CN107941145A - 用于基于测量的质量检测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测部件的方法，该方法包括使用连接到光学标记装置的测量装置产生部件的测量数据。该方法进一步包括使用光学标记装置和至少一个相机产生测量装置的坐标数据。该方法包括基于测量数据和坐标数据产生经同步的测量数据。该方法进一步包括从数据库检索对应于经同步的测量数据的预存储数据。该方法还包括使用增强现实技术基于预存储数据和经同步的测量数据产生反馈数据。该方法包括基于反馈数据操作测量装置以执行将从部件获取的一个或多个测量。

Description

用于基于测量的质量检测的系统和方法

技术领域

本发明涉及部件的基于测量的质量检测。

背景技术

随着计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的出现，缩短了制造过程的生产周期，从而极大地提高了生产率。CAD实现了解决与制造过程相关联的许多问题的优良设计且CAM提高了机器加工部件的效率和质量。

尽管CAD和CAM技术增强了设计和制造，但质量管理过程并未由于技术进步而明显地改变。机器加工零件的质量检测仍是难操作的、昂贵的且不可靠的。例如卡尺和标尺等手动测量工具提供较慢、不精确且一维的测量结果。坐标测量机器(CMM)可能能够提供高精确度，但其限于质量控制实验室且一般不可用于车间地板上。

一般来说，CMM使用三个线性标尺测量空间中的物体。尽管一些装置可在外科应用中用于获取无线电信号测量，但此类装置并不适于需要对零件和组合件进行三维测量的通用工业应用。

虽然计算机数字控制(CNC)机器可与机器人技术结合使用以执行对复杂部件的测量，但其涉及的巨大编程工作量使得此类机器不适于在工业应用中广泛部署。

发明内容

根据本发明的一个实施例，公开一种用于检测部件方法。该方法包括使用连接到光学标记装置的测量装置产生部件的测量数据。该方法进一步包括使用光学标记装置和至少一个相机产生测量装置的坐标数据。该方法包括基于测量数据和坐标数据产生经同步的测量数据。该方法进一步包括从数据库检索对应于经同步的测量数据的预存储数据。该方法还包括使用增强现实技术基于预存储数据和经同步的测量数据产生反馈数据。该方法包括基于反馈数据操作测量装置以执行将从部件获取的一个或多个测量。

根据本发明的另一实施例，公开一种用于检测部件系统。该系统包括测量装置，测量装置连接到光学标记装置且被配置成产生部件的测量数据。该系统进一步包括至少一个相机，至少一个相机被配置成监视光学标记装置且产生测量装置的坐标数据。该系统还包括测量控制单元，测量控制单元以通信方式连接到测量装置和至少一个相机且被配置成从测量装置接收测量数据。测量控制单元被进一步配置成从至少一个相机装置接收坐标数据。测量控制单元还被配置成基于测量数据和坐标数据产生经同步的测量数据。测量控制单元被配置成从数据库检索对应于经同步的测量数据的预存储数据。测量控制单元被进一步配置成使用增强现实技术基于预存储数据和经同步的测量数据产生反馈数据。测量控制单元还被配置成基于反馈数据操作测量装置，以执行将从部件获取的一个或多个测量。

根据本发明的另一实施例，公开一种非暂时性计算机可读介质，非暂时性计算机可读介质具有启用至少一个处理器模块以执行用于部件检测的方法的指令。该方法包括使用连接到光学标记装置的测量装置产生部件的测量数据。该方法进一步包括使用光学标记装置和至少一个相机产生测量装置的坐标数据。该方法包括基于测量数据和坐标数据产生经同步的测量数据。该方法进一步包括从数据库检索对应于经同步的测量数据的预存储数据。该方法还包括使用增强现实技术基于预存储数据和经同步的测量数据产生反馈数据。该方法包括基于反馈数据操作测量装置以执行将从部件获取的一个或多个测量。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的实施例的这些和其它特征和方面将变得更好理解，在所有附图中类似的标号表示类似的零件，其中：

