CN107110642A - 用于在线视觉检查的参考系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于参考在线视觉检查系统内的复合结构的方法。参考独立进行，不受用来制造所述复合结构的自动化工具的定位准确度影响。设在铺设表面的轮廓上的参考目标用于使图像参考系统与模具参考系统相关联。

Description

用于在线视觉检查的参考系统
对相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119(e)要求2014年12月22日提交的名称为“用于在线视觉检查的参考系统”的美国申请号62/095,661的优先权，该申请的整个内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及机器视觉检查领域，并且更具体地，涉及参考在线视觉检查系统内的复合结构。
发明背景
复合结构(或部件)通常是由具有显着不同的物理性质或化学性质的两种或更多种构成材料制成。当组合时，它们产生具有与单独材料不同特性的结构，目标在于利用这两者的优点。
当使用制造过程(诸如自动化纤维铺放(AFP)或自动化带分层(ATL))制造复合结构时，检查所制造的结构的尺寸要求是制造过程的重要部分。
用于进行尺寸检查的已知方法涉及经由使用激光跟踪器系统内的手持探针以手动检查来收集数据，并且将测量到的数据与来自计算机辅助设计(CAD)文件的理论数据进行比较。在具有许多层片的复合结构的情况下，对结构的每个层片的纤维的手动检查极其耗时。手动检查的另一缺点是它取决于操作人员的手和眼的熟练度，这就使得由于认证和验证程序所要求的可重复性标准，更难在这之后进行验证和认证。
在铺设片层时，在线检查系统能够获取图像并且进行某种测量和/或分析。检查在制造过程中进行，并且无需在已经进行层片铺设后进行。为了使之切实可行，需要准确知道层片上的点的空间位置。具有附接到制造机器人头部的相机的在线检查系统倾向于依赖于机器人定位准确度，机器人定位准确度对于进行测量来说和对于准确确定空间位置来说已知是较差的。
因此，需要解决针对自动化制造过程参考空间中的层片的问题。
发明概要
在此描述一种用于参考在线视觉检查系统内的复合结构的方法。参考独立进行，不受用来制造所述复合结构的自动化工具的定位准确度影响。设在铺设表面的轮廓上的参考目标用于使图像参考系统与模具参考系统相关联。
根据第一广泛方面，提供一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法。所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的。所述方法包括：在铺设表面的轮廓上设有至少一个参考目标；确定所述至少一个参考目标在模具参考系统中的绝对位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；获取所述至少一个参考目标的图像；根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；以及使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联。
在一些实施方案中，所述方法还包括：在图像获取装置的视觉领域内设有测量校准目标，所述测量校准目标具有已知尺寸；以及获取所述测量校准目标的图像并使用所述已知尺寸来确定所述图像中的一个像素的大小。所述测量校准目标可以具有多个厚度，用于表示所述复合结构的多个层。
在一些实施方案中，设有至少一个参考目标包括在所述模具的外轮廓上设有至少一个外部参考目标。所述至少一个外部参考目标可以包括具有识别数据的光学机器可读表示的标签。所述至少一个参考目标可以具有圆形的反射区。在一些实施方案中，设有至少一个参考目标包括所述复合结构的每一铺设带都设有至少一个参考目标。ATL可能不是这样，因为视觉领域可小于带。
在一些实施方案中，设有至少一个参考目标包括在所述复合结构的第一层上设有至少一个内部参考目标以用作所述复合结构的第二层的参考，所述第二层在所述第一层的顶部。在一些实施方案中，可以在所述第一层上印刷所述至少一个内部参考目标。在一些实施方案中，印刷所述至少一个内部参考目标包括在所述第一层上印刷油墨标记。在一些实施方案中，印刷所述至少一个内部参考目标包括在所述第一层的层压期间进行印刷。
在一些实施方案中，确定所述至少一个参考目标在所述模具参考系统中的位置包括激光扫描所述至少一个参考目标。
在一些实施方案中，获取所述至少一个参考目标的图像包括获取所述图像以及要检查的特征。在一些实施方案中，所述方法还包括：确定所述要检查的特征的位置。
根据第二广泛方面，提供一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法。所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的。所述方法包括：接收至少一个参考目标在模具参考系统中的位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；接收所述至少一个参考目标的图像；根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；以及使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联。
