对制成物体进行在线尺寸控制的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种测量方法，包括：‑借助图像传感器(Cji)，针对处于其移动期间的每个物体，获取从待检查区域的至少三个射线投影获得的待检查区域的至少三个射线图像，其投影方向(

Method and equipment for on-line dimension control of manufactured objects

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对制成物体进行在线尺寸控制的方法和设备
本专利技术涉及通过X射线对形成一系列物体的相同性质的制成物体(manufacturedobject，被制造的物体)进行尺寸控制的领域。
技术介绍
本专利技术的目的尤其旨在通过X射线获得对线性尺寸的测量，也就是说，获得对在一般意义上的诸如容器、模制或加工部件、机械部件、包装、车体(bodywork)元件等制成物体上所得的长度的测量。现有技术已知允许通过X射线对物体进行尺寸控制的各种技术。行李检查系统也是已知的，行李检查系统不是旨在测量已知物体的尺寸，而是旨在检测呈几乎随机排列、形状和数量的违禁物体或违禁材料量。因此已知轴向旋转系统，其包括计算机辅助断层成像或CT(“计算机断层成像”)。这种传统方法在JPKruth(1)等人在2011年《CIRP年鉴》第60卷第2期第821-842页上的“Computedtomographyfordimensionalmetrology(用于尺寸测量的计算机断层扫描)”一文中被描述，并且例如通过市场上由WerthMesstechnik或GeneralElectric公司销售的断层扫描装置来实施。该方法包括围绕X射线发生器管与矩阵或线性X射线图像传感器之间的垂直轴线将物体定位在转台上。在旋转过程中获取物体的大量的(至少100个，且通常超过600个)2D射线图像(radiographicimage，射线照相图像)。如果图像传感器是矩阵图像传感器，则(射线)束(beam)是圆锥形的。如果图像传感器是线性图像传感器，则对于螺旋型的完整扫描，(射线)束有利地被限制在与旋转轴线正交的平面内的扇形(“扇形束(fanbeam)”)中，并且旋转伴随着沿竖直旋转轴线的平移。该技术可以提供高度精确的三维测量。然而，最快的系统也需要至少一分钟的获取时间，并且还要加上物体的装载和卸载时间，使得每小时最多检查10至30个物体。例如，通过已知的通用电气公司(GeneralElectricCompany)的商品名为“speed|scanCT64”的设备，提供了称为旋转机架(gantry)方案的另一种解决方案。与某些3D行李扫描仪一样，此解决方案的理念在源、物体和图像传感器之间的相对运动方面类似于医学成像断层扫描仪。实际上，布置在输送机上的制成物品或行李在设备中平移。它们穿过与位移方向正交的投影平面。在包含所述平面的圆形机架中，X射线源和与该源相对的大致弯曲的图像传感器绕着位移的中心轴线旋转，以通过逐片(slicebyslice)或螺旋扫描而获得由算法(实现“滤波后投影(filteredrearprojection)”方法或ART方法)进行3D重建所需的投影。这些设备的目的是允许在机架每转一圈时获取非常多的投影，例如每片获取100个、甚至700至1000个图像。物体的3D重建例如是逐片进行的。实际上，如果已经确定了切片(slice)的任何点处的衰减，通过连接(concatenate)在物体的位移期间获得的切片，就可以获得物体的任何体积元件中的衰减值。如果由于提供大量图像而使这些竖直轴线旋转或旋转机架设备非常精确，则这些设备价格昂贵且速度慢，并且在实践中因不适用于速率(在以1m/s运行时，该速率可以达到或超过每分钟600条(article))的在线(in-line)尺寸控制而保留用于离线(offline)控制。专利申请DE102014103137描述了一种使用由X射线源、平面检测器和用以旋转零件或旋转X射线源和检测器的机械轴线组成的体测密度测量(tomodensitometric)检测器的系统来确定待加工零件的几何特性的方法。该方法在旋转过程中获取射线图像，并使用表面的模型来确保该表面的表现(representation)。