图1是根据示范性实施例的用于部件的质量检测的系统的框图；

图2是根据示范性实施例的监视部件的两个相机的布置的透视图；

图3是根据示范性实施例的光学标记装置的透视图；

图4是根据示范性实施例的部件的质量检测的方法的流程图；且

图5是根据示范性实施例的部件的质量检测的方法的流程图。

具体实施方式

如将在下文中详细描述，公开用于部件的基于测量的质量检测的系统和方法。更具体地说，本说明书中所公开的系统和方法的实施例具体涉及使用光学跟踪和增强现实技术的部件的基于测量的质量检测。

用于执行部件的质量检测的示范性技术采用由至少一个相机跟踪的测量装置。测量装置被配置成将测量数据传达到测量控制单元。光学跟踪系统被配置成使用由相机提供的数据跟踪测量装置，由此实现以任何次序获取测量结果。通过使用光学跟踪装置校准光学跟踪系统来启动质量检测。具体来说，与光学跟踪系统配合的增强现实系统产生用于控制测量装置的反馈。

图1是根据示范性实施例的用于部件108的质量检测的系统100的框图。系统100包括测量装置102，所述测量装置102被配置成产生部件108的测量数据106。在一个实施例中，测量装置102由操作员操作。在另一实施例中，测量装置102由机器人装置操作。在一个具体实施例中，机器人装置被配置成以自动模式操作测量装置102。在另一实施例中，机器人装置被配置成以半自动模式操作测量装置102。在自动模式中，预编程机器人装置以在无操作员干预的情况下依序获取测量结果。在半自动模式中，机器人装置在有操作员偶然干预的情况下获取测量结果。

在一个实施例中，测量数据可包括但不限于长度值、宽度值、高度值和半径值中的一个或多个。部件可以是由数百个测量结果所指定的复杂零件。在一个实施例中，部件是喷气发动机的喷嘴。在另一实施例中，部件是涡轮的风扇。在所说明的实施例中，部件108连接到光学标记装置104。在另一实施例中，测量装置102连接到光学标记装置104。光学标记装置104包括以预定义三维配置布置的多个光学标记(图1中未标注)。在一个实施例中，优选的标记装置104可包括四个光学标记。在此实施例中，两个光学标记可安置于平面表面上且另两个光学标记可安置于另一平面表面上。光学标记装置104用以在质量检测过程期间参照测量装置102提供部件108的空间坐标和定向。

如本说明书中所论述，术语“测量设定”是指部件108和光学标记装置104的组合。在替代实施例中，在测量装置102处于部件108附近的情况下，测量设定还可以指部件108、光学标记装置104和测量装置102的组合。系统100进一步包括至少一个相机110，所述至少一个相机110被配置成监视光学标记装置104。具体来说，至少一个相机110被配置成获取光学标记装置104的一个或多个图像。至少一个相机110被进一步配置成使用计算机视觉技术实时地确定光学标记装置104的位置和定向。在所说明的实施例中，使用两个相机110。在其它实施例中，相机110的数目可取决于应用而变化。相机同步中心128以通信方式连接到至少一个相机110且被配置成使多个获取图像130同步且产生坐标数据112。坐标数据112包括具有空间坐标的位置数据和具有旋转坐标的定向数据。在一些实施例中，相机同步中心126还被配置成将控制信号提供到至少一个相机110，以用于改变定向且调整聚焦。系统100进一步包括测量控制单元114，所述测量控制单元114以通信方式连接到测量装置102和至少一个相机110。测量控制单元114被配置成从测量装置102接收测量数据106。测量控制单元114被进一步配置成从相机同步中心126接收坐标数据112且操作测量装置102，以执行部件108的一个或多个测量。测量装置102的操作通过由测量控制单元114产生的控制信号144实现。

测量控制单元114包括经由通信总线136以通信方式彼此连接的增强现实(AR)单元124、同步单元126、处理器单元132、存储器单元134、控制器单元138和反馈产生器单元140。

具体来说，同步单元126以通信方式连接到相机同步中心128且被配置成接收由相机同步中心128产生的坐标数据112。同步单元126还被配置成接收测量数据106且基于测量数据106和坐标数据112产生经同步的测量数据116。在一个实施例中，同步单元126被配置成基于坐标数据112修改测量数据106。

反馈产生器单元140以通信方式连接到同步单元126和数据库120。反馈产生器单元140被配置成从数据库120接收预存储数据118且从同步单元126接收经同步的测量数据116。在一个实施例中，预存储数据118包括预定义测量数据和对应于预定义测量数据的多个容差值。本说明书中论述的术语“预定义测量数据”包括在其处执行质量检测测量的部件108的多个部位。反馈产生器单元140被进一步配置成使用增强现实技术基于预存储数据118和经同步的测量数据116产生反馈数据122。

增强现实单元124以通信方式连接到反馈产生器单元140和数据库120。在一个实施例中，增强现实单元124被配置成通过集成实况测量数据106与由反馈产生器单元140提供的额外数据来提供测量进程的实况状态。在一个实施例中，增强现实单元124被配置成使用包括由反馈产生器单元140提供的测量状态信息的额外数据覆盖部件108的检测区的实况图像。在另一实施例中，增强现实单元124被配置成将测量设定的视觉信息与表示由反馈产生器单元140提供的测量状态信息的音频信息进行组合。在一个实施例中，增强现实单元124可将由反馈产生器单元140提供的质量检测状态的指示符中的一个或多个与测量设定的视觉表示进行组合以产生增强现实信息150。将增强现实信息150传输到显示单元142，以用于提供关于由操作员执行的质量检测的进程的视觉信息。在一个实施例中，当操作员使用测量装置102时，操作员146使用增强现实信息150以有效地使用测量装置102来执行质量检测过程。在另一实施例中，当机器人装置148操作测量装置102时，机器人装置的操作员可使用增强现实信息150以获得质量检测过程的状态。

控制器单元138以通信方式连接到反馈产生器单元140且被配置成产生控制信号144，以用于操作测量装置102。在一个实施例中，操作员接收表示反馈数据122的信号且确定测量装置102的使用情况，以继续质量检测过程。在另一实施例中，机器人装置可接收表示反馈数据122的信号且产生控制信号144，以操作测量装置102。

处理器单元132包括一个或多个处理器。在一个实施例中，处理器单元132包括至少一个算术逻辑单元、微处理器、通用控制器或处理器阵列，以执行所要计算或运行计算机程序。

尽管在所说明的实施例中，处理器单元132展示为独立的单元，但在其它实施例中，单元126、138、140、124中的一个或多个可包括对应的处理器单元。或者，测量控制单元114可经由通信链路，例如计算机总线、有线链路、无线链路，或其组合，以通信方式连接到安置于远端部位，例如中心服务器或基于云的服务器处的一个或多个处理器。在一个实施例中，处理器单元132可以操作方式连接到反馈产生器单元140且被配置成产生表示反馈数据122的信号，以用于执行部件108的质量检测。

存储器单元134可以是非暂时性存储介质。举例来说，存储器单元134可以是动态随机存取存储器(DRAM)装置、静态随机存取存储器(SRAM)装置、闪存存储器或其它存储器装置。在一个实施例中，存储器单元134可包括非易失性存储器或类似永久性存储装置、介质，例如硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘只读存储器(CD-ROM)装置、数字多功能光盘只读存储器(DVD-ROM)装置、数字多功能光盘随机存取存储器(DVD-RAM)装置、数字多功能光盘可重写(DVD-RW)装置、闪存存储器装置，或其它非易失性存储装置。非暂时性计算机可读介质可编码有指示一个或多个处理器执行部件108的质量检测的程序。

此外，单元124、138、140、126、134中的至少一个可以是独立的硬件部件。例如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或定制芯片等其它硬件实施方案可用于测量控制单元114的单元中的一个或多个。

