使用结构化光线于检测缺陷的方法与装置制造方法及图纸

呈现使用结构化光线用于检测关于所制造物品的符合度与完整度的问题的经改良的方法与装置。使用自相反方向获取的两个或两个以上结构化光线影像来量测配合表面的符合度，同时避免由接缝附近的小缺陷引起的误报。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于使用机器视觉来检测所制造物品中的局部缺陷。更特定而言，其是 关于使用投射至一物品上的结构化光线来检测配合表面的对准误差，同时减少由所检验的 表面中的小扰动引起的伪缺陷指示。
技术介绍
许多制造物品通过两个或两个以上组件组装的外包装而区分。制造商常常想要的 特征是使经组装的组件具有无缝外观。此使所述经制造组件达到当将所述组装时组件之间 的接缝不可容易地辨别的容忍度来达成。不管制造零件所达到的容忍度如何，在待配合的 零件中皆会出现小的变化，此时出现关于组装方法的问题。对此问题的一种解决方案为在 将物品组装的后检验所述物品以判定表面是否已有可接受的精确度配合。最简单解决方案为以肉眼人工检验制成物品以判定其是否可接受。虽然人类相对 较容易训练及替换，但使用人工检验的困难包括随时间的不一致结果，及难以进行关于所 检验的物品的定量判断。举例而言，可通过向一人员展示好物品及坏物品来训练其检验物 品，且可接着预期该人员视类似于所展示实例的程度而接受或拒绝其它物品。然而，在人工 检验员进行定性而非定量决策时，出现困难。此使得非常难以相对于特定数字容忍度检验 零件，此意谓不同检验员可能会将相同零件不同地归类。此倾向使确保一致外观的检验物 品目的失败。当所述零件碰巧由不同材料制成时，诸如当需要一塑料零件与一铝零件配合 时，此尤其困难。为确保一致外观且实施关于质量的定量标准，可使用机器视觉系统来检验物品。 依赖于色彩或灰度阶影像的2D机器视觉系统在表面配合应用中具有与人类在定量量测异 常方面相同的困难。出于此原因，有时使用3D视觉来检验表面。存在许多不同的自表面撷 取3D信息的方法，所述方法中的每一者关于分辨率、精确度及速度不同。最适于解决此表 面检验问题的3D量测方法的子集涉及将光线图案(「结构化光线」)投射于一表面上且量 测图案的局部位移以撷取关于该表面的3D信息。结构化光线可以若干不同方式在一物品的表面上产生。我们关注的方法是将聚 焦图案投射于表面上且接着通过获取该图案的一影像或多个影像，量测该图案的部分的2D 位置且以几何方式计算点的高度来撷取关于该表面的信息。在图1中展示现有技术结构化 光线系统的示意图。结构化光线投射器2将结构化光线4投射至物品6上，其中由相机8 成像以形成影像10，该影像10由计算机12获取并处理。图2展示现有技术结构化光线系 统可如何形成具有物品上的不连续边缘的影像的一实例。在此图中，结构化光线投射器14 将条带16投射至包含上表面20及下表面22的物品18上。将条带16投射至表面20及22 上以形成投射图案24及26。此些图案24及26由相机28成像且随后由计算机30获取以 形成待随后由计算机30处理的影像32。该影像32示意性地展示表面20与22之间的不连 续性如何作为经成像的线条34及36的群之间的位移显现。计算机30典型地使用结构化 光线的位移来测定一物品的一部分的相对高度。3图3为说明可如何使用现有技术结构化光线系统来基于几何学计算表面上的点 的相对高度的示意图。在图3中，结构化光线投射器40投射线条，将其中之一者展示为42。 此线条延伸至该图的平面中且延伸出该图的平面外，且照射具有两个表面44及46的物品 52，该物品52非常类似图2中的物品。来自物品68反射的线条62的光线由相机/透镜系 统(未图标)成像至一影像感应器平面54上。在此状况下，该影像感应器平面54将在点 56处与自表面44反射的光线48相交且在点58处与自表面46反射的光线50相交。应注 意，表面44与46之间的高度差异(在图3中标记为「B」)引起影像感应器平面54上点56 与58之间的差异(在影像平面中标记为「A」)。实际上，可使用熟知机器视觉技术来测定 影像平面中点56与58的位置且量测距离A。在此实例中，距离A由以下方程序与距离B相 关1)A = B (1+tan (a) /tan (b)),其中a及b分别为作为照明在图3中指示的角度及视角。