在一些实施方案中，使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括通过在所述模具的理论计算机辅助设计(CAD)表面上的角投影将所述测量坐标系统转移到所述绝对坐标系统。使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联还可包括：计算平面视觉领域中的工具定位误差；将校正施加于所述平面视觉领域中的测量；以及通过角投影将校正过的测量转移到3D表面。在一些实施方案中，使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关包括：计算平面视觉领域中的工具定位误差；通过角投影将未校正的测量转移到3D表面；确定绝对工具定位误差；以及使用所述绝对工具定位误差将校正施加于所述3D表面上的所述测量。
在一些实施方案中，所述方法还包括：根据视距和视角的变化校正像素值测量。
在一些实施方案中，所述方法还包括：实时校准距所述复合结构的表面的视距。
在一些实施方案中，实时校准包括将一对校准目标立体地投影到所述复合结构上，并且当由所述所投影的校准目标形成的图像不同于标称图像时施加校正测量。
在一些实施方案中，接收所述至少一个参考目标的图像包括接收所述至少一个参考目标的图像以及要检查的特征。
在一些实施方案中，所述方法还包括：通过使用所述图像参考系统确定所述要检查的特征在所述模具的所述绝对坐标系统内的位置。
根据另一广泛方面，提供一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的系统。所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的。所述系统包括：存储器；处理器，所述处理器被耦合到所述存储器；以及应用程序，所述应用程序存储在所述存储器中并且可由所述处理器执行。所述应用程序被配置为用于：接收至少一个参考目标在模具参考系统中的位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；接收所述至少一个参考目标的图像；根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；以及使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联。
在一些实施方案中，使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括通过在所述模具的理论计算机辅助设计(CAD)表面上的角投影将所述图像的所述坐标系统转移到所述模具的所述坐标系统。
在一些实施方案中，使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括：计算平面视觉领域中的工具定位误差；将校正施加于所述平面视觉领域中的测量；以及通过角投影将校正过的测量转移到3D表面。
在一些实施方案中，使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关包括：计算平面视觉领域中的工具定位误差；通过角投影将未校正的测量转移到3D表面；确定绝对工具定位误差；以及使用所述绝对工具定位误差将校正施加于所述3D表面上的所述测量。
在一些实施方案中，所述系统还包括：根据视距和视角的变化校正像素值测量。
在一些实施方案中，所述系统还包括：实时校准距所述复合结构的表面的视距。在一些实施方案中，实时校准包括将一对校准目标立体地投影到所述复合结构上，并且当由所述所投影的校准目标形成的图像不同于标称图像时施加校正测量。
在一些实施方案中，获取所述至少一个参考目标的图像包括获取所述图像以及要检查的特征。在一些实施方案中，所述系统还包括：确定所述要检查的特征的位置。
根据另一广泛方面，提供一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法，所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的。所述方法包括：在铺设表面的轮廓上设有至少一个参考目标；确定所述至少一个参考目标在模具参考系统中的绝对位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；获取所述至少一个参考目标的图像以及所检查的特征；根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联；以及确定所述所检查的特征的位置。
附图简述
本发明的另外特征和优点将从以下结合附图而进行的详细描述显而易见，其中：
图1是用于参考视觉检查系统内的复合结构的示例性的方法的流程图；
图2是用于制造复合结构的模具的示例性的实施方案的顶视图；
图3a是外部参考目标的示例性的实施方案；
图3b是内部参考目标的示例性的实施方案；
图4a是校准测量目标的示例性的实施方案的顶视图；
图4b是图4a的校准测量目标的侧视图；
图5是包括外部参考目标的示例性的图像的顶视图；
图6是示例性的图像获取装置的前视图；
图7a示出了用于误差校正的第一参考方法；
图7b示出了用于误差校正的第二参考方法；
图8是使用立体式投影仪的校准的示例性的实施方案；
图9示出了使用图8的实施方案的校准目标的可能投影；
图10是视觉检查系统的示例性的实施方案；
