自动化的在线对象检验制造技术

公开了一种用于对对象进行实时质量检验的系统和方法。该系统和方法包括用以使被检验的对象移动的传送装置，允许在线进行检验。设置有至少一个光学采集单元，该至少一个光学采集单元捕获被检验的对象的光学图像。将所捕获的光学图像与对象的CAD模型进行匹配，并提取匹配的CAD模型。然后具有波长在紫色光或紫外光范围内的照明光束的激光器对对象进行扫描，这样的扫描被形成为三维点云。针对每个对象将点云与提取的CAD模型进行比较，其中将CTF与用户输入或CAD模型信息进行比较，并基于点云和CAD模型之间的偏差程度确定对象是可接受的或有缺陷的。

Automated online object inspection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自动化的在线对象检验相关申请的交叉引用本申请要求于2018年7月12日提交的美国非临时申请No.16/033,858和2017年11月17日提交的美国临时申请No.62/587,806的优先权，上述申请的内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及对物理对象的自动检验，尤其涉及实现对物理对象的非接触式三维扫描的检验系统和方法。
技术介绍
在许多制造过程中，所有零件都在行业标准、公司标准或要求的规格所限定的公差内形成是重要的。例如，在通过注塑成型、增材制造或机加工制造零件时，所制造的每个零件都满足某些标准和规格是重要的。在现代生产中，零件、工具、模具和铸模通常基于计算机辅助设计(CAD)模型进行设计。例如，在计算机辅助制造(CAM)中，计算机数控(CNC)机床使用CAD设计作为输入来控制在机加工产品中工具的操作。本领域中已知有几种用于验证所制造的零件和产品的表面形状的系统和方法。例如，使用坐标测量机(CMM)、激光跟踪仪和三维扫描测量系统以及其他设备来执行精确检验。然而，这些检验系统要求长时间且复杂的设置，并且还要求在检验可以开始之前在检验系统内对待被检验的零件或产品进行特定的定位。例如，在CMM中，要求将零件定位在夹具中以适当地保持零件。因此，大量的时间花费在简单地设置产品或零件以及检验系统上，并且需要针对待被检验的每个不同零件分别完成设置过程。因此，大批量制造商在仍然维持高生产量的同时仅能够检验零件或产品的小采样，从而导致下述问题，诸如有缺陷的零件到达客户并致使收入损失、处理退回的零件、以及失去客户信任。另外，由于使用当前检验系统的复杂性，许多制造商依赖于对其产品和零件的至少一部分进行手动检验，这增加了可观的成本。需要一种易于使用的在线检验系统，该系统降低成本并增加周转时间和制造量。此外，需要一种在线检验系统，该系统可以检验零件和产品而不管取向如何，并且不要求将被检验的零件或产品先放入用以在检验期间对其进行保持的任何夹具或其他机构中。
技术实现思路
本专利技术涉及用于对所制造的零件和产品进行质量检验的在线系统和方法，包括第一物品检验、关键功能参数(CTF)和缺陷检测。该系统和方法通过扫描被检验的对象的三维(3-D)表面几何形状并将来自扫描过程的信息与对象的3-D模型进行比较来执行非接触式质量检验。对象可以是固体、不透明、半透明或透明的，并且可以具有镜面反射或漫射的表面特征。对象可以包括这些特征的组合，并且仍然可以用本专利技术的系统和方法来检验。该系统和方法可以包括光学扫描系统和激光模块，该激光模块包括激光轮廓仪，用于执行对对象的精确在线检验。在某些实现中，激光轮廓仪的光束可以具有在紫色光或紫外光范围内的波长，但是也可以使用其他波长。在对象诸如零件或产品被检验时，可以将它们放在使它们移动经过光学扫描系统和激光轮廓仪的传送系统诸如传送带上。随着对象沿着传送带移动，它们经过光学扫描系统下方，该光学扫描系统扫描对象并识别对象在传送带上的位置和取向。该系统和方法可以同时检验放置在传送装置上的多个对象，其中传送装置使对象在在线过程中移动经过检验系统组件。所检验的对象可以是相同或不同的零件或产品，其中光学扫描系统在每个对象经过时辨识它们。另外，光学扫描仪系统可以识别污染物诸如灰尘、油或对象上存在的其他异物，并且还可以针对对象的预期颜色、纹理或修饰的准确性检测和测量对象。质量检验系统中的计算机处理器从光学扫描系统接收所确定的被检验的对象的身份，并加载与所识别的产品对应的数据文件。该数据文件可以是CAD模型，然后该CAD模型被转换成表示对象的均匀点云。在扫描系统中在光学扫描系统之后设置有激光模块，该激光模块包括例如具有波长在紫色光或紫外光范围内的照明光束的激光轮廓仪，该激光模块用于扫描被检验的对象。激光系统输出表示一个或多个对象的规则间隔的三维(3-D)坐标点云。然后，该系统和方法将该获得的表示对象的3-D坐标点云与从计算机处理器检索的均匀点云进行比较。确定两者之间的差，并将该差用于确定被检验的对象与预期产品之间的变化程度(基于所存储的数据文件)。该系统和方法然后可以将被检验的对象的零件或部段识别为潜在地有缺陷的，并且可以在识别出有缺陷的对象时警告系统操作员。特别地，该系统可以用于检验由铸模制造的零件。铸模将具有最终零件的期望尺寸，并且预期的是由铸模生产的零件将具有这些在一定公差水平内的期望尺寸。从注塑成形的零件中实时确定缺陷数据可以用作预测性测量方法，以确定何时出现明显的磨损，并且在缺陷变得令人讨厌之前需要更换铸模。因此，该系统可以用作几何尺寸确定和公差质量检验过程的一部分。尺寸规格限定了名义上的、如模制的或如预期的几何形状。公差规格限定了形式的允许偏差以及可能地各个特征的大小，以及特征之间的取向和位置的允许变化。附图说明图1是示出质量检验系统的组件的高级图。图2是质量检验系统中的激光系统的组件的图示。图3A和3B是使用中的产品检验系统的图示，示出了在检验期间传送装置和激光模块的运动。图4是质量检验系统的组件的框图。图5是当仅垂直于传送路径移动时激光系统的扫描路径的图示。图6是当激光系统既垂直于传送路径又在与传送路径相同的方向上移动时激光系统的扫描路径的图示。图7描绘了将所存储的对象的CAD模型转换成点云以与来自激光系统的点云进行比较的处理的细节。图8描绘了处理来自光学采集单元的图像数据以识别被检验的对象的细节。图9A描绘了将来自激光系统的数据与CAD模型信息融合以确定实际对象尺寸与预期对象尺寸之间的差的处理。图9B描绘了用于基于对象的参考网格模型的对象的库生成的系统流程图。图9C描绘了用于将目标点云配准和匹配到参考网格模型的系统流程图。图10描绘了由该系统和方法进行的公差确定的处理。图11描绘了可以在检验系统中使用以使被检验的对象移动经过光学采集单元和激光扫描系统的传送系统的示例。图12描绘了确定被检验的对象是否有缺陷的处理。图13描绘了可以被显示给操作员的示例用户界面。具体实施方式本专利技术涉及用于对对象进行高精度质量控制检验的系统和方法。该系统被配置成对所制造的零件进行几何检验，以进行质量控制和检验(包括第一物品检验、关键功能参数和缺陷检测)。该系统可以在制造线内在线使用以评估机加工工具之间的零件，以及在制造线终点使用以在完成的零件从机器出来时评估该完成的零件，或者通过将待被检验的零件物理地放置在传送装置上而离线使用。特别地，该系统对对象诸如所制造的组件、零件和产品的三维(3-D)表面几何形状进行扫描以检测缺陷。该系统通过用光学采集单元和激光模块系统扫描对象并在来自对象扫描的数据与系统处理器可访问的预定数据文件——该数据文件对应于被检验的对象——之间进行比较来执行自动化的在线或离线质量检验。为了执行质量检验，该系统包括：移动的传送装置，诸如带或辊，用于沿着检验路径传送对象；光学系统，用于在传送路径的起始处对对象进行成像；以及激光模块测量系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对对象进行自动化在线检验的系统，包括：/n传送装置，所述传送装置被配置成使被检验的对象沿着传送路径移动；/n光学采集单元，所述光学采集单元被配置成捕获所述被检验的对象的图像并传输对象图像数据；/n至少一个激光模块，所述至少一个激光模块被配置成捕获所述被检验的对象的激光扫描并生成表示所扫描的对象的点云数据；/n系统存储器，所述系统存储器包括包含CAD模型的数据库；以及/n系统处理单元，所述系统处理单元被配置成：/n分析所述对象图像数据，并从CAD模型数据库中选择与所述被检验的对象对应的CAD模型；/n使所选择的CAD模型与所述点云数据对准；以及/n将所述点云数据与所述CAD模型进行比较。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171117 US 62/587,806;20180712 US 16/033,8581.一种用于对对象进行自动化在线检验的系统，包括：
传送装置，所述传送装置被配置成使被检验的对象沿着传送路径移动；
光学采集单元，所述光学采集单元被配置成捕获所述被检验的对象的图像并传输对象图像数据；
至少一个激光模块，所述至少一个激光模块被配置成捕获所述被检验的对象的激光扫描并生成表示所扫描的对象的点云数据；
系统存储器，所述系统存储器包括包含CAD模型的数据库；以及
系统处理单元，所述系统处理单元被配置成：
分析所述对象图像数据，并从CAD模型数据库中选择与所述被检验的对象对应的CAD模型；
使所选择的CAD模型与所述点云数据对准；以及
将所述点云数据与所述CAD模型进行比较。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统处理器还被配置成：基于所述比较来确定所述对象是否是有缺陷的。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个激光模块是具有在紫色光或紫外光范围内的波长的激光轮廓仪。


