用于跟踪和监测目标对象上的差异的自动化系统和方法技术方案

一种检测系统，其包括目标对象，其具有目标对象坐标系统；跟踪单元，其经配置以监测目标对象的位置和/或定向，并产生指示目标对象的位置和/或定向的目标对象位置信号；摄像机，其经定位以捕捉目标对象的图像；定向机构，其被连接至摄像机以控制摄像机相对于目标对象的定向；以及处理器，其经配置以分析图像，从而检测该图像中的差异，并且当该图像中存在差异时，至少基于目标对象位置信号和摄像机的定向，确定差异相对于目标对象坐标系统的位置，以及然后，为摄像机和激光定向以瞄准和指出差异。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于跟踪和监测目标对象上的差异的自动化系统和方法
本公开一般涉及检测系统，更具体地，涉及用于定位和检测目标对象上的差异的系统和方法，即使当目标对象已经移动时。
技术介绍
差异，如异物碎片，在复合材料结构(如，飞机蒙皮)的维修或制造过程中，可呈现出昂贵和具有挑战性的问题。检测和移除差异的失败可导致复合材料结构的结构完整性的下降。此外，如果在复合材料结构制造过程中没有及早地检测到差异，则可处理、维修、或在一些情况下，通过工程分析和鉴定批准所产生的复合材料结构。每种选项都将是昂贵的。此外，可能有些尺寸上或粘合层附近的微小差异，这可导致检测失败。未能及时地检测这些差异可导致该结构的极大损坏，其维修将是昂贵的。因此，目前需要在差异一附接至复合材料结构时便检测和移除差异。目前差异检测的方法包括基于人或视觉的检测系统，其经常存在误差。计算机化的检测系统已经被用于通过声、基于激光、磁、RFID、GPS、以及基于动作捕捉的系统检测差异。然而，这些系统通常仅对固定目标对象起作用，并不能成功地指出运动对象上的差异，例如制造过程中的旋转飞机机身。因此，存在需要这样一种基于局域定位的系统，其能够跟踪目标对象、确定在目标对象上的差异的位置以及在稍后时间准确地指示那些差异，即使在目标对象已经移动时。
技术实现思路
在一个实施例中，所公开的检测系统可包括目标对象，其具有目标对象坐标系统；跟踪单元，其经配置以监测目标对象的位置和/或定向，并产生指示目标对象的位置和/或定向的目标对象位置信号；摄像机，其定位成用于捕捉目标对象的图像；定向机构，其被连接至摄像机，用于控制摄像机相对于目标对象的定向；以及处理器，其经配置以分析图像，从而检测该图像中的差异，并且当该图像中存在差异时，至少基于目标对象位置信号、摄像机的定向以及图像内的差异的位置，确定差异相对于目标对象坐标系统的位置。在检测系统中，所述跟踪单元还包括编码器。在检测系统中，可通过所述处理器控制所述定向机构。在检测系统中，所述定向机构还可包括云台(pan-tilt)机构。检测系统可还包括联接至所述目标对象的运动致动器，所述运动致动器可由所述处理器控制，从而控制所述目标对象的所述位置和所述定向中的至少一个，其中所述运动致动器包括电动机。在另一个实施例中，所公开的检测系统可包括目标对象，其具有目标对象坐标系统；运动致动器，其联接至目标对象以控制目标对象的位置和/或定向；跟踪单元，其经配置以监测目标对象的位置和/或定向，并产生指示目标对象的位置和/或定向的目标对象位置信号；局域定位系统(“LPS”)仪器，其相对于目标对象被定位，该LPS仪器包括摄像机，其经配置以捕捉目标对象的图像，激光发射装置，其经配置以将激光束投射到目标对象上，以及定向机构，其被连接至摄像机和激光发射装置，从而控制摄像机的定向和激光发射装置的定向；以及处理器，其经配置以分析图像，从而检测该图像中的差异，并且当该图像中存在差异时，至少基于目标对象位置信号和摄像机的定向确定差异相对于目标对象坐标系统的位置，其中所述处理器还被配置以基于差异相对于目标对象坐标系统的位置，通过控制激光发射装置的定向，将激光束投射至差异上。在又一实施例中，公开的是用于检测具有目标对象坐标系统的目标对象上的差异的方法。本方法可包括以下步骤：(1)提供局域定位系统仪器，其包括摄像机、激光发射装置以及定向机构——其用于相对于目标对象为摄像机和激光发射装置定向，(2)提供运动致动器，其经配置以选择性地移动目标对象，(3)提供跟踪单元，其经配置以监测目标对象的位置和定向中的至少一个，(4)确定局域定位系统仪器相对于目标对象的初始位置，(5)将目标对象移至第一目标对象位置或定向，(6)相对于目标对象将摄像机定向至第一摄像机定向，(7)当目标对象处于第一目标对象位置并且摄像机处于第一摄像机定向时，捕捉目标对象表面上的区域的图像，(8)比较所捕捉的图像和相应参考图像，从而确定所捕捉的图像中是否存在差异，(9)当图像中存在差异时，确定差异在目标对象坐标系统中的坐标，以及(10)移动激光以指向差异处。根据以下详细描述、附图和所附权利要求，公开的自动化检测系统和方法的其他方面将变得明显。附图说明图1是公开的检测系统的一个实施例的示意性透视图；图2是公开的检测系统的另一个实施例的示意性透视图；图3是公开的检测方法的一个实施例的流程图。具体实施方式参照图1，所公开的基于局域定位的自动化检测系统的一个实施例，一般指定为10，可包括处理器20、存储器54、跟踪单元37、可控运动致动器39、摄像机12和激光发射装置14。所公开的基于局域定位的自动化检测系统10还可包括用于支撑摄像机12的支撑体28，以及相对于目标对象18用于为摄像机12和激光发射装置14定向的定向机构16。因此，摄像机12、激光发射装置14、定向机构16和支撑体28可包括所公开的基于局域定位的自动化检测系统10的局域定位系统仪器17。局域定位系统仪器17可具有坐标系统44。激光发射装置14可以能够发射激光束，并充当激光测距仪，其用于确定局域定位系统仪器17与目标对象18之间的距离。可选地，单独的激光测距仪可被包括作为局域定位系统仪器17的部分。本领域技术人员将理解，使用能够确定局域定位系统仪器17与目标对象18之间的距离的激光测距仪将有助于下文所讨论的校准过程。所公开的基于局域定位的自动化检测系统10可被用来(1)跟踪目标对象18的位置和/或定向，(2)检测目标对象18上的表面19上的差异26，(3)确定差异26相对于目标对象18的坐标系统46的位置，以及(4)提供目标对象18上的差异26的视觉指示(例如，激光点)。如本文所用，“差异”指不是目标对象18的预期组分或特征的任何类型的不一致、差别或不规则。“差异”的例子包括，但不限于，异物碎片(例如，粉尘、碎屑)、受损区域(例如，瑕疵、凹痕)、错放或畸形组分(例如，错放层)、缺少组分(例如，缺少层)等。因此，差异26可通过目标对象18上的一个或多个感兴趣点30来限定，并且可限定差异边界29。处理器20可经配置以从摄像机12接收数据，并基于所接收的数据，定位目标对象18上的差异26。处理器20也可经配置以确定该差异26相对于目标对象18的坐标系统46的位置，其至少基于摄像机12相对于目标对象18的位置、目标对象18的位置/定向以及摄像机12的定向。处理器20可产生命令信号以控制激光发射装置14，使得激光发射装置14可提供目标对象18上差异26位置的视觉指示。处理器20可通过处理器-激光通路38与激光发射装置14进行通信。处理器20和激光发射装置14之间的通信可以是单向通信(例如，从处理器20到激光发射装置14)或双向通信(例如，从处理器20到激光发射装置14以及从激光发射装置14到处理器20)。处理器20可通过处理器-摄像机通路40与摄像机12进行通信。处理器20和摄像机12之间的通信可以是单向通信(例如，从摄像机12到处理器20)或双向通信(例如，从处理器20到摄像机12以及从摄像机12到处理器20)。处理器20可通过处理器-机构通路42与定向机构16进行通信。处理器20和定向机构16之间的通信可以是单向通信(例如，从处理器20到定向机构16)或双向通信(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测系统，其包括：目标对象，其具有目标对象坐标系统；跟踪单元，其经配置以监测所述目标对象的位置和定向中的至少一个，并产生指示所述目标对象的所述位置和所述定向中的所述至少一个的目标对象位置信号；摄像机，其经定位以捕捉所述目标对象的图像；定向机构，其被连接至所述摄像机以控制所述摄像机相对于所述目标对象的定向；以及处理器，其经配置以分析所述图像，从而检测所述图像中的差异，并且当所述图像中存在所述差异时，至少基于所述目标对象位置信号和所述摄像机的所述定向，确定所述差异相对于所述目标对象坐标系统的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.25 US 13/357,7681.一种检测系统，其包括：目标对象，其具有目标对象坐标系统；跟踪单元，其经配置以监测所述目标对象的位置和定向中的至少一个，并产生指示所述目标对象的所述位置和所述定向中的所述至少一个的目标对象位置信号，其中所述目标对象能够移动到第一目标对象位置或定向和第二目标对象位置或定向；摄像机，其配置为扫描所述目标对象并且捕捉所述目标对象的图像；定向机构，其被连接至所述摄像机以控制所述摄像机相对于所述目标对象的定向；以及处理器，其经配置以自动地：调整所述摄像机相对于所述目标对象的所述定向，从而通过所述摄像机扫描在所述第一目标对象位置或定向和所述第二目标对象位置或定向处的所述目标对象上的一个或多个位置；捕捉分别在位于所述第一目标对象位置或定向和所述第二目标对象位置或定向处的所述目标对象上的第一位置的第一图像和第二位置的第二图像；选择并检索与所述第一目标对象位置或定向处的所述目标对象上的所述第一位置相关联的所述目标对象的第一参考图像和与所述第二目标对象位置或定向处的所述目标对象上的所述第二位置相关联的所述目标对象的第二参考图像；通过比较所述第一图像和所述第一参考图像而分析所述第一图像，并且通过比较所述第二图像和所述第二参考图像而分析所述第二图像；检测与所述相应的第一参考图像相比在所述第一图像中存在的第一差异以及与所述相应的第二参考图像相比在所述第二图像中存在的第二差异；当被检测时，至少基于分别在所述第一目标对象位置或定向和所述第二目标对象位置或定向处的所述目标对象位置信号、所述摄像机的位置和定向、在所述第一图像中的所述第一差异的像素位置和在所述第二图像中的所述第二差异的像素位置而确定所述第一差异和所述第二差异相对于所述目标对象的坐标系统的三维位置。2.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述目标对象被安装在支撑结构上并相对于所述支撑结构围绕旋转轴线旋转。3.根据权利要求1所述的检测系统，还包括存储器，其中所述处理器在所述存储器内将所述差异的位置存储为坐标数据。4.根据权利要求3所述的检测系统，其中所述处理器分析所述图像，从而通过比较所述图像和参考图像，来检测所述图像中的所述差异，所述参考图像被存储在所述存储器内。5.根据权利要求1所述的检测系统，还包括激光发射装置，其经定位以将激光束投射至所述目标对象上。6.根据权利要求5所述的检测系统，其中所述激光发射装置被连接至所述定向机构，使得所述定向机构控制所述激光发射装置相对于所述目标对象的定向。7.根据权利要求6所述的检测系统，其中通过所述处理器可控制所述激光发射装置的所述定向，从而将所述激光束投射至所述差异上。8.根据权利要求5所述的检测系统，其中所述激光发射装置被配置成激光测距仪。9.根据权利要求1所述的检测系统，还包括被联接至所述目标对象的运动致动器，所述运动致动器可由所述处理器控制，从而控制所述目标对象的所述位置和所述定向...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·E·乔格森，J·J·特洛伊，S·W·莱安，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US