像頭用于拍攝圖像，從而可以借助于所述分析單元通過攝影測量技術從所述圖像中確定所述輥子的位置和直徑。根據一種簡單的實施方式，所述分析單元構造為PC。由于連鑄機中有許多連鑄坯導輥，這些連鑄坯導輥必須精確地調準或者說在其磨損之后必須重調，所以有利的是，使用所述測量頭或者說測量系統對連鑄機中的連鑄坯導輥進行掃描。當然同樣有利的是，將所述測量頭用于對軋制設備中的輥道輥子進行掃描。所述按本發(fā)明的任務同樣通過一種開頭所述類型的方法得到解決，該方法具有以下步驟一對所述測量系統進行校準，該測量系統具有至少四個參考目標元件、一個測量頭、至少一個攝像頭和一個分析單元；一通過所述測量頭對所述輥子進行掃描，使得所述測量頭的至少兩個第一探測面和至少一個第二探測面接觸到所述輥子的外側面；一借助于所述至少一個攝像頭來拍攝至少一張測量圖像，其中所述測量圖像描繪了至少三個第一和第二目標元件以及多個參考目標元件的成像；一通過在攝影測量學上對測量圖像的分析來測定所述輥子的位置和直徑。有利的是，在對所述測量系統進行校準時實施以下步驟一將參考本體定位在所述輥子的空間上的近處；一將至少四個參考目標元件安置在所述輥子的空間上的近處；一借助于所述至少一個攝像頭來拍攝至少一張參考圖像，其中所述參考圖像至少描繪了所述參考本體以及參考目標元件的成像。參考本體比如由文獻DE102006021063B3已知。通過所述參考本體和參考目標元件的位置來明確地定義攝像頭的相對于參考目標元件的位置。由此在對輥子進行攝影測量的過程中拍攝測量圖像時甚至可以使所述攝像頭相對于輥子進行運動。所述參考目標元件基本上是固定地布置的目標元件(比如反射器或者發(fā)射器，參見權利要求6到7)，所述目標元件比如安置在連鑄坯導引扇形段的扇形段框架上。如果在多張測量圖像的拍攝之間的時間里將攝像頭保持靜止，那么有利的是，在校準之后通過在攝影測量學上對參考圖像的分析來確定所述攝像頭的相對于參考目標元件的位置和方位，其中所述攝像頭的位置和方位是同時確定所述輥子的位置和直徑的基礎。本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征從以下對非限制性的實施例所作的說明中獲得，其中參照以下附圖，附圖示出如下圖Ia是測量頭的第一種構造型式的正視圖Ib是按圖Ia的測量頭的側視圖2a和2b分別是按圖Ia和Ib的測量頭的在對柱形的輥子進行掃描時的正視圖3是測量頭的第二種構造型式的在對輥子進行掃描時的透視圖；圖4是測量頭的第三種構造型式的在對輥子進行掃描時的透視圖5是測量頭的第四種構造型式的透視圖6是具有用于借助于一次唯一的掃描過程對輥子的直徑和位置進行攝影測量的測量系統的一覽圖；并且圖7是用于示出在對測量系統進行校準時采取的步驟的一覽圖。具體實施例方式圖Ia和Ib示出了用于對輥子的直徑和位置進行攝影測量的過程中對柱形的輥子進行掃描的測量頭1的第一種實施方式。所述測量頭I包括由板材制成的剛性的測量頭本體3,該測量頭本體3與兩個第一探測面4a和4b相連接。測量臂7(Messbuegel)能夠通過布置在測量頭本體3上的旋轉軸線17相對于所述測量頭本體3構造成可以運動的，其中在所述測量臂7的一個端部上布置了第二探測面5。為了能夠對所述輥子進行攝影測量，不僅所述測量頭本體3而且所述測量臂7都具有多個目標元件8和9，其中五個目標元件布置在所述測量頭本體3上并且兩個目標元件布置在所述測量臂7上。