这样的方法避免实施用于重建体积数据的步骤，以减少计算时间。这种技术不允许测量以高速率制造的零件，因为需要将这些零件装载到转台上，接着旋转至少180°，然后再卸载以控制另一零件。为了克服旋转机架上的管和图像传感器的缺点，专利US8971484描述了一种行李检查系统，其中，旋转系统由连续致动的固定多束X射线源阵列代替，以产生X射线源的虚拟位移，从而允许提供大量的具有不同投影角度的射线图像。与物理旋转被限制为每秒4转的系统相比，“虚拟旋转”数增加至每秒40转。该技术由已知的RapiscanSystems公司的商品名为RapiscanRTT的设备实施，并且考虑到虚拟旋转提供约40个不同的投射角度，该技术能够通过产生成千上万个行李的2D图像而每小时控制1200件行李。由于多个X射线源的高昂价格以及处理大量数据所需的计算能力，该技术被证明是非常昂贵的。此外，控制速率仍然受限并且不适合在线控制。专利US7319737和US7221732提出了通过称为数字分层成像或断层合成的技术来控制行李。行李件穿过称为“扇形束”的一连串圆锥形投影平面，每个投影平面包含一对以L形排列的线性图像传感器。这些技术旨在通过将武器或爆炸物在行李中的3D位置可视化并评估例如可疑产品的体积，在包含具有形状的物体和多种材料的行李中搜索这些武器或爆炸物。通常也使用多光谱技术来确定材料的原子数。因此，这些系统试图确定在行李的任何一点处的衰减值。另一方面，为了质量控制的目的，这些系统不能以高的速率和精度来确定制成物体的尺寸。专利申请JPS60260807建议使用来自一个或多个焦点的X射线的测量来测量沿着管的轴线平移的管壁的厚度，每个焦点都有相关的传感器。焦点和传感器被定位成沿与管的位移方向正交的平面产生射线投影(radiographicprojection，射线照相投影)。因此，射线投影在与管的对称轴线正交的投影平面内是共面的。这些射线投影的方向相对于位移方向成直角(90°)。该技术不能完全知晓管的内表面和外表面。该专利申请描述的方法仅允许在投影的方向上测量管的两个壁的累积厚度，而无需重建管的三维模型，该三维模型将允许在其他方向上进行精确的测量。同样，专利US5864600描述了一种用于确定容器的填充水平的方法，该方法使用X射线源和横向布置在容器的运输输送器的任一侧上的传感器。该系统不允许对非横向定向的表面进行测量，因为该文献没有提供容器的三维建模。专利申请US2009/0262891描述了一种用于通过X射线检测物体的系统，物体放置在通过输送机平移的行李中。该系统包括具有平行于运行方向的大尺寸的脉冲发生器管或传感器。该文献提供了一种用于重建物体的方法，该方法不令人满意的原因在于，在位移方向上不存在投影，从而不允许测量与位移方向正交的方向上的尺寸。角形扇区(angularsector)中缺少射线投影，从而不允许创建合适的数字模型来确保精确的测量。专利申请DE19756697描述了一种具有与专利申请US2009/0262891相同缺点的装置。专利申请WO2010/092368描述了一种使用辐射源和三个线性传感器而使通过X射线平移的物体可视化的装置。专利申请US2010/220910描述了一种通过产生表现理想物体的参考3D模型来检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自动测量一系列制成物体(2)的线性尺寸的方法，包括：/n-选择一系列制成物体(2)，其中每个所述物体由在所述物体的所有点上具有恒定衰减系数的材料制成；/n-从其中至少一个线性尺寸待测量的所述物体中选择至少一个待检查区域；/n-借助运输装置，在沿着输送平面(Pc)中的基本直线轨迹的位移方向(T)上运输移动的所述物体，这些物体在其位移期间生成输送体积(Vt)；/n-将X射线发生器管和多个图像传感器(Cji)的至少一个焦点(Fj)定位在所述输送体积(Vt)之外，每个所述图像传感器暴露于从相关的焦点(Fj)获得的X射线并且对所述X射线敏感，这些X射线至少已经穿过所述待检查区域，从而在每个所述图像传感器上产生沿投影方向(Dji)的射线投影；/n-针对处于其位移期间的每个物体，使用所述图像传感器(Cji)获取所述待检查区域的至少三个射线图像，所述至少三个射线图像从所述待检查区域的至少三个射线投影获得，其投影方向(Dji)彼此不同；/n-使用计算机系统分析所述至少三个射线图像；/n-向所述计