专利名称：：测量头、测量头的使用以及用于对柱形的辊子的直径和位置进行摄影测量的方法
技术领域：
：本发明涉及一种测量头、一种测量系统、用于对连铸机中的连铸坯导辊进行扫描的测量头的使用以及一种用于通过测量系统对柱形的辊子的直径和位置进行摄影测量的方法。具体来讲，本发明涉及一种用于对柱形的辊子进行扫描的测量头，该测量头具有测量头本体，所述测量头本体则与至少一个第一探测面刚性地连接。
背景技术：
：由AICON3DSystemsGmbH公司的具有标题“MovelnspectTechnology,ModularportableCMMs^的销售说明书(参见http://www.aicon.de/daten/downloads/products/MoveInspectTechnology/AIC0N_MIT-brochure_en.pdf)已知一种测量头，该测量头具有构造为手柄的测量头本体，其中所述测量头本体与唯一的第一探测面刚性地连接。尽管这种测量头较好地适合于对任意的表面轮廓进行扫描，但是其在柱形的辊子上的运用则是不利的，因为必须对多个(具体来讲至少三个)表面点单独进行扫描，以便能够对辊子的直径和位置进行摄影测量。用于对柱形的辊子进行扫描的测量头未从现有技术中为人所知，该测量头可以借助于唯一的扫描过程来检测所述辊子的位置和直径(也就是说不仅位置而且直径都通过所述测量头利用测量系统借助于对辊子实施的唯一的扫描过程来检测)。由文献EPO881461A2已知一种用于通过测量系统并且借助于测量头对表面点进行摄影测量的方法。不过其中未发现这样的提示，即应该如何修改已知的方法，从而可以借助于唯一的扫描步骤以及唯一的测量图像(英语singleshot)来测定柱形的辊子的直径和位置。
发明内容本发明的任务是，提供一种测量头和一种用于对柱形的辊子的直径和位置进行摄影测量的方法，从而利用所述测量头以及测量系统借助于对辊子实施的唯一的扫描步骤并且借助于唯一的测量图像以较高的精度不仅可以测定所述辊子的位置而且可以测定其直径。该任务通过一种开头所提到的类型的测量头得到解决，其中该测量头具有一至少两个第一探测面，所述至少两个第一探测面与测量头本体刚性地连接，其中所述辊子的外侧面上的至少两个点能够同时被所述第一探测面接触到；一至少一个第二探测面，所述第二探测面与测量臂相连接，其中所述测量臂能够相对于所述测量头本体进行运动，使得所述外侧面上的至少一个点能够被所述第二探测面接触到；以及一多个第一及第二目标元件，其中将至少两个第一目标元件分配给所述测量头本体并且将至少一个第二目标元件分配给所述测量臂。所述测量头的通过测量头本体以及测量臂实现的特殊的设计方案允许借助于对辊子实施的唯一的扫描过程来对其直径和位置进行检测，其中为所述测量头本体分配了至少两个第一探测面和两个第一目标元件，并且其中为所述测量臂分配了至少一个第二探测面和至少一个第二目标元件。所述测量头本体是作为唯一的构件来实现还是比如通过多个弯板件来实现对所述测量头的功能来说不重要。通过所述第一探测面来检测所述辊子的外侧面上的至少两个点。所述辊子的外侧面上的另一个点则通过构造成可相对于所述测量头本体进行运动的测量臂来检测。因为根据几何学的法则三个点张紧一个平面，所以由此一方面明确确定所述辊子的位置并且另一方面也明确确定其直径。所述第一和第二目标元件比如可以构造为反射器、构造为发射器或者但是也可以构造为所谓的主动式反射器，所述第一和第二目标元件允许测量系统明确地确定辊子的位置和直径，其中为所述测量头本体分配了至少两个、优选大于等于四个第一目标元件，并且为所述测量臂分配了至少一个、优选大于等于两个第二目标元件。通过所述测量头的这种设计方案将用于确定辊子的直径及位置的时间至少降低到三分之一，因为利用按现有技术的测量头需要对辊子的外侧面实施至少三次单独的扫描过程。按照一种有利的实施方式，所述测量头本体具有用于握住测量头的手柄。