图11是来自视觉检查系统的图像处理器的示例性的实施方案；以及
图12是在图像处理器上运行的应用程序的示例性的实施方案。
将会注意，在全部附图中，相似特征是由相似附图标号标识。
详细描述
现将描述用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法和系统。为了说明目的，用于制造该复合结构的工具被描述为自动化纤维铺放(AFP)机器，但是可以使用其它自动化制造工具，诸如自动化带分层(ATL)机器。为了使用AFP制造复合结构，将纤维条带(丝束)沿着模具铺设为多层，以便形成具有模具的形状的复合结构。纤维条带根据输入到AFP机器中的光纤铺设轨迹来沿着模具放置，以便根据一组设计参数形成给定结构。可以检查特征中的一些，包括但不限于纤维间隙、纤维重叠、角度偏差、碎屑和丝束位置。
复合结构可以包含各种材料，诸如但不限于水泥、混凝土、增强塑料、金属复合物和陶瓷复合物。例如，复合结构可由复合纤维增强塑料组成。复合结构可以用于各种应用，包括但不限于建筑、桥梁、宇宙飞船、飞机、船舶、陆上车辆(包括铁路车辆)，以及诸如风力涡轮机叶片、游泳池面板、浴缸、储罐和台面的结构。
用于在线检查由模具上的自动化工具制造的复合结构的系统通常包括图像获取装置。图像获取装置可以是记录可直接存储、被传输到另一位置或这两者的图像的任何仪器。例如，除其它可能外，图像获取装置可以是摄像机、照相机、数字相机、图像传感器、CCD传感器、CMOS传感器、光纤传感器和有源像素传感器。图像由图像处理器处理以实时或基本上实时(即，在每个层将铺设在模具上以形成复合结构时)进行检查。图像获取装置设在自动化工具的头部附近，并且在复合结构表面上限定视觉领域(FOV)。
图1是用于参考视觉检查系统内的复合结构的示例性的方法的流程图。根据步骤102，在铺设表面的轮廓上设有参考目标。参考目标可以是在检查区域外并直接设在模具表面上的外部参考目标。参考目标还可以是在检查区域内并直接设在层压表面上的内部参考目标。
图2示出了其上使用自动化工具制造复合结构的模具202的示例性的实施方案。检查区域206包括由跨模具202的检查区域206延伸的带212构成的层片。每个带212由多个丝束构成以形成层片。模具参考系统(xm,ym)限定模具202的绝对坐标集合。在图2中，参考目标204是沿着铺设表面的外部轮廓(诸如沿着模具202的外部轮廓203)定位的外部参考目标。根据步骤104，在模具参考系统内确定每个参考目标204的位置。根据步骤106，获取参考目标204的图像208a。图像208a是由图像参考系统限定，图像参考系统界定图像208a中的像素的测量坐标系统。根据步骤108，从图像208a中，在图像参考系统内确定参考目标204的位置。根据步骤110，模具参考系统使用参考目标204在每个参考系统中的已知位置与图像参考系统相关联。因此，获得用于从图像参考系统转为模具参考系统的转换矩阵，反之亦然。这种方法是独立进行的，不受自动化制造工具的定位准确度影响。
图3a是外部参考目标300的示例性的实施方案。在一些实施方案中，外部参考目标300是直接附着到模具202的标签。标签可以是由在极热下不会熔化或分解的耐用材料构造的高温标签。标签可以包括光学机器可读表示304，诸如线性条形码和矩阵条形码。光学机器可读表示304可以对外部参考目标300的识别数据进行编码，从而允许对每个目标的唯一标识。在一些实施方案中，外部参考目标300由包括条形码的非反射区302和其上具有圆形标记308的反射区306组成。可使用一个或多个激光扫描器来扫描外部参考目标300，以便从圆形标记308处获得其在模具参考系统内的位置。这种扫描可以仅仅在铺设过程开始时或目标300被移除的任何时间(例如，如果它们并不耐热)或每次将模具从其固定装置移除时进行一次。可使用条形码读取器从每个外部参考目标300获得目标ID，并且可将目标列表和它们在模具参考系统中的相应位置导入到图像处理器的数据库中。外部参考目标300可以采取其它形式，诸如仅仅具有圆形标记308或具有不同形状的另一标记的反射区306。ID数据可以直接印刷在目标300上并且从图像获取装置中读取。ID数据可以与目标300相邻地提供，而非直接提供在目标上。或者，可例如通过喷墨印刷机将外部参考目标300直接印刷或以其它方式施加在模具202上。每个目标300出于识别目的可以具有唯一形状或唯一大小，而非提供单独ID数据。其它实施方案将容易地理解。
在一些实施方案中，还可使用内部参考目标。例如，当所检查的层片具有比先前层片更短的长度时，或者当要铺设的部件中存在孔洞或空隙时，就会产生铺设凹坑214，如图2所示。因此，所检查的层片的端部是在检查区域206内，并且不会触及模具202的外轮廓203。由于外部特征(诸如标签型的外部参考目标204)不被允许接触检查区域206，因此，将内部参考目标设在检查区域206内。在一些实施方案中，并且如图3b所示，内部参考目标310直接印刷到先前层片312上，以便检查当前层片314。顶部层片314的端部变为铺设表面，并且在底部层片312上出现该铺设表面的轮廓。
在一些实施方案中，例如使用银墨喷墨印刷内部参考目标310。可以使用任何非接触式印刷方法。印刷可以在先前层片312的铺设期间进行。喷墨印刷系统可以直接附接到铺设头部上，或者可单独地提供。内部参考目标310可以由可由图像处理器单独辨识的不同形状或具有用于识别目的的随附标记的相同形状组成。图3b的内部参考目标310被示出为圆形，但是还可使用其它形状。可以使用与复合结构材料相容的任何油墨。