具体来说，测量控制单元114还被配置成使用由增强现实产生单元124实施的增强现实技术基于预存储数据118和经同步的测量数据116产生反馈数据122。在一个实施例中，测量控制单元114被配置成使用将获取的一个或多个测量结果覆盖部件108的检测区的实况图像。在一个具体实施例中，测量控制单元114被进一步配置成验证对应于预定义测量数据采集中的一个的测量结果。在另一实施例中，测量控制单元114被进一步配置成产生表示反馈数据122的图形和音频信息中的至少一个。测量控制单元114被进一步配置成基于反馈数据122操作测量装置102以执行将从部件108获取的一个或多个测量。

图2是根据示范性实施例的监视部件108的两个相机110的布置的透视图。针对指定的质量检测工作，识别将从部件108上的多个部位208获取的多个测量结果。在一个实施例中，对部件108执行一百八十个测量，以完成质量检测过程。在另一实施例中，对零部件108执行五百个测量。在此实施例中，部件108可以是喷气发动机的喷嘴。在一个实施例中，测量装置可以是数字卡尺。将来自测量装置的测量数据以电子方式传输到测量控制单元。在一个实施例中，可通过按压测量装置上的按钮来执行测量事件的显示。在另一实施例中，可通过激活显示单元的触摸屏来执行测量事件的显示。示范性系统能够实现测量数据的无纸记录，由此减少劳力且提高测量记录的准确性。

图3是根据示范性实施例的光学标记装置104的图像。光学标记装置104具有连接到测量装置102的刚性体连接件302。在一个实施例中，使用3D打印技术制造刚性体连接件302。在另一实施例中，可通过例如模制等任何其它技术制造刚性体连接件302。将测量装置102安置于部件108的多个预定义部位处以获取多个测量结果。在另一实施例中，光学标记装置104可连接到部件108。

光学标记装置104包括定位于三维空间中的多个点处的多个光学标记308、310、312、314。在一个实施例中，多个光学标记308、310、312、314可以是可通过处理光学标记装置104的图像而识别的无源标记(passive marker)。在另一实施例中，多个光学标记308、310、312、314可以是例如但不限于发光二极管(LED)的有源标记(active marker)，所述有源标记发出可由安置于部件108上或附近的检测器元件识别的不可见光。使用对应于多个标记308、310、312、314的多个3D坐标确定测量装置的位置和定向。使用对应于所显示测量事件的测量装置的位置和定向确定质量检测过程的进程。可使用增强现实技术通过显示单元将质量检测过程的进程传达给操作员。

图4是说明根据示范性实施例的使用光学跟踪和增强现实技术的质量检测方法400的框图。通过如步骤402所指示般选择部件且将光学标记装置定位于部件上来启动质量检测过程。另外，通过测量控制单元启动增强现实技术。作为初始化程序的部分，对光学跟踪系统进行校准。质量检测过程的启动可包括其它步骤，例如启动测量记录和产生测量设定的实时图像。

如步骤404中所指示，实时跟踪光学标记装置的位置和定向。在一个实施例中，基于产生的视频帧执行跟踪。如果由光学跟踪系统产生的视频帧的速率较高，那么可一次对若干帧执行跟踪。如步骤406所指示，将跟踪数据串流传输到测量控制单元。可使用有线或无线连接执行跟踪数据到测量控制单元的串流传输。如步骤408所指示，由测量控制单元使用跟踪数据以确定测量装置的位置。在一个实施例中，测量单元的同步单元被配置成确定测量装置的位置。在另一实施例中，测量控制单元的反馈产生器单元被配置成确定测量装置的位置。

在质量检测过程的启动期间从数据库检索部件的多个测量部位。如步骤410所指示，基于步骤408中所计算的测量装置的位置和步骤404中通过光学跟踪获得的光学标记装置的位置和定向来确定最接近测量装置的位置的测量部位。可将测量装置的位置和最接近测量装置的测量部位叠加于测量设定的实时图像上。在另一实施例中，可基于先前获取的测量结果将多个测量部位分类成两组。在质量检测过程的开始时，所有测量部位包括于第一组中。随着质量检测过程的进行，将对应于所获取测量结果的部位从第一组移除且包括于第二组中。第一组和第二组的测量部位用于产生多个增强现实图像。