4.根据权利要求1所述的系统，还包括激光模块引导件，所述激光模块引导件将所述至少一个激光模块的移动限制到关于所述传送路径的预定方向。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个激光模块包括第一激光模块和第二激光模块，所述第一激光模块和所述第二激光模块各自包括激光驱动器、至少一个激光传感器和微处理器。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统处理器还被配置成：确定所述至少一个激光模块的视场与所述传送路径之间的角度关系，并且基于所确定的激光视场的端点之间因所述角度关系而引起的高度差来执行校准。


7.一种用于执行对对象的在线检验的方法，包括：
将待被检验的对象定位在传送装置上；
利用所述传送装置使所述对象沿着传送路径移动；
用光学采集单元捕获所述对象的光学图像；
用激光模块捕获表示所述对象的点云数据；
基于所捕获的光学图像，选择与所述被检验的对象匹配的用于对象的CAD模型；以及
将所述CAD模型与所捕获的点云数据进行比较。


8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将所述CAD模型转换成CAD网格，以及从所述CAD网格提取平面以生成CAD平面网格。


9.根据权利要求8所述的方法，还包括：从所述CAD平面网格提取关键功能参数，并将所述CAD平面网格转换成CAD点云以用于与所捕获的点云数据进行比较。


10.根据权利要求7所述的方法，还包括：基于所捕获的光学图像，识...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯·A·林克，罗伯特·W·约翰逊，亚历山大·C·路易，乔斯·兹维耶科维奇·泽加拉，埃里克·加塞尔，
申请(专利权)人：柯达阿拉里斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US