在一些实施方案中，由图像获取装置以像素单位而获取的测量被转换为物理单位，诸如英寸、厘米等等。可使用例如测量校准目标210来进行像素单位与物理单位的相关联。测量校准目标210可以放置在模具202的外轮廓203上，如图2所示，或者可将测量校准目标与模具分开地提供，诸如提供在与模具202相邻的校准面板上。图4a是测量校准目标210的示例性的实施方案。测量校准目标210任选地示出为配合在图像获取装置的由图像参考系统(xi,yi)限定的视觉领域408内。测量区404a的精确尺寸402是已知的，并且导入到图像处理器的存储器中。测量校准目标210的图像被获取到，并且图像处理器测量尺寸402(以像素单位计)。因此，可以确定一个像素的以物理单位计的大小。
在一些实施方案中，为复合结构的每个层片设有单独的测量区404a。例如，图4a示出了具有五个层片的复合结构的测量校准目标210。可以为更多或更少的层片设有测量校准目标210。在一些实施方案中，还设有纤维方向区406以表示针对给定层片在复合结构上的纤维的方向。
图4b是测量校准目标210的侧视图。测量区404B、404A、404C、404D和404E分别地与层片1、2、3、4和5对应。每个测量区404B、404A、404C、404D和404E具有与复合结构的在每个相应片层处的厚度对应的厚度。因此，图像获取装置与测量校准目标210之间的视距被设定为对应图像获取装置与复合结构的每个片层的表面之间的视距，以便适当校准像素大小。在一些实施方案中，测量校准目标210是由非常低的热膨胀系数的薄金属板(诸如InvarTM、ElinvarTM、SitalTM、ZerodurTM和其它低热膨胀组分)制成。
在实践中，一旦模具参考系统和图像参考系统相关联在一起，从铺设带208b的第一端到铺设带208a的第二端，通过获取一系列的图像在检查区域206中进行检查，反之亦然。在铺设带的端部处，最后一个图像将会包括外部参考目标204。一旦获取图像，图像处理器就会分析图像并且识别、提取(或隔离)和测量所检查的缺陷或特征的位置。图像处理器可能能够在相同或连续的图像上检查多个缺陷，每个缺陷具有其自身的尺寸特性。可并行地处理图像，使得不必在第一图像被处理以获取新的图像前进行等待。测量缺陷位置/特性，并且可以将各值与图像处理器的存储器或其远程位置中(诸如在上层控制器中)提供的容许值进行比较。
图5是在层片铺设带的顶端处的图像208a的示例性的实施方案。外部参考目标204在图像208a的视觉领域内。图像处理器可以读取目标204的条形码以便识别目标204，从而能够从列表中提取该目标的真实坐标，并且可使用图像参考系统(xi,yi)中的坐标来测量圆形的反射区的坐标。由于目标204在模具基准系统(xm,ym)中的坐标从初步参考阶段已知，因此图像处理器可以使用图像参考系统与模具参考系统之间的相关性将图像坐标转移到模具坐标。特征的坐标值可以是以像素计测量的，可以是通过图像处理器以物理单位计计算的，并且可以使用转换矩阵而转换为绝对值。如果带几何结构的端部在铺设方向上要比视觉图像大小更长，那么可以采取连续图像，并且可以将转换矩阵应用于所有连续图像。图像应当足够重叠，从而允许在连续图像上的一些共同特征。共同特征可以一起用于参考图像。
注意，模具参考系统可以在三维(xm,ym,zm)中，而图像参考系统则可以在二维(xi,yi)中。这可以各种方式来加以说明。例如，在一些实施方案中，外部参考目标204和/或内部参考目标310可以用于通过理论计算机辅助设计(CAD)表面将图像坐标转移到模具坐标。根据图6，使用已知视距和已知尺寸的视觉领域604的中心确定在模具参考系统中具有绝对坐标(Vx,Vy,Vz)的视点V。视点V是基于获取图像时的铺设头部的理论位置和理论定向的。在视点V与视觉领域的外边缘之间建立2D视角602。
图7a示出了从视点V出现的一对投影。图7a示出了已知的V理论708的位置和未知的V真实710的位置。示出理论2D弯曲CAD表面702在位置706处与V理论708和V真实710的投影相交。视点V和2D弯曲CAD表面702一起形成3D CAD表面。2D弯曲视觉领域在该视觉领域的中心处从CAD表面到与CAD表面相切的平面上的角投影形成2D平坦视觉领域704。参考目标的绝对位置(TX,TY,TZ)位于3D CAD表面上。目标位置从CAD表面到平坦视觉领域704上的角投影提供位置(Tx,Ty)，在这个位置处，应当在视觉领域中看到目标。目标在视觉领域中的真实位置被测量为(RTx,RTy)。在2D平坦视觉领域中确定自动化制造工具的位置误差(Ex,Ey)。在检查过程中，在视觉领域中测量特征的位置(Mx,My)。通过施加校正(Ex,Ey)以获得(RMx,RMy)来确定特征在视觉领域中的的真实位置。然后，通过从2D视觉领域到CAD表面上的角投影获得特征的绝对位置(MX,MY,MZ)。
使用这种相关联方法，仅仅在平坦视觉领域(或切面)中计算工具定位误差。校正仅是在视觉领域中施加，并且然后仅仅结果转移到3D表面上。如果表面曲率在图像中心与目标位置之间显着改变，那么可能出现误差。如果曲率差异较小并且视觉领域较小，那么误差就会忽略不计。例如，对于具有20英寸半径、8英寸视距和4英寸×2英寸视觉领域的模具，视觉领域上的平面内误差为0.0028英寸。对于公差大得多的应用(诸如约0.1英寸)，由测量技术引起的误差是可接受的。误差来自切面应当在测量点处相切这一事实。测量点距图像中心的距离越远，误差将会越大。