在步骤414处，启动部件的测量记录。如步骤416中所指示，产生测量设定的实时图像且将其显示在显示单元上。在步骤418处，将部件的所有测量部位覆盖于测量设定的实时图像上。在一个实施例中，可使用专用颜色标注和显示第一组的多个测量部位。可以不同方式标注且使用另一专用颜色显示第二组的多个测量部位。测量部位的此显示使操作员能够识别待定测量且在剩余部位处定位测量装置。在另一实施例中，也将测量装置的部位和最接近测量装置的测量部位覆盖于实时图像上，由此使操作员能够以较高的可信度记录新的测量和对应的部位。

当测量装置极为接近测量部位时，操作员确认进行测量记录。在一个实施例中，通过按压测量装置上的按钮指示测量记录的确认。在另一实施例中，经由显示单元的触摸屏执行测量记录的确认。将记录的测量经由无线信道从测量装置传输到测量控制单元。

在获得所有测量结果之后，如步骤426中所指示，产生质量检测报告。在某些实施例中，在操作员操作测量装置的情况下，使用显示于显示单元中的增强现实信息来选择新的测量部位。在某些其它实施例中，在使用机器人装置操作测量装置的情况下，自动选择剩余多个部位中的合适部位。

图5是根据另一示范性实施例的部件检测方法500的流程图。方法500包括如步骤502中所指示般使用连接到光学标记装置的测量装置产生部件的测量数据。在一个实施例中，光学标记装置包括以预定义三维配置布置的多个光学标记。在一个实施例中，产生测量数据的步骤包括光学跟踪系统的初始校准和使用预定义测量数据进行初始化。在一个实施例中，光学跟踪系统的校准包括将部件定位于适宜的位置处且接着将测量装置定位于初始测量部位处。在记录初始测量结果之后，结束对光学跟踪系统的校准。随后，对于其它测量部位，不需要进行校准和初始化步骤。可通过以任何次序选择测量部位来执行测量数据的产生。

在步骤504处，方法500包括使用光学标记装置和至少一个相机来产生测量装置的坐标数据。坐标数据包括位置数据和定向数据。通过使用至少一个相机获取光学标记装置的一个或多个图像来产生坐标数据。另外，使用计算机视觉技术实时地确定光学标记装置的位置和定向。具体来说，产生坐标数据的步骤包括获得以预定义三维配置布置的光学标记装置的多个光学标记的三维坐标。在步骤506处，方法500包括基于测量数据和定向数据产生经同步的测量数据。产生经同步的测量数据的方法包括基于定向数据修改测量数据。在步骤508处，方法包括从数据库检索对应于经同步的测量数据的预存储数据。预存储数据包括预定义测量数据和对应于预定义测量数据的多个容差值。在步骤510处，方法500包括使用增强现实技术基于预存储数据和经同步的测量数据产生反馈数据。在一个实施例中，反馈数据可表示经标注的多个测量部位，以显示检测进程。举例来说，一组测量部位可表示为绿色点，以指示完成的测量，且另一组测量部位可表示为红色点，以指示待定测量。

产生反馈数据的步骤包括使用预定义测量数据来验证测量数据。验证步骤进一步包括识别将通过测量装置获取的一个或多个测量结果。在一个实施例中，产生反馈数据包括产生表示反馈数据的图形和音频信息中的至少一个。产生反馈数据的步骤包括使用将获取的一个或多个测量结果覆盖部件的检测区的实况图像。在步骤512处，方法包括基于反馈数据操作测量装置以执行将从部件获取的一个或多个测量。可通过操作员手动执行或机器人装置自动执行测量装置的操作。在一个实施例中，测量装置的操作包括在新测量部位处重复步骤502。

在测量结束时，操作测量装置可进一步包括检测报告的自动生成。在一个实施例中，检测报告中的一个可以是供查阅目的的测量数据记录。另外，检测报告中的一个可以是基于测量数据产生的质量检验报告。在一个实施例中，检测报告可存储于存储库中或可用于质量管理目的。在另一实施例中，可在无手动干预的情况下进一步处理检测报告，以由调研、设计、制造和质量部门中的一个或多个启动进一步动作。

本说明书中论述的实施例采用光学跟踪系统以获得与部件相关的测量装置的位置和定向且产生表示质量检测过程的进程的增强现实图像。可在相对较短的时间中执行对需要数百个测量的复杂形状部件的质量检测。因此，能确保对测量数据的无误差记录。可以任何次序获得部件的测量结果。当在部件的质量检测进程期间获取测量结果时，操作员不再承担维持测量部位记录的繁重任务。

应理解，未必可根据任何具体实施例实现上文所描述的所有此类目标或优点。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到本说明书中所描述的系统和技术可以实现或改善如本说明书中所教示的一个优点或一组优点但未必实现可如本说明书中所教示或建议的其它目标或优点的方式实施或实行。虽然已结合有限数目个实施例详细描述了技术，但应容易理解，说明书不限于此类公开的实施例。而是，可修改技术以合并此前未描述但与权利要求书的精神和范围相称的任何数目个变化、更改、替代或等效布置。另外，虽然已描述了技术的各种实施例，但应理解，说明书的方面可包括所描述实施例中的仅一些。因此，说明书应被视为不受前文描述限制，而仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于检测部件方法，包括：

使用连接到光学标记装置的测量装置产生部件的测量数据；

使用所述光学标记装置和至少一个相机产生所述测量装置的坐标数据；

基于所述测量数据和所述坐标数据产生经同步的测量数据；

从数据库检索对应于所述经同步的测量数据的预存储数据；

使用增强现实技术基于所述预存储数据和所述经同步的测量数据产生反馈数据；以及

基于所述反馈数据操作所述测量装置以执行将从所述部件获取的一个或多个测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述坐标数据包括获得以预定义三维配置布置的所述光学标记装置的多个光学标记的三维坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，产生所述测量装置的所述坐标数据包括：

使用所述至少一个相机获取所述光学标记装置的一个或多个图像；以及

使用计算机视觉技术实时地确定所述光学标记装置的位置和定向。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预存储数据包括预定义测量数据和对应于所述预定义测量数据的多个容差值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，产生所述反馈数据包括验证所述预定义测量数据采集的一个或多个测量结果。

6.一种用于检测部件系统，包括：

测量装置，其连接到光学标记装置且被配置成产生部件的测量数据；

至少一个相机，其被配置成监视所述光学标记装置且产生所述测量装置的坐标数据；

测量控制单元，其以通信方式连接到所述测量装置和所述至少一个相机且被配置成：

从所述测量装置接收所述测量数据；

从所述至少一个相机装置接收所述坐标数据；

基于所述测量数据和所述坐标数据产生经同步的测量数据；

从数据库检索对应于所述经同步的测量数据的预存储数据；

使用增强现实技术基于所述预存储数据和所述经同步的测量数据产生反馈数据；以及

基于所述反馈数据操作所述测量装置以执行将从所述部件获取的一个或多个测量。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述至少一个相机被配置成：

获取所述光学标记装置的一个或多个图像；以及

使用计算机视觉技术实时地确定所述光学标记装置的位置和定向。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述测量控制单元被进一步配置成检索所述预存储数据，所述预存储数据包括预定义测量数据和对应于所述预定义测量数据的多个容差值。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述测量控制单元被进一步配置成验证所述预定义测量数据采集的一个或多个测量结果。

10.一种非暂时性计算机可读介质，其具有启用至少一个处理器模块以执行方法的指令，所述方法包括：

使用连接到光学标记装置的测量装置产生部件的测量数据；

使用所述光学标记装置和至少一个相机产生所述测量装置的坐标数据；

基于所述测量数据和所述坐标数据产生经同步的测量数据；

从数据库检索对应于所述经同步的测量数据的预存储数据；

使用增强现实技术基于所述预存储数据和所述经同步的测量数据产生反馈数据；以及

基于所述反馈数据操作所述测量装置以执行将从所述部件获取的一个或多个测量。