CN104114992B - 用于控制物体质量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制生产设备出口的物体的质量的系统。根据本发明，该系统包括：室，其包括将待检查物体引入该室中所通过的入口和至少一个出口，所述室具有检查区域（5）；运输装置，其用于将所述待检查物体输送到所述检查区域（5）中并且确保其通过所述至少一个出口而被排出；称量装置（7），其用于称量所述检查区域（5）中的所述物体；用于无接触地测量所述检查区域（5）中的所述物体的尺寸的组件；和用于通过激光束和/或X射线而分析所述检查区域（5）中的所述物体的结构的组件。所述室是以分别对于工作中的激光束波长、和对于X射线和工作中的所述激光束的波长而言不透明的材料来被实现的，以预防任何的辐射泄漏。

Description

用于控制物体质量的系统和方法
本发明涉及一种用于评估尤其在高速率的生产线上制造的物体的质量的系统和方法。
一些工业领域，例如航空或宇航领域，要求组成结构的每个构件在其尺寸、形状或表面外观上实现非常高的精度，并且要求知道这些构件中的每一个是否满足所要求的制造公差。
实际上，在诸如航空领域的技术领域中，确保构件中没有缺陷是很重要的，以使得该缺陷不会在服务请求之后被传播。
因此，已知不同的方法能够评估构件或产品的制造质量。
在诸如航空的工业领域中，很少实施对来自生产线的构件或产品的人工检查，因为这太耗费时间，而且一些缺陷很难用肉眼发现，这使得人工控制主要取决于控制者的经验。
因此，这些人工干预是耗时的、成本高的并且具有与诸如航空和空间的工业领域的一贯高要求不相容的误差范围。
还已知自动控制方法，在这些方法之中，特别提及应用触诊（palpation）装置来确定构件或制成产品的尺寸和形状。
然而，这些触诊装置是复杂的，相当不灵活并且不适配于小尺寸构件。
此外，当小构件的形状复杂时，对这些小构件的控制很难自动化。
自动化还需要编程，这可以证实是繁重的。
还已知通过超声波来评估构件质量的方法。
然而，当涉及通过超声波控制时，由于声束必须持续垂直于构件或产品的表面，因此构件或产品的在质量标准中可接受的微小几何偏差也会导致会造成严重阻碍的定位问题。
因此，本发明的目的是提出一种用于自动评估来自生产线的产品或构件的质量的系统和方法，该系统和方法在其设计及其操作模式上是简单的，快速的并且使之能够在单一位置上重组控制操作和评估操作以节省循环劳动力成本和周期时间。
本发明尤其涉及一种自动地且灵活地评估产品或构件质量的系统，其能够专注于高生产速率，同时保护生产线上的当前操作者免于可能由于待检查的构件或产品上（尤其当构件或产品具有复杂形状时）的激光束反射而突然发生的可能的激光泄漏。
本发明的另一目的是一种包括被置于生产线末尾的这种控制系统的、用于制造构件或产品、甚或是组件的设备。
为此，本发明涉及一种用于控制物体质量的系统。
根据本发明，该控制系统包括：
-安全室，其包括待检查的所述物体被引入所述室中所通过的入口和至少一个出口，所述室具有检查区域；
-运输装置，其用于将待检查的所述物体输送到所述检查区域中并且确保其通过所述至少一个出口被排出；
-称量装置，其用于称量所述检查区域中的所述物体；
-用于无接触地测量所述检查区域中的所述物体的尺寸的组件；
-用于通过激光束和/或X射线来分析所述检查区域中的所述物体的结构的组件；以及
-所述安全室是以分别对于工作中的所述激光束的波长、和对于所述X射线和工作中的所述激光束的波长而言不透明的材料来被实现的，以预防任何的辐射泄漏。
所述控制系统因此有利地使之能够将评估构件、产品或组件的质量的所有步骤集中在单一位置上。其还确保保护工作在生产线上的一个或多个操作者以使其免于激光和/或X射线的泄露事故。
在该评估系统的不同的特定实施例中，每个实施例都具有其特定优点并且能够具有许多可能的技术组合：