為了保證所述輥子在所述第一及第二探測面4a、4b和5之間的精確定義的接觸，這些探測面構造為柱形。從圖Ib中可以看出，所述測量頭本體3與手柄10相連接，其中所述手柄10優(yōu)選具有用于觸發(fā)測量系統的攝像頭的觸發(fā)開關11。圖2a和2b示出了按圖Ia和Ib的測量頭I的在分別對一個柱形的連鑄坯導輥2進行掃描時的示意圖。在此將測量頭I安放到輥子6上，使得所述測量頭I通過所述第一探測面4a和4b與處于所述輥子的外側面6上的點P1和P2無間隙地相連接并且通過所述第二探測面5與點P3無間隙地相連接。所述測量臂7連同所述第二目標元件9保證，也可以可靠地測量連鑄坯導輥的不同的直徑(圖2a示出了具有比圖2b更小的直徑的連鑄坯導輥)。在此直徑的變化引起測量臂7的關于所述測量頭本體3的對稱軸線的不同的傾斜位置角度α。圖3示出了測量頭I的第二種構造型式。其相對于按圖Ia和Ib的第一種構造型式的區(qū)別在于，一所述手柄10布置在與所述測量頭本體3相同的平面上，其中所述手柄與所述測量頭3剛性地連接，一不僅所述測量頭本體3而且所述手柄10都具有第一目標元件8，并且一所述第一和第二探測面4a、4b和5都構造為球形。圖4示出了測量頭I的第三種構造型式。該構造型式具有四個第一探測面4a…4d，從而保證了所述第一探測面4a…4d與所述柱形的輥子2的外側面6之間的可靠的接觸。所述測量臂7又可旋轉地與所述測量頭本體3相連接，從而可以由攝影測量的分析單元可靠地并且以更高的精度識別所述輥子2的不同的直徑。圖5示出了測量頭I的第四種構造型式，該測量頭I具有四個第一探測面4a…4d和一個隱蔽在所述測量頭本體3的后面的第二探測面5。為了提高測量系統的識別精度，所述測量頭本體3具有五個第一目標元件并且所述測量臂7總共具有三個第二目標元件9。為了提高測量頭的人機工程學效果(Ergonomie)，所述手柄10相對于所述測量頭本體3具有傾斜的定位角Y。此外在這種實施方式中，所述第一和第二探測面4a…4d、5構造成可更換的，從而在損壞或者磨損的情況下可以容易地將其更換。所有實施方式的共同點是，所述第一和第二目標元件8、9都構造為用于對可見光的范圍內的電磁波進行反射的反射器；作為替代方案，所述目標元件8、9可以構造為發(fā)射器或者構造為所謂的主動式反射器。也可以將電磁波的波長移到紅外線或者超聲波的范圍中。圖6示出了用于借助于對所述輥子實施的唯一的掃描步驟對柱形的輥子2的直徑及位置進行攝影測量的測量系統13。所述測量系統包括攝像頭12、四個構造為反射器、發(fā)射器或者主動式反射器的參考目標元件14、一個測量頭I和一個構造為PC的分析單元15。在對輥子2的直徑和位置進行攝影測量時以如下方式進行處理在對測量系統13進行校準之后，通過測量頭I對所述輥子2進行掃描，使得所述測量頭的至少兩個第一探測面和至少一個第二探測面碰到所述輥子2的外側面。隨后由攝像頭12拍攝測量圖像，其中所述測量圖像至少描繪了所述測量頭I的多個第一及第二目標元件8、9以及多個參考目標元件14的成像。在最簡單的幾何形狀情況下，所述兩個第一探測面和所述第二探測面張緊一個平面，該平面明確定義了所述輥子2的位置。此外，通過所述第一和第二探測面來明確定義所述輥子的直徑。在構造為PC的分析單元16中對所述輥子的位置和直徑進行分析。測量精度的改進可以通過多個攝像頭12和/或多個第一及第二探測面8、9的使用來進行。