由此提高了测量头的人机工程学效果。根据一种有利的实施方式，所述手柄具有用于触发测量系统的摄像头的触发开关，其中所述触发开关能够在信号技术上与所述摄像头相连接。由此不仅所述辊子的扫描而且测量系统的摄像头的触发都能够通过唯一的人借助于单手操作来进行。根据一种实施方式，所述测量臂可旋转地布置在所述测量头本体上。根据一种作为该实施方式的替代方案的实施方式，所述测量臂可移动地布置在所述测量头本体上，t匕如将所述测量臂通过预张紧的弹簧压向所述辊子的外侧面。通过第一或者第二探测面的柱形的或者球形的结构来可靠地保证探测面与所述辊子的外侧面之间的接触；由此提高测量的精度。通过所述探测面的具有大于38HRC的硬度的构造，保证了所述测量头磨损较少，由此在经常使用之后也保证较高的测量精度。根据一种实施方式，第一或者第二目标兀件构造为用于对可见光的范围内的电磁波、红外线或者超声波进行反射的反射器。根据另一种实施方式，第一或第二目标元件构造为用于发射出在可见光的范围内的电磁波、红外线或者超声波，优选发射出在可见光的范围内、在激光的波长范围内的电磁波的发射器。根据一种有利的实施方式，第一或者第二目标元件不仅具有反射器而且具有发射器，其中这种组合经常也称为所谓的“主动式反射器”(比如参见http://www.sy-merger.de/MODS/web-content/Radarreflektor.html)。用于借助于唯一的扫描过程对柱形的辊子的直径和位置进行摄影测量的测量系统，具有一至少四个能够定位在所述辊子的空间环境中的参考目标元件；--个测量头；一至少一个摄像头、优选至少三个摄像头，用于拍摄图像；以及一一个能够在信号技术上与所述摄像头相连接的分析单元，其中该分析单元构造成用于对所述辊子的直径和位置进行摄影测量。所述参考目标元件用于定义静止的或者移动的摄像头的相对于测量头的位置。一个或者优选多个摄像头用于拍摄图像，从而可以借助于所述分析单元通过摄影测量技术从所述图像中确定所述辊子的位置和直径。根据一种简单的实施方式，所述分析单元构造为PC。由于连铸机中有许多连铸坯导辊，这些连铸坯导辊必须精确地调准或者说在其磨损之后必须重调，所以有利的是，使用所述测量头或者说测量系统对连铸机中的连铸坯导辊进行扫描。当然同样有利的是，将所述测量头用于对轧制设备中的辊道辊子进行扫描。所述按本发明的任务同样通过一种开头所述类型的方法得到解决，该方法具有以下步骤一对所述测量系统进行校准，该测量系统具有至少四个参考目标元件、一个测量头、至少一个摄像头和一个分析单元；一通过所述测量头对所述辊子进行扫描，使得所述测量头的至少两个第一探测面和至少一个第二探测面接触到所述辊子的外侧面；一借助于所述至少一个摄像头来拍摄至少一张测量图像，其中所述测量图像描绘了至少三个第一和第二目标元件以及多个参考目标元件的成像；一通过在摄影测量学上对测量图像的分析来测定所述辊子的位置和直径。有利的是，在对所述测量系统进行校准时实施以下步骤一将参考本体定位在所述辊子的空间上的近处；一将至少四个参考目标元件安置在所述辊子的空间上的近处；一借助于所述至少一个摄像头来拍摄至少一张参考图像，其中所述参考图像至少描绘了所述参考本体以及参考目标元件的成像。参考本体比如由文献DE102006021063B3已知。通过所述参考本体和参考目标元件的位置来明确地定义摄像头的相对于参考目标元件的位置。由此在对辊子进行摄影测量的过程中拍摄测量图像时甚至可以使所述摄像头相对于辊子进行运动。所述参考目标元件基本上是固定地布置的目标元件(比如反射器或者发射器，参见权利要求6到7)，所述目标元件比如安置在连铸坯导引扇形段的扇形段框架上。如果在多张测量图像的拍摄之间的时间里将摄像头保持静止，那么有利的是，在校准之后通过在摄影测量学上对参考图像的分析来确定所述摄像头的相对于参考目标元件的位置和方位，其中所述摄像头的位置和方位是同时确定所述辊子的位置和直径的基础。