-所述运输装置包括输送带，所述称量装置被放置在该输送带下面，
-用于分析所述检查区域中的所述物体的结构的组件包括X射线源和传感器，被置于所述检查区域中的待检查的所述物体被放置在所述X射线源和所述传感器之间，
-用于无接触地测量所述检查区域中的物体的尺寸的组件包括用于通过激光干涉测量尺寸的组件和/或用于通过光图案投影和由立体视觉系统检测来进行测量的组件，
-该系统包括用于当待检查的所述物体被置于所述检查区域中时停止所述运输装置的存在检测器，
-所述称量装置响应于所述物体的称量而发送信号，用于无接触地测量所述物体的尺寸的组件发送所述物体的尺寸测量的信号，用于分析所述物体的结构的组件发送与所述物体的结构分析测量相关的信号，所述系统包括连接到记录介质的中央单元，该记录介质包括被预先记录在该记录介质上用以定义所述物体的参考参数的至少一个信息文件，所述中央单元接收所述信号中的每一个以将所述信号与所述参考参数进行比较，
-所述系统包括用于当所述物体的质量评估揭示一个或多个缺陷时标记该物体的装置，
-所述系统还包括用于控制所述物体的表面外观的组件和/或光学相干断层成像（OCT，Optical Coherent Tomography）装置。
所述光学相干断层成像装置例如使之能够控制被折叠弯曲构件的射线中的树脂闪烁。
本发明还涉及一种用于生产物体的设备，该设备配备有如上所述的用于控制该物体的质量的系统。
本发明还涉及一种用于评估物体质量的方法，其中，所述物体被置于检查区域中，然后对被置于所述检查区域中的该物体而执行以下步骤中的至少第一个步骤：
a）称量所述物体，
b）无接触地测量所述物体的尺寸，
c）分析所述物体的结构，以及
-在这些步骤中的每个步骤结束时，将获得的结果与一个或多个参考测量结果进行比较，如果它们在考虑了测量不确定度的情况下相对应，则进行下一个步骤，如果它们是不同的，则丢弃所述物体。
有利地，还控制所述物体的表面外观。
优选地，在分析所述物体的结构的步骤中，发送第一激光束到所述物体上以在待检查的所述物体中产生超声波，利用第二激光束对所述物体进行照明以使得该第二激光束中的一部分被所述物体反射，并且通过干涉测量法来测量所述第二激光束中的被反射的部分，所有这些激光束都通过同一个光学读取头。
参照附图，将更详细地描述本发明，其中：
-图1示意性地示出了根据本发明的特定实施例的用于控制物体质量的系统；
-图2是图1中的运输装置的局部放大图。
图1和图2示意性地示出了根据本发明的优选实施例的用于控制物体质量的系统。
该控制系统被放置在产品1的生产线的末端，通过输送装置2（其在这里是输送带）将产品输送至所述系统。待检查的产品1被置于所述输送带上而并没有被十分精确地定位。
每个产品1通过安全室3的入口4而进入该室中，到达该室的检查区域5中，产品1是在检查区域5中由存在检测器（未示出）来检测的，该存在检测器停止输送装置2以使之能够评估产品1的质量。
通过测量和控制装置的布置，位于检查区域5中的待检查产品1准备被顺序地评估。
在产品1的质量评估结束时，如果发现产品1在尺寸以及表面和形状质量上符合制造公差，则输送装置2重新启动并且将产品1通过出口6排出。
如果产品1被分析为不符合，则在将产品1通过出口6排出之前，由标记装置（未示出）来标记有缺陷的产品。作为说明，对具有一个或多个缺陷的产品1的标记可以通过在其表面上喷漆来实现。
在对来自生产线的产品1进行质量评估的第一步骤中，通过称量装置7来称量待检查产品1。在这里，称量装置7是被置于输送带2之下的秤。
对产品1的称量可以允许在有缺陷的情况下对产品1进行预分拣。相对于参考重量过重的产品1可以意味着存在外来物体。相反地，相对于参考重量过轻的产品1可以意味着存在气泡和/或该产品孔隙过多。