在校準所述測量系統13時，在將至少四個參考目標元件14和至少一個參考本體16放置在所述輥子2的空間上的近處之后由攝像頭12拍攝所謂的參考圖像。通過所述測量圖像來定義所述攝像頭12的相對于參考目標元件14的位置，從而可以在多張測量圖像的拍攝之間使所述攝像頭12運動。圖7示意性地示出了在校準測量系統時采取的步驟。在此將一個又具有多個目標元件的參考本體16以及至少四個參考目標元件14放置在輥子的空間上的近處。在對連鑄坯導引扇形段的多個連鑄坯導輥進行測量時，特別有意義的是，將所述參考目標元件14固定在扇形段框架上。隨后由至少一個攝像頭(在圖7中是兩個攝像頭12)拍攝至少一張參考圖像，其中所述攝像頭在信號技術上與所述分析單元15相連接。借助于所述參考圖像來對所述測量系統進行充分的校準。附圖標記列表:1測量頭2輥子3測量頭本體4a、4b、4c、4d第一探測面5第二探測面6外側面7測量臂8第一目標元件9第二目標元件10手柄11觸發(fā)開關12攝像頭13測量系統14參考目標元件15分析單元16參考本體17旋轉軸線P1··P5輥子的外側面上的點α、Y角度權利要求1.用于對柱形的輥子(2)進行掃描的測量頭(1)，其具有與至少一個第一探測面(4a、4b、4c、4d)剛性地連接的測量頭本體(3)，其特征在于，一至少兩個第一探測面(4a、4b、4c、4d),所述至少兩個第一探測面(4a、4b、4c、4d)與測量頭本體(3)剛性地連接，其中所述輥子(2)的外側面(6)上的至少兩個點(Pi、P2、P3、P4)能夠同時被所述第一探測面(4a、4b、4c、4d)接觸到；一至少一個第二探測面(5)，所述第二探測面(5)與測量臂(7)相連接，其中所述測量臂(7)能夠相對于所述測量頭本體(3)構造成可以運動的，使得所述外側面(6)上的至少一個點(P3)能夠被所述第二探測面(5)接觸到；以及一多個第一及第二目標元件(8、9)，其中將至少兩個第一目標元件(8)分配給所述測量頭本體(3)并且將至少一個第二目標元件(9)分配給所述測量臂(7)。2.按權利要求I所述的測量頭，其特征在于，所述測量頭(I)具有用于握住該測量頭(I)的手柄(10)。3.按權利要求2所述的測量頭，其特征在于，所述手柄(10)具有用于觸發(fā)測量系統(13)的攝像機(12)的觸發(fā)開關(11)，其中所述觸發(fā)開關(11)能夠在信號技術上與所述攝像機(12)相連接。4.按權利要求I到3中任一項所述的測量頭，其特征在于，所述測量臂(7)可旋轉地布置在所述測量頭本體(3)上。5.按權利要求I到3中任一項所述的測量頭，其特征在于，所述測量臂(7)可移動地布置在所述測量頭本體(3)上。6.按前述權利要求中任一項所述的測量頭，其特征在于，第一或者第二探測面(4a-4d、5)構造為柱形或者球形。7.按權利要求I到6中任一項所述的測量頭，其特征在于，第一或者第二目標元件(8、9)構造為用于對可見光范圍內的電磁波、紅外線或者超聲波進行反射的反射器。8.按權利要求I到7中任一項所述的測量頭，其特征在于，第一或者第二目標元件(8、9)構造為用于發(fā)射出可見光的范圍內的電磁波、紅外線或者超聲波的發(fā)射器。9.測量系統(13)，用于借助于唯一的掃描過程對柱形的輥子(2)的直徑和位置進行攝影測量，所述測量系統(13)具有一至少四個能夠定位在所述輥子(2)的空間環(huán)境中的參考目標元件(14)；一一個按權利要求I到8中任一項所述的測量頭(I)；一至少一個攝像頭(12)，優(yōu)選至少三個攝像頭，用于拍攝圖像；一一個能夠在信號技術上與所述攝像頭(12)相連接的分析單元(15)，其中該分析單元(15)構造成用于對所述輥子(2)的直徑和位置進行攝影測量。10.使用按權利要求I到8中任一項所述的測量頭(I)對連鑄機中的連鑄坯導輥進行掃描。11.用于通過按權利要求9所述的測量系統(13)來對柱形的輥子(2)的直徑和位置進行攝影測量的方法，其特征在于以下步驟一對所述測量系統(13)進行校準，該測量系統(13)具有至少四個參考目標元件(14)、一個測量頭(I)、至少一個攝像頭(12)和一個分析單元(15);一通過按權利要求I到8中任一項所述的測量頭(I)對所述輥子(2)進行掃描，從而使得所述測量頭(I)的至少兩個第一探測面(4a…4d)和至少一個第二探測面(5)接觸到所述輥子(2)的外側面(6)；一借助于所述至少一個攝像頭(12)來拍攝至少一張測量圖像，其中所述測量圖像描繪了所述測量頭(I)的至少三個第一和第二目標元件(8、9)以及多個參考目標元件(14)的成像；一通過在攝影測量學上對測量圖像的分析來確定所述輥子(2)的位置和直徑。12.按權利要求11所述的方法，其特征在于，在對所述測量系統(13)進行校準時實施以下步驟一將參考本體(16)定位在所述輥子(2)的空間上的近處；一將至少四個參考目標元件(14)安置在所述輥子(2)的空間上的近處；一借助于所述至少一個攝像頭(12)來拍攝至少一張參考圖像，其中所述參考圖像至少描繪了所述參考本體(16)以及參考目標元件(14)的成像。13.按權利要求12所述的方法，其特征在于，在拍攝參考圖像之后移除或者遮蓋所述參考本體(16)。14.按權利要求12所述的方法，其特征在于，在校準之后通過在攝影測量學上對所述參考圖像的分析來確定所述攝像頭(12)的相對于參考目標元件(14)的位置和方位，其中所述攝像頭(12)的方位和位置是同時確定所述輥子(2)的位置和直徑的基礎。全文摘要本發(fā)明涉及一種測量頭(1)、使用所述測量頭(1)用于對連鑄坯導輥進行掃描并且本發(fā)明涉及一種用于通過測量系統(13)對柱形的輥子(2)的直徑和位置進行攝影測量的方法。本發(fā)明的任務是提供一種測量頭(1)，從而利用該測量頭(1)和測量系統(13)借助于對輥子(2)實施的唯一的掃描步驟并且借助于唯一的測量圖像以較高的精度不僅可以測定所述輥子(2)的位置而且可以測定所述輥子的直徑。該任務通過一種測量頭(1)得到解決，該測量頭(1)具有－至少兩個第一探測面(4a…4d)，所述至少兩個第一探測面(4a…4d)與測量頭本體(3)剛性地連接，其中所述輥子(2)的外側面(6)上的至少兩個點(P1、P2)能夠同時被所述第一探測面接觸到；－至少一個第二探測面(5)，該第二探測面(5)與測量臂(7)相連接，其中所述測量臂(7)能夠相對于所述測量頭本體(3)進行運動，使得所述外側面(6)上的至少一個點(P3)能夠被所述第二探測面(5)接觸到；以及－多個第一及第二目標元件(8、9)，其中將至少兩個第一目標元件(8)分配給所述測量頭本體(3)并且將至少一個第二目標元件(9)分配給所述測量臂(7)。文檔編號G01B11/00GK102620652SQ20121002028公開日2012年8月1日申請日期2012年1月29日優(yōu)先權日2011年1月25日發(fā)明者J.羅蘭,W.豪斯萊特納申請人:西門子Vai金屬科技有限責任公司