本发明的其它优点和特征从以下对非限制性的实施例所作的说明中获得，其中参照以下附图，附图示出如下图Ia是测量头的第一种构造型式的正视图Ib是按图Ia的测量头的侧视图2a和2b分别是按图Ia和Ib的测量头的在对柱形的辊子进行扫描时的正视图3是测量头的第二种构造型式的在对辊子进行扫描时的透视图；图4是测量头的第三种构造型式的在对辊子进行扫描时的透视图5是测量头的第四种构造型式的透视图6是具有用于借助于一次唯一的扫描过程对辊子的直径和位置进行摄影测量的测量系统的一览图；并且图7是用于示出在对测量系统进行校准时采取的步骤的一览图。具体实施例方式图Ia和Ib示出了用于对辊子的直径和位置进行摄影测量的过程中对柱形的辊子进行扫描的测量头1的第一种实施方式。所述测量头I包括由板材制成的刚性的测量头本体3,该测量头本体3与两个第一探测面4a和4b相连接。测量臂7(Messbuegel)能够通过布置在测量头本体3上的旋转轴线17相对于所述测量头本体3构造成可以运动的，其中在所述测量臂7的一个端部上布置了第二探测面5。为了能够对所述辊子进行摄影测量，不仅所述测量头本体3而且所述测量臂7都具有多个目标元件8和9，其中五个目标元件布置在所述测量头本体3上并且两个目标元件布置在所述测量臂7上。为了保证所述辊子在所述第一及第二探测面4a、4b和5之间的精确定义的接触，这些探测面构造为柱形。从图Ib中可以看出，所述测量头本体3与手柄10相连接，其中所述手柄10优选具有用于触发测量系统的摄像头的触发开关11。图2a和2b示出了按图Ia和Ib的测量头I的在分别对一个柱形的连铸坯导辊2进行扫描时的示意图。在此将测量头I安放到辊子6上，使得所述测量头I通过所述第一探测面4a和4b与处于所述辊子的外侧面6上的点P1和P2无间隙地相连接并且通过所述第二探测面5与点P3无间隙地相连接。所述测量臂7连同所述第二目标元件9保证，也可以可靠地测量连铸坯导辊的不同的直径(图2a示出了具有比图2b更小的直径的连铸坯导辊)。在此直径的变化引起测量臂7的关于所述测量头本体3的对称轴线的不同的倾斜位置角度α。图3示出了测量头I的第二种构造型式。其相对于按图Ia和Ib的第一种构造型式的区别在于，一所述手柄10布置在与所述测量头本体3相同的平面上，其中所述手柄与所述测量头3刚性地连接，一不仅所述测量头本体3而且所述手柄10都具有第一目标元件8，并且一所述第一和第二探测面4a、4b和5都构造为球形。图4示出了测量头I的第三种构造型式。该构造型式具有四个第一探测面4a…4d，从而保证了所述第一探测面4a…4d与所述柱形的辊子2的外侧面6之间的可靠的接触。所述测量臂7又可旋转地与所述测量头本体3相连接，从而可以由摄影测量的分析单元可靠地并且以更高的精度识别所述辊子2的不同的直径。图5示出了测量头I的第四种构造型式，该测量头I具有四个第一探测面4a…4d和一个隐蔽在所述测量头本体3的后面的第二探测面5。为了提高测量系统的识别精度，所述测量头本体3具有五个第一目标元件并且所述测量臂7总共具有三个第二目标元件9。为了提高测量头的人机工程学效果(Ergonomie)，所述手柄10相对于所述测量头本体3具有倾斜的定位角Y。此外在这种实施方式中，所述第一和第二探测面4a…4d、5构造成可更换的，从而在损坏或者磨损的情况下可以容易地将其更换。所有实施方式的共同点是，所述第一和第二目标元件8、9都构造为用于对可见光的范围内的电磁波进行反射的反射器；作为替代方案，所述目标元件8、9可以构造为发射器或者构造为所谓的主动式反射器。也可以将电磁波的波长移到红外线或者超声波的范围中。图6示出了用于借助于对所述辊子实施的唯一的扫描步骤对柱形的辊子2的直径及位置进行摄影测量的测量系统13。所述测量系统包括摄像头12、四个构造为反射器、发射器或者主动式反射器的参考目标元件14、一个测量头I和一个构造为PC的分析单元15。