为了进行该比较，称量装置7响应于产品1的称量而提供电信号，代表如此确定的产品1重量的这个电信号被发送到与记录介质（未示出）相连接的中央单元（未示出），该记录介质包括被预先记录在该记录介质上用以定义待检查产品1的参考参数的数据文件或数据文件库。
在这里，该中央单元包括微处理器，该微处理器被配置成实现接收自所述系统的不同评估装置的测量信号和参考参数之间的比较。
如果所测量的重量在考虑了测量不确定度的情况下等于参考重量，则通过用于无接触地测量被置于检查区域5中的产品1的尺寸的组件而确定产品1的三维测量结果。
在这里，用于无接触地测量尺寸的组件包括通过光图案投影（例如产品1表面上的带或十字）并且由立体视觉系统检测该光图案来进行测量的组件，该组件包括至少两个摄像机8、9，摄像机8、9同时拍摄被投影到产品1表面上的光图案。摄像机8、9例如是CCD矩阵。
由于该尺寸测量方法在现有技术中是已知的，因此下文将不对其进行详细描述。简单地回想一下，立体视觉使之能够基于多个点在两个不同视图中的图像的坐标来确定它们的空间位置，以实现对产品1的三维测量。
摄像机8、9中的每一个都将代表由相应摄像机获得的测量的信号发送到中央单元，中央单元基于这些信号来确定产品1的尺寸。然后，将这些尺寸与存储在记录介质上的产品1的参考尺寸进行比较。
如果如此确定的产品1的尺寸在考虑了测量不确定度的情况下对应于参考尺寸，则分析出现在检查区域5中的产品1的结构。
为此，应用用于分析所述检查区域中的物体的结构的组件，该组件包括：
-第一激光源10，其用于生成第一激光束以在产品1中产生超声波，
-第二激光源11，其用于生成第二激光束以对待检查的产品1进行照明，
-干涉仪12，其用于测量由被置于检查区域5中的产品1所反射的第二激光束中的一部分，该干涉仪12能够生成代表该测量的电信号，该电信号被发送至中央单元以与参考参数相比较。
第一激光源10、第二激光源11和干涉仪12光耦合到被置于室3中的测量头13，该测量头13包括允许扫描待检查产品1的表面的光扫描器。在这里，该光扫描器包括安装在电流计上的两个镜。
在这里是二氧化碳（CO2）激光器的第一激光源10生成具有约200mJ能量的波长为10.6μm的第一激光束。该第一激光束被测量头13的光扫描器接收，该光扫描器将该第一激光束引向被置于检查区域5中的产品1，以准许扫描该产品1。该第一激光束在待检查产品1中产生超声波。
由光耦合到同一光测量头13的第二激光源11发送的第二激光束也被该测量头13发送至待检查的产品1。因此，该第二激光束中的一部分被产品1反射，同时通过由该第一激光束在产品1中产生的超声波而被相位偏移。
因此，被反射的激光束被干涉仪12接收，干涉仪12能够生成代表如此测量的这个被反射激光束部分的电信号。该电信号被发送到中央单元以将其与产品1的一个或多个参考参数进行比较。
如果产品1证明是相符的，则输送带2前进以排出该产品1并且在检查区域5中放置新的待检查的产品1。
可选地，光扫描器可以包括沿与输送带2的纵轴垂直的轴的单个扫描镜。因此，输送带被用作第二扫描轴以准许扫描每个产品1。
在这里，所述第二激光束是由通过二极管泵浦的固体激光器来发送的，例如Nd:YAG激光器发送波长λ=1064nm且功率通常为150W的激光束。在这里，干涉仪12是法布里珀罗干涉仪和/或二波混频（TWM）干涉仪。
安全室3是以对工作中的激光束的波长而言不透明的材料来被实现的，以预防可能对生产线上工作的操作者的健康有危害的任何的激光泄露。

Claims (7)

1.一种用于控制物体的质量的系统，其特征在于，包括：
-安全室(3)，其包括将待检查的所述物体引入所述室中所通过的入口和至少一个出口，所述室具有检查区域(5)；
-运输装置，其用于将待检查的所述物体输送到所述检查区域(5)中并且确保该物体通过所述至少一个出口而被排出；
-称量装置(7)，其被置于所述运输装置之下，用于称量所述检查区域(5)中的所述物体；
-用于无接触地测量所述检查区域(5)中的所述物体的尺寸的组件，其包括用于通过光图案投影并由立体视觉系统(8，9)检测来进行测量的组件；
-用于通过激光束分析所述检查区域(5)中的所述物体的结构的组件；并且
-所述安全室(3)是以分别对于工作中的所述激光束的波长而言不透明的材料来被实现的，以预防任何的辐射泄漏，
其中，用于分析所述检查区域(5)中的所述物体的结构的所述组件包括：
-第一激光源(10)，其用于生成第一激光束用以在所述待检查物体中产生超声波，
-第二激光源(11)，其用于生成第二激光束用以对待检查的所述物体进行照明；
-干涉仪(12)，其用于测量由待检查的所述物体反射的第二激光束的一部分，其中所述干涉仪(12)能够生成与该测量相关的电信号；
-所述激光源(10，11)和所述干涉仪(12)光耦合到被置于所述室(3)中的光测量头(13)，所述测量头(13)包括光扫描器,
并且其中，所述称量装置(7)响应于所述物体的称量而发送信号，用于无接触地测量所述物体的尺寸的所述组件发送用于所述物体的尺寸测量的信号，以及用于分析所述物体的结构的所述组件发送与所述物体的结构分析测量相关的信号，所述系统包括连接到记录介质的中央单元，所述记录介质包括被预先记录在所述记录介质上用以定义所述物体的参考参数的至少一个信息文件，所述中央单元接收所述信号中的每一个以将所述信号与所述参考参数进行比较。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括用于当待检查的所述物体被置于所述检查区域(5)中时停止所述运输装置的存在检测器。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，包括用于当所述物体的质量评估揭示一个或更多个缺陷时标记所述物体的装置。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括用于控制所述物体的表面外观的组件和/或光学相干断层成像装置。
5.一种用于生产物体的设备，其配备有如权利要求1至4中任一项所述的用于控制所述物体的质量的系统。
6.一种用于评估物体质量的方法，其中，将所述物体置于检查区域(5)中，然后对于被置于所述检查区域(5)中的所述物体至少执行以下步骤中的第一个步骤：
a)通过被置于用于将所述物体输送到所述检查区域(5)的运输装置之下的称量装置来称量所述物体，
b)利用用于无接触地测量尺寸的组件来无接触地测量所述检查区域(5)中的所述物体的尺寸，所述组件包括用于通过光图案投影并由立体视觉系统(8，9)检测来进行测量的组件，
c)对所述物体进行结构分析，其特征在于，
-在这些步骤中的每个步骤结束时，将获得的结果与一个或更多个参考测量结果进行比较，如果它们在考虑了测量不确定度的情况下相对应，则进行下一个步骤，如果它们是不同的，则丢弃所述物体，
其中，在分析所述物体的结构的步骤中，发送第一激光束到所述物体上以在待检查的所述物体中产生超声波，利用第二激光束对所述物体进行照明以使得所述第二激光束的一部分被所述物体反射，并且通过干涉测量法来测量所述第二激光束的被反射的部分，所有所述激光束都通过同一个光学读取头，
并且其中，称量所述物体的步骤包括响应于所述物体的称量而发送信号，无接触地测量所述检查区域中的所述物体的尺寸的步骤包括发送用于所述物体的尺寸测量的信号，以及对所述物体进行结构分析的步骤包括发送与所述物体的结构分析测量相关的信号，所述方法还包括将所述信号中的每一个与所述参考测量结果进行比较。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还控制所述物体的表面外观。
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