在替代实施方案中，图像参考系统中的测量参考自动化制造工具上的点(诸如头部)的绝对坐标。参考目标用于计算自动化制造工具的定位误差。将误差校正施加于整个绝对测量值集合。参考图7b说明这个实施方案。具体来说，一旦已测量了目标在视觉领域中的的真实位置(RTx,RTy)，并且在2D平坦视觉领域中确定自动化制造工具的位置误差(Ex,Ey)，那么在视点位置形式下在3D绝对参考系统中确定位置误差(EX,EY,EZ)。使用工具铺设头部的理论位置720和视点V 722的位置建立工具参考系统。在检查过程中，在视觉领域中测量特征的位置(Mx,My)。确定在校正前特征在模具参考系统中的位置(MRx,MRy)，并且通过施加铺设头部定位误差校正获得特征的绝对位置(MX,MY,MZ)。注意，转换矩阵提供来自CAD文件的Z坐标。由于视觉领域是平坦的，因此这个Z坐标不考虑到特征在Z轴中的真实位置。然而，由于系统没有在Z轴方向上进行检查，因此误差是无关的。
使用这种替代的相关联方法，在平坦视觉领域(或切面)中计算工具定位误差并将工具定位误差转移到3D表面上。这种方法计算绝对工具头部定位误差。在测量从2D视觉领域转移到3D表面上后，针对所有测量来对3D表面施加相同校正。如果表面曲率在视觉领域内显著改变，那么方法并不能考虑到这种改变。对工具定位误差的适当估计将取决于目标与视觉领域中心之间的距离。测量在与该目标的位置完全不同的位置的特征因此可能在某些情况下引起误差。
在视觉领域中的测量的准确度可取决于图像大小的稳定性。如果图像获取装置与复合结构之间的距离改变，那么某像素的真实尺寸也会改变。因此，只要视距改变，就应重复对图像获取装置的校准。视距可取决于压紧辊的变形，这种变形可能不是完全恒定的。当工具的防碰撞系统使铺设头部倾斜时，视距也会改变。在这种情况下，图像处理器可根据视距和角度的变化对像素值测量施加校正。
在一些实施方案中，可使用实时校准系统来连续测量图像获取装置距复合部件表面的真实距离。图8中示出了校准系统的示例性的实施方案。两个不同的投影仪802被附接到铺设头部804并且在视觉领域(即，校准目标)内投射到复合部件表面上。在这个实例中，这两个校准目标的组合形成十字形图。每个投影仪802投影指向相反的方向的图案806a、806b，即，侧向“T”。投影仪802是相同但镜像定向的，并且被定位成使得当视距处于标称值时，它们的投影的垂线完全重叠在相机812的视觉领域的中心处。当铺设头部804移动使得距表面的距离改变时，组合的校准目标的图像将根据铺设头部的偏移而修改。例如，在视距更靠近标称距离的偏移过程中，在侧向“T”之间将存在空间(参见808a)，并且在视距离大于标称距离(808c)的偏移过程中，将会投影双十字形。标称距离在808b处示出。在808a的情况下，就需要负校正，因为一个像素具有比另一像素更小的尺寸。在808c的情况下，就需要正校正，因为一个像素具有比另一像素更大的尺寸。视觉系统可以测量校准目标的两个偏移垂线之间的像素810的角度和距离，并且对像素的新值做出校正。针对每个新获取的图像，可以将这个校正实时施加到测量。
图9示出了两个投影仪802的其它可能偏移，诸如在投影仪802向前或向后倾斜时。在一些实施方案中，投影仪802投射LED光而非激光。当光投射于可能具有不同纤维定向的表面上时，激光如果在某些方向上被投射到纤维，就可能是不可见的。LED光并不存在这个问题。在一些实施方案中，投影仪802使用远心透镜，远心透镜允许它们相对于表面而倾斜并且仍然提供准确图像。左投影仪图像和右投影仪图像分别在902和904处示出。在906处示出立体投影图像。在908处示出更靠近表面的投影仪802的投影图像。在910处示出比表面更高的投影仪802的投影图像。在912处示出更为靠近并向前倾斜的情景。在914处示出更为远离并向前倾斜的情景。
参考图10至图12，现将描述用于参考视觉检查系统内的复合结构的系统。在图10中，此处示出可操作地连接到图像获取装置1004的图像处理器1002。图像获取装置1004可以与图像处理器1002分开地提供，或者并入其内。例如，图像处理器1002可以与图像获取装置1004集成为所下载的软件应用程序、固件应用程序或其组合。图像获取装置1004可以是能够记录可直接存储、被传输到另一位置或这两者的图像的任何仪器。这些图像可以是静态照片或动态图像(诸如视频或电影)。
可提供各种类型连接1008以允许图像处理器1002来与图像获取装置1004通信。例如，连接1008可以包括基于导线的技术，诸如电线或电缆，和/或光纤。连接1008还可以是无线的，诸如RF、红外、Wi-Fi、蓝牙等等。因此，连接1008可以包括网络，诸如互联网、公共交换电话网络(PSTN)、蜂窝网络或本领域的技术人员已知的其它网络。通过网络来进行的通信可使用使计算机网络内的装置能够交换信息的任何已知通信协议来进行。协议实例如下：IP(互联网协议)、UDP(用户数据报协议)、TCP(传输控制协议)、DHCP(动态主机配置协议)、HTTP(超文本传输协议)、FTP(文件传输协议)、Telnet(Telnet远程协议)、SSH(安全外壳远程协议)和以太网。在一些实施方案中，连接1008可以包括可编程控制器用作图像处理器1002与图像获取装置1004之间的中介。