在对辊子2的直径和位置进行摄影测量时以如下方式进行处理在对测量系统13进行校准之后，通过测量头I对所述辊子2进行扫描，使得所述测量头的至少两个第一探测面和至少一个第二探测面碰到所述辊子2的外侧面。随后由摄像头12拍摄测量图像，其中所述测量图像至少描绘了所述测量头I的多个第一及第二目标元件8、9以及多个参考目标元件14的成像。在最简单的几何形状情况下，所述两个第一探测面和所述第二探测面张紧一个平面，该平面明确定义了所述辊子2的位置。此外，通过所述第一和第二探测面来明确定义所述辊子的直径。在构造为PC的分析单元16中对所述辊子的位置和直径进行分析。测量精度的改进可以通过多个摄像头12和/或多个第一及第二探测面8、9的使用来进行。在校准所述测量系统13时，在将至少四个参考目标元件14和至少一个参考本体16放置在所述辊子2的空间上的近处之后由摄像头12拍摄所谓的参考图像。通过所述测量图像来定义所述摄像头12的相对于参考目标元件14的位置，从而可以在多张测量图像的拍摄之间使所述摄像头12运动。图7示意性地示出了在校准测量系统时采取的步骤。在此将一个又具有多个目标元件的参考本体16以及至少四个参考目标元件14放置在辊子的空间上的近处。在对连铸坯导引扇形段的多个连铸坯导辊进行测量时，特别有意义的是，将所述参考目标元件14固定在扇形段框架上。随后由至少一个摄像头(在图7中是两个摄像头12)拍摄至少一张参考图像，其中所述摄像头在信号技术上与所述分析单元15相连接。借助于所述参考图像来对所述测量系统进行充分的校准。附图标记列表:1测量头2辊子3测量头本体4a、4b、4c、4d第一探测面5第二探测面6外侧面7测量臂8第一目标元件9第二目标元件10手柄11触发开关12摄像头13测量系统14参考目标元件15分析单元16参考本体17旋转轴线P1··P5辊子的外侧面上的点α、Y角度权利要求1.用于对柱形的辊子(2)进行扫描的测量头(1)，其具有与至少一个第一探测面(4a、4b、4c、4d)刚性地连接的测量头本体(3)，其特征在于，一至少两个第一探测面(4a、4b、4c、4d),所述至少两个第一探测面(4a、4b、4c、4d)与测量头本体(3)刚性地连接，其中所述辊子(2)的外侧面(6)上的至少两个点(Pi、P2、P3、P4)能够同时被所述第一探测面(4a、4b、4c、4d)接触到；一至少一个第二探测面(5)，所述第二探测面(5)与测量臂(7)相连接，其中所述测量臂(7)能够相对于所述测量头本体(3)构造成可以运动的，使得所述外侧面(6)上的至少一个点(P3)能够被所述第二探测面(5)接触到；以及一多个第一及第二目标元件(8、9)，其中将至少两个第一目标元件(8)分配给所述测量头本体(3)并且将至少一个第二目标元件(9)分配给所述测量臂(7)。2.按权利要求I所述的测量头，其特征在于，所述测量头(I)具有用于握住该测量头(I)的手柄(10)。3.按权利要求2所述的测量头，其特征在于，所述手柄(10)具有用于触发测量系统(13)的摄像机(12)的触发开关(11)，其中所述触发开关(11)能够在信号技术上与所述摄像机(12)相连接。4.按权利要求I到3中任一项所述的测量头，其特征在于，所述测量臂(7)可旋转地布置在所述测量头本体(3)上。5.按权利要求I到3中任一项所述的测量头，其特征在于，所述测量臂(7)可移动地布置在所述测量头本体(3)上。6.按前述权利要求中任一项所述的测量头，其特征在于，第一或者第二探测面(4a-4d、5)构造为柱形或者球形。7.按权利要求I到6中任一项所述的测量头，其特征在于，第一或者第二目标元件(8、9)构造为用于对可见光范围内的电磁波、红外线或者超声波进行反射的反射器。8.按权利要求I到7中任一项所述的测量头，其特征在于，第一或者第二目标元件(8、9)构造为用于发射出可见光的范围内的电磁波、红外线或者超声波的发射器。