此方法的一实例由专利技术者B. Shawn Buckley等人描述于美国专利第6，064，759号 中。在此实例中，使用单一相机位置获取投射至一表面上的结构化光线的影像，其后使几何 模型与该表面配合。使用该表面影像中的多个点形成单一 3D点，此提高量测的精确度。由Oleksandr等人描述于「以有色结构化光线的使用于相位量测和表面重现的技 术Technique for Phase Measurement and Surface Reconstruction by Use of Colored Structured Light」(应用光学，第41卷，第29期，第6104至6117页(2002))中的类似方 法投射多个有色图案以区分 所投射的光线且尝试提高3D量测的精确度。其论述使用结构 化光线以使用微分方程式自结构化光线影像撷取3D信息，以测定汽车挡风玻璃的表面状 况。使用此些方法存在两个问题。第一为速度。产生整个表面的3D地图为耗时的。在 我们于本文中预期的应用中，我们不关注整个表面，而仅关注与组件之间的接缝相邻的小 区域。现有技术方法的目标在于表征整个表面或物品，而非仅撷取关于两个表面的匹配的 信息。因此现有技术系统执行比此应用所需要的计算多得多。第二个问题由图4说明。在图4中，一结构化光线投射器60将由线条组成的图案 投射至物品68上，将所述线条中的一者展示为62。光线线条62在两个表面64、66处与物 品68相交。与所述表面相交的光线由相机/透镜系统(未图标)成像至感应器的影像平 面76上。来自条带62的光线由顶面66反射以形成在点78处与影像感应器平面76相交 的光射线70。在此实例中，反射离开底面64的光线由于表面中的小缺陷72自预期方向偏 离至新方向74上，使光射线74在点80处与影像感应器平面76相交。当使用机器视觉技 术量测影像感应器平面上点78与80之间的距离时，此产生量测距离A。若在预期可精确地 估算距离D的情况下将上文方程式1中展示的计算应用于量测C，则将产生一误差。在目前 应用中，我们关注检测表面中的小缺陷且将其与由不匹配表面引起的表面中的更具系统性 差异相区分。上文提及的方法将局部缺陷滤出或将其卷入计算中，使局部缺陷与配对表面 之间的系统性差异不可区分。此些结果中的两者对于目前应用均不合意。由于此些原因， 对使用结构化光线有效且精确地检测不匹配表面同时拒绝由局部缺陷引起的误报(false positive)的方法的存在需要。
技术实现思路
因此，本专利技术的一目标在于提供一种呈结构化光线机器视觉系统的形式的方法及 装置，其具有检测两个表面之间的配对中的变化同时忽略由任一表面中的小缺陷引起的异 常，且以比现有技术系统少的计算执行此些任务的经改良能力。根据本专利技术的目的为达成 前述及其它目标，如本文所实施及广泛描述，而揭示一种方法与装置。本专利技术的一具体实例使用两个相机自两个不同方向观察一物品，其每一者观察由 个别结构化光线投射器照明的一物品。在图5中展示此系统的示意图。在此实施例中，第 一结构化光线投射器90将第一结构化光线图案92投射至物品94上，随后第一相机96形 成结构化光线图案92的影像，该影像接着由计算机95获取并处理。随后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将一物品中的缺陷归类的经改良方法，其包括将光线图案投射至该物品上，使用一影像感应器获取该所投射图案的影像，将所述影像传输至一计算机，及使用该计算机处理所述影像的步骤，其特征在于，该改良包含以下步骤：将第一图案自第一方向投射至该物品上；使用第一影像感应器获取该第一图案的第一影像；将该第一影像自该第一感应器传输至该计算机；将第二图案自第二方向投射至该物品上；使用第二影像感应器获取该第二图案的第二影像；将该第二影像自该第二影像感应器传输至该计算机；及使用该计算机处理该第一影像及该第二影像以检测所述影像之间的差异且以此将该物品中的缺陷归类。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：里欧鲍德温，约瑟J伊莫瑞，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]