可以通过连接1008远程地从多个装置1010中任一者访问图像处理器1002。装置1010可以包括被配置为通过连接1008来进行通信的任何装置，诸如个人计算机、平板电脑、智能电话等等。在一些实施方案中，图像处理器1002本身可以直接设在装置1010中的一者上，作为所下载的软件应用程序、固件应用程序或其组合。类似地，图像获取装置1004可以与装置1010中的一者集成。在一些实施方案中，图像获取装置1004和图像处理器1002两者直接设在装置1010中的一者上，作为所下载的软件应用程序、固件应用程序或其组合。
一个或多个数据库1012可以直接集成到图像处理器1002或装置1010中任一者中，或者可以与图像处理器或装置中任一者分开地提供(如图所示)。在远程访问数据库1012的情况下，如上指出，可以经由呈任何类型的网络的形式的连接1008进行访问。本文中描述的各种数据库1012可提供为被组织为用于供计算机快速搜索和检索的数据或信息的集合。数据库1012可以被构造成促成结合各种数据处理操作来对数据进行存储、检索、修改和删除。数据库1012可以是在数据存储介质(诸如一个或多个服务器或长期数据存储装置)上的任何数据组织。数据库1012说明性地已在其中存储所获取的图像、外部参考目标的位置数据、内部参考目标的位置数据、外部参考目标的识别数据、内部参考目标的识别数据、转换矩阵、像素单位值、物理单位值、CAD表面数据、视点数据、视距数据、视角数据和校准目标数据中任一者。
如图11所示，图像处理器1002说明性地包括一个或多个服务器1100。例如，可以使用与web服务器、应用服务器和数据库服务器对应的一系列服务器。在图11中，这些服务器都由服务器1100表示。服务器1100可由用户(诸如技术人员或装配线工作者)使用装置1010中的一者访问，或者经由图形用户界面直接在系统1002上访问。除其它外，服务器1100可以包括在耦合到存储器1102的处理器1104上运行的多个应用程序1106a……1106n。应当理解，虽然文本中呈现的应用程序1106a……1106n被示出和描述为单独实体，但是它们可以各种方式组合或分开。
处理器1104可访问的存储器1102可以接收和存储数据。存储器1102可以是主存储器(诸如高速随机存取存储器(RAM))或辅助存储单元(诸如硬盘、软盘或磁带驱动器)。存储器1102可以是任何其它类型的存储器(诸如只读存储器(ROM))或光学存储介质(诸如视频盘和压缩盘)。处理器1104可访问存储器1102以检索数据。处理器1104可以是可对数据进行操作的任何装置。实例是中央处理单元(CPU)、前端处理器、微处理器和网络处理器。应用程序1106a……1106n被耦合到处理器1104并且被配置为进行各种任务。输出可以被传输到图像获取装置1004和/或装置1010。
图12是在处理器1104上运行的应用程序1106a的示例性的实施方案。应用程序1106a说明性地包括成像模块1202、参考模块1204和检查模块1206。成像模块1202被配置为接收由图像获取装置1004获取的图像。成像模块还可以配置为控制图像获取装置1004，即，输出控制信号以获取图像和定位视觉领域。成像模块1202可以将用于参考视觉检查系统内的复合结构的图像传送到参考模块1204。例如，成像模块1202被配置为接收至少一个外部参考目标的图像并且将这个图像提供给参考模块1204。参考模块1204被配置为接收至少一个外部参考目标在模具参考系统中的位置，并且确定至少一个外部参考目标在图像参考系统中的位置。参考模块1204还可以配置为使模具参考系统与图像参考系统相关联并且获得转换矩阵。参考模块1204将转换矩阵提供给检查模块1206，用于检查复合结构上的特征。检查模块1206接收所获取的并来自成像模块1202的图像进行检查。
检查模块1206可以被配置为通过分析图像并且识别、提取和测量要检查的特征的位置实时检查该复合结构的特征。可以在相同或连续的图像上同时检查多个特征。测量特征位置/特性，并且将各值与存储器1102中或远程数据库1012中提供的容许值进行比较。可以自动地由检查模块1206做出Go/No Go(可行/不行)决策。可以利用偏差数据生成检查报告。为了修理缺陷，就会中断制造，并且一旦完成修理，就会重新开始制造。
在一些实施方案中，参考模块1204被配置为通过CAD表面使模具参考系统与图像参考系统相关联，如上所述。例如，在一些实施方案中，参考模块1204被配置为计算平面视觉领域中的工具定位误差，将校正施加于平面视觉领域中的测量，并且将校正过的测量转移到3D表面。在另一实施方案中，参考模块1204被配置为计算平面视觉领域中的工具定位误差，将未校正的测量转移到3D表面，并且将校正施加于3D表面上的测量。
在一些实施方案中，参考模块1204被配置为根据图像获取装置1004的视距和视角的变化校正像素值测量。这可包括使用上述立体投影仪实时校准距复合结构表面的视距。包括有校准目标的图像可由图像获取装置1004获取，可由成像模块1202接收，并且可提供给参考模块1204进行处理。
参考模块1204还可以配置为将控制信号输出到成像模块1202和/或图像获取装置1004。例如，参考模块1204可以在发现视距变化超过标称情况时，对测量校准目标的新的图像进行请求。这个新的图像用于重新校准一个像素单位的物理尺寸。类似地，参考模块1204可以被配置为将控制信号输出到喷墨印刷机以在层片上提供内部参考目标来参考未到达模具的外轮廓的后续层片。然后，参考模块1204可以出于参考目的分析包括该内部参考目标的图像。内部参考目标和外部参考目标的识别数据和/或绝对坐标可以被输入到图像处理器1002并且存储在存储器1102中，以供参考模块1204之后访问。该测量校准目标的尺寸也可以输入到图像处理器1002并且存储在存储器1102中，以供参考模块1204之后访问。
因此，参考模块1204被配置为允许独立进行复合结构的特征的检查，不受制造工具的定位准确度影响。放置在检查区域外的模具表面上的外部参考目标无需设于准确位置和/或定向，因为它们是参考模块1204可辨识、可识别和可测量的。在一些实施方案中，测量校准目标用于确定像素的以物理单位计的尺寸。另外，可使用对校准目标的立体投影来补偿视距深度和角度的变化，并且针对由图像获取装置收集的每个图像建立像素的正确值。
上文描述表示仅是示例性的，并且相关领域中的技术人员将认识到，在不脱离所公开的本发明的主题的情况下，可对所描述的实施方案做出改变。例如，本文中描述的流程图和附图中的方框和/或操作仅是出于示例目的。在不脱离本公开的教导的情况下，这些方框和/或操作可以存在许多变化。例如，可以不同顺序进行方框，或者可以添加、删除或修改方框。尽管在方框图中作为经由不同数据信号连接而彼此通信的分立部件分组示出，但是本领域的技术人员将会理解，本发明的实施方案是由硬件部件和软件部件的组合提供，其中一些部件通过硬件系统或软件系统的给定的功能或操作实现，并且许多所示出的数据路径通过计算机应用程序或操作系统内的数据通信实现。因此，所示出的结构是为了有效教导本发明的实施方案提供的。在不脱离权利要求书的主题的情况下，可以其它特定形式来实施本公开。另外，相关领域中的技术人员将会了解，虽然在本文中公开和示出的系统、方法和计算机可读介质可以包括特定数量要素/部件，但是可以将系统、方法和计算机可读介质修改为包括额外或更少的要素/部件。本公开还旨在覆盖和包含技术上的所有合适改变。鉴于本公开的审查，落入本发明的范围内的修改对于本领域的技术人员将是显而易见的，并且此类修改旨在落入在随附权利要求内。

Claims (32)

1.一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法，所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的，所述方法包括：
在铺设表面的轮廓上设有至少一个参考目标；
确定所述至少一个参考目标在模具参考系统中的绝对位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；
获取所述至少一个参考目标的图像；
根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；以及
使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
在图像获取装置的视觉领域内设有测量校准目标，所述测量校准目标具有已知尺寸；以及
获取所述测量校准目标的图像并使用所述已知尺寸来确定所述图像中的一个像素的大小。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述测量校准目标具有多个厚度，用于表示所述复合结构的多个层。
4.如权利要求1至3所述的方法，其中设有至少一个参考目标包括在所述模具的外轮廓上设有至少一个外部参考目标。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述至少一个外部参考目标包括具有识别数据的光学机器可读表示的标签。
6.如权利要求4至5中任一项所述的方法，其中设有至少一个外部参考目标包括使所述至少一个参考目标具备有圆形的反射区。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中设有至少一个参考目标包括在所述复合结构的第一层上设有至少一个内部参考目标以用作所述复合结构的第二层的参考，所述第二层在所述第一层的顶部。
8.如权利要求7所述的方法，其中设有至少一个内部参考目标包括在所述第一层上印刷所述至少一个内部参考目标。
9.如权利要求8所述的方法，其中印刷所述至少一个内部参考目标包括在所述第一层上印刷油墨标记。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中印刷所述至少一个内部参考目标包括在所述第一层的层压期间进行印刷。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中确定所述至少一个参考目标在所述模具参考系统中的位置包括激光扫描所述至少一个参考目标。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中设有至少一个参考目标包括所述复合结构的每一铺设带都设有至少一个参考目标。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中获取所述至少一个参考目标的图像包括获取所述图像以及要检查的特征。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括通过使用所述图像参考系统确定所述要检查的特征在所述模具的所述绝对坐标系统内的位置。
15.一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法，所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的，所述方法包括：
接收至少一个参考目标在模具参考系统中的位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；
接收所述至少一个参考目标的图像；
根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；以及
使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联。
16.如权利要求15所述的方法，其中使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括通过在所述模具的理论计算机辅助设计(CAD)表面上的角投影将所述测量坐标系统转移到所述绝对坐标系统。
17.如权利要求15所述的方法，其中使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括：
计算平面视觉领域中的工具定位误差；
将校正施加于所述平面视觉领域中的测量；以及
通过角投影将校正过的测量转移到3D表面。
18.如权利要求15所述的方法，其中使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括：
计算平面视觉领域中的工具定位误差；
通过角投影将未校正的测量转移到3D表面；
确定绝对工具定位误差；以及
使用所述绝对工具定位误差将校正施加于所述3D表面上的所述测量。
19.如权利要求15至18中任一项所述的方法，其还包括根据视距和视角的变化校正像素值测量。
20.如权利要求15至18中任一项所述的方法，其还包括实时校准距所述复合结构的表面的视距。
21.如权利要求20所述的方法，其中实时校准包括将一对校准目标立体地投影到所述复合结构上，并且当由所述所投影的校准目标形成的图像不同于标称图像时施加校正测量。
22.如权利要求15至21中任一项所述的方法，其中接收所述至少一个参考目标的图像包括接收所述至少一个参考目标的图像以及要检查的特征。
23.如权利要求22所述的方法，其还包括通过使用所述图像参考系统确定所述要检查的特征在所述模具的所述绝对坐标系统内的位置。
24.一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的系统，所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的，所述系统包括：
存储器；
处理器，所述处理器被耦合到所述存储器；以及
应用程序，所述应用程序存储在所述存储器中并且可由所述处理器执行用来：
接收至少一个参考目标在模具参考系统中的位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；
接收所述至少一个参考目标的图像；
根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；以及
使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联。
25.如权利要求24所述的系统，其中使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括通过在所述模具的理论计算机辅助设计(CAD)表面上的角投影将所述测量坐标系统转移到所述绝对坐标系统。
26.如权利要求24所述的系统，其中使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括：
计算平面视觉领域中的工具定位误差；
将校正施加于所述平面视觉领域中的测量；以及
通过角投影将校正过的测量转移到3D表面。
27.如权利要求24所述的系统，其中使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联包括：
计算平面视觉领域中的工具定位误差；
将所述工具定位误差转移到3D表面；
通过角投影将未校正的测量转移到所述3D表面；
确定绝对工具定位误差；以及
使用所述绝对工具定位误差将校正施加于所述3D表面上的所述测量。
28.如权利要求24至27中任一项所述的系统，其中所述应用程序还配置为用于根据视距和视角的变化校正像素值测量。
29.如权利要求24至27中任一项所述的系统，其中所述应用程序还配置为用于实时校准距所述复合结构的表面的视距。
30.如权利要求29所述的系统，其中实时校准包括将一对校准目标立体地投影到所述复合结构上，并且当由所述所投影的校准目标形成的图像不同于标称图像时施加校正测量。
31.一种用于参考视觉检查系统内的复合结构的方法，所述复合结构是通过自动化工具在模具上制造的，所述方法包括：
在铺设表面的轮廓上设有至少一个参考目标；
确定所述至少一个参考目标在模具参考系统中的绝对位置，所述模具参考系统界定所述模具的绝对坐标系统；
获取所述至少一个参考目标的图像以及所检查的特征；
根据所述图像确定所述至少一个参考目标在图像参考系统中的位置，所述图像参考系统界定所述图像中的像素的测量坐标系统；
使用所述至少一个参考目标在所述模具参考系统和所述图像参考系统中的所述位置使所述模具参考系统与所述图像参考系统相关联；以及
通过使用所述图像参考系统确定所述所检查的特征在所述模具的所述绝对坐标系统内的位置。
32.如权利要求31所述的方法，其中确定所述特征的位置在所述自动化工具铺设所述复合结构的同时进行。
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