9.测量系统(13)，用于借助于唯一的扫描过程对柱形的辊子(2)的直径和位置进行摄影测量，所述测量系统(13)具有一至少四个能够定位在所述辊子(2)的空间环境中的参考目标元件(14)；一一个按权利要求I到8中任一项所述的测量头(I)；一至少一个摄像头(12)，优选至少三个摄像头，用于拍摄图像；一一个能够在信号技术上与所述摄像头(12)相连接的分析单元(15)，其中该分析单元(15)构造成用于对所述辊子(2)的直径和位置进行摄影测量。10.使用按权利要求I到8中任一项所述的测量头(I)对连铸机中的连铸坯导辊进行扫描。11.用于通过按权利要求9所述的测量系统(13)来对柱形的辊子(2)的直径和位置进行摄影测量的方法，其特征在于以下步骤一对所述测量系统(13)进行校准，该测量系统(13)具有至少四个参考目标元件(14)、一个测量头(I)、至少一个摄像头(12)和一个分析单元(15);一通过按权利要求I到8中任一项所述的测量头(I)对所述辊子(2)进行扫描，从而使得所述测量头(I)的至少两个第一探测面(4a…4d)和至少一个第二探测面(5)接触到所述辊子(2)的外侧面(6)；一借助于所述至少一个摄像头(12)来拍摄至少一张测量图像，其中所述测量图像描绘了所述测量头(I)的至少三个第一和第二目标元件(8、9)以及多个参考目标元件(14)的成像；一通过在摄影测量学上对测量图像的分析来确定所述辊子(2)的位置和直径。12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，在对所述测量系统(13)进行校准时实施以下步骤一将参考本体(16)定位在所述辊子(2)的空间上的近处；一将至少四个参考目标元件(14)安置在所述辊子(2)的空间上的近处；一借助于所述至少一个摄像头(12)来拍摄至少一张参考图像，其中所述参考图像至少描绘了所述参考本体(16)以及参考目标元件(14)的成像。13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，在拍摄参考图像之后移除或者遮盖所述参考本体(16)。14.按权利要求12所述的方法，其特征在于，在校准之后通过在摄影测量学上对所述参考图像的分析来确定所述摄像头(12)的相对于参考目标元件(14)的位置和方位，其中所述摄像头(12)的方位和位置是同时确定所述辊子(2)的位置和直径的基础。全文摘要本发明涉及一种测量头(1)、使用所述测量头(1)用于对连铸坯导辊进行扫描并且本发明涉及一种用于通过测量系统(13)对柱形的辊子(2)的直径和位置进行摄影测量的方法。本发明的任务是提供一种测量头(1)，从而利用该测量头(1)和测量系统(13)借助于对辊子(2)实施的唯一的扫描步骤并且借助于唯一的测量图像以较高的精度不仅可以测定所述辊子(2)的位置而且可以测定所述辊子的直径。该任务通过一种测量头(1)得到解决，该测量头(1)具有－至少两个第一探测面(4a…4d)，所述至少两个第一探测面(4a…4d)与测量头本体(3)刚性地连接，其中所述辊子(2)的外侧面(6)上的至少两个点(P1、P2)能够同时被所述第一探测面接触到；－至少一个第二探测面(5)，该第二探测面(5)与测量臂(7)相连接，其中所述测量臂(7)能够相对于所述测量头本体(3)进行运动，使得所述外侧面(6)上的至少一个点(P3)能够被所述第二探测面(5)接触到；以及－多个第一及第二目标元件(8、9)，其中将至少两个第一目标元件(8)分配给所述测量头本体(3)并且将至少一个第二目标元件(9)分配给所述测量臂(7)。文档编号G01B11/00GK102620652SQ20121002028公开日2012年8月1日申请日期2012年1月29日优先权日2011年1月25日发明者J.罗兰,W.豪斯莱特纳申请人:西门子Vai金属科技有限责任公司