算机系统提供用于所述系列的物体的待检查区域的先验几何模型；/n-使用所述计算机系统，考虑到恒定的衰减系数并根据所述待检查区域的至少三个射线图像和先验几何模型来确定用于所述系列的每个物体的所述待检查区域的数字几何模型，所述数字几何模型包括至少两个三维点，所述至少两个三维点各自属于所述待检查区域的边界表面并且位于不与所述投影方向Dji正交的平面中；/n-从所述待检查区域的数字几何模型，为所述系列的每个物体确定所述待检查区域的至少一个线性尺寸测量值，作为所述至少两个三维点之间的距离，所述至少两个三维点各自属于所述待检查区域的边界表面并且位于不与所述投影方向(Dji)正交的平面中。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171027 FR 17601751.一种用于自动测量一系列制成物体(2)的线性尺寸的方法，包括：
-选择一系列制成物体(2)，其中每个所述物体由在所述物体的所有点上具有恒定衰减系数的材料制成；
-从其中至少一个线性尺寸待测量的所述物体中选择至少一个待检查区域；
-借助运输装置，在沿着输送平面(Pc)中的基本直线轨迹的位移方向(T)上运输移动的所述物体，这些物体在其位移期间生成输送体积(Vt)；
-将X射线发生器管和多个图像传感器(Cji)的至少一个焦点(Fj)定位在所述输送体积(Vt)之外，每个所述图像传感器暴露于从相关的焦点(Fj)获得的X射线并且对所述X射线敏感，这些X射线至少已经穿过所述待检查区域，从而在每个所述图像传感器上产生沿投影方向(Dji)的射线投影；
-针对处于其位移期间的每个物体，使用所述图像传感器(Cji)获取所述待检查区域的至少三个射线图像，所述至少三个射线图像从所述待检查区域的至少三个射线投影获得，其投影方向(Dji)彼此不同；
-使用计算机系统分析所述至少三个射线图像；
-向所述计算机系统提供用于所述系列的物体的待检查区域的先验几何模型；
-使用所述计算机系统，考虑到恒定的衰减系数并根据所述待检查区域的至少三个射线图像和先验几何模型来确定用于所述系列的每个物体的所述待检查区域的数字几何模型，所述数字几何模型包括至少两个三维点，所述至少两个三维点各自属于所述待检查区域的边界表面并且位于不与所述投影方向Dji正交的平面中；
-从所述待检查区域的数字几何模型，为所述系列的每个物体确定所述待检查区域的至少一个线性尺寸测量值，作为所述至少两个三维点之间的距离，所述至少两个三维点各自属于所述待检查区域的边界表面并且位于不与所述投影方向(Dji)正交的平面中。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定数字几何模型，所述数字几何模型包括：
-空间的至少两个三维点，其各自属于所述待检查区域的边界表面，并且位于不与所述投影方向(Dji)正交且不与所述位移方向(T)平行的平面中；
-和/或所述待检查区域的至少一个三维表面，其包含不属于与所述投影方向(Dji)正交的平面并且不属于与所述位移方向(T)平行的平面的点；
-和/或所述待检查区域的至少一部分，其根据不同于与投影方向(Dji)正交的平面并且不同于与所述位移方向(T)平行的平面的平面。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：向所述计算机系统提供恒定衰减系数的值。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：向所述计算机系统提供用于所述系列的待检查区域的先验几何模型，所述先验几何模型由以下获得：
-用于所述系列的物体的计算机设计的数字模型；
-或通过测量装置对同一系列的一个或多个物体进行测量而获得的数字几何模型；
-或由所述计算机系统从输入的值和/或操作员在所述计算机系统的人机界面上选择的图形和/或形状生成的数字几何模型。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从中获得具有大于或等于120°的开口的发散型X射线束的焦点，或者从中获得的开口之和大于或等于120°的发散型X射线束的至少两个焦点被定位。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述输送平面(Pc)上布置至少一个焦点。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-在正交于所述输送平面(Pc)、与所述输送体积(Vt)相交的平面(Ps)的一侧上布置焦点(Fj)，从所述焦点获得发散型X射线束，从而使得其射线束穿过相交的所述平面(Ps)和所述待检查区域；
-将与所述焦点(Fj)相关的至少一个图像传感器(Cji)布置在相对于相交的所述平面(Ps)的相对侧上，以接收从所述焦点(Fj)获得的X射线。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-将焦点(Fj)布置在所述输送平面(Pc)的一侧上，从所述焦点获得发散型X射线束，从而使得其射线束穿过所述输送平面(Pc)；
-将与所述焦点(Fj)相关的至少一个图像传感器相对于所述输送平面(Pc)布置在相对侧上，以接收来自所述焦点(Fj)的X射线。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：针对处于其位移期间的所述系列的每个物体，使用所述图像传感器(Cji)获取对应于所述投影方向(Dji)的被检查区域的至少两个射线图像，所述投影方向限定大于或等于45°且小于或等于90°的有用角度(α)，有利地大于或等于60°且小于或等于90°的有用角度(α)。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：针对处于其位移期间的所述系列的每个物体，使用所述图像传感器(Cji)获取对应于投影方向(Dji)的被检查区域的至少一个射线图像，所述投影方向相对于所述位移方向(T)具有处于10°与60°之间的打开角度(β)。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：针对处于其位移期间的所述系列的每个物体，使用图像传感器(Cji)没有获取对应于投影方向(Dji)的被检查区域的任何射线图像，所述投影方向相对于所述位移方向(T)具有小于10°的打开角度(β)。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：生成和获取物体的被检查区域的射线投影，从而使得来自所述焦点或多个所述焦点并到达所述图像传感器(Cji)的X射线不会穿过任何其他物体。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：针对处于其位移期间的所述系列的每个物体，使用所述图像传感器(Cji)获取不同方向的所述待检查区域的由三到四十个射线投影获得的射线图像。


14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：针对处于其位移期间的所述系列的每个物体，使用所述图像传感器(Cji)获取不同方向的所述待检查区域的由四到十五个射线投影获得的射线图像。


15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-所述图像传感器(Cji)是各自包括线性排列的X射线敏感元件的线性类型，所述X射线敏感元件沿着限定有相关的焦点(Fj)的支撑直线(Lji)分布，投影平面(Pji)包含所述投影方向(Dji)，这些图像传感器被布置成：
-这些图像传感器中的每一个的至少m个敏感元件通过从相关的焦点(Fj)获得的所述X射线束来接收所述待检查区域的射线投影；
-用于不同传感器的所述投影平面(Pji)彼此不同，并且不平行于所述输送平面(Pc)；
-使用至少三个线性图像传感器(Cji)中的每一个，在每个容器沿轨迹(T)的每个增量位移处，根据选择的数量获取所述待检查区域的线性射线图像，从而使得针对每个物体，整个所述待检查区域完全表现在所有的所述线性射线图像中；
-针对每个物体分析所述待检查区域的至少三组线性射线图像。


16.一种用于自动测量一系列制成物体的至少一个待检查区域的线性尺寸的设备，所述设备包括：
-在位移矢量具体化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·科斯诺，O·科勒，
申请(专利权)人：蒂阿马公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR