SE533521C2 - Förfarande och anordning för datoriserad avsyning för fastställande av avvikelser i föremåls form och mått - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 533 52"! a) åtminstone ett område av det föremål som ska avsynas skannas med användning av en skanner som innefattar kameran som tar 2D-bilder och en lasertrianguleringsenhet som ger SD-skanningar, b) skannem och föremålet förflyttas relativt varandra under skanningen, c) resultatet av skanningen används för att generera minst en virtuell 3D-bild som representerar det skarmade området, d) nämnda minst en genererad virtuell 3D-bild jämförs med ett motsvarande område på ett fördefinierat virtuellt föremål, och e) det skannade föremålet godkänns eller ratas i beroende av om vid jämförelsen eventuellt konstaterade avvikelser faller innanför eller utanför fördefinierade toleransgränser, och f) Skanning av föremålet (2) genomförs diskontinuerligt, så att olika områden på föremålet (2) skannas separat.

På motsvarande sätt uppnås detta ändamål vid den inledningsvis angivna anordningen genom att en skanner för skanning av åtminstone ett område av det föremål som ska avsynas och innefattande kameran och en lasertrianguleringsenhet som ger 3D- skanningar, organ för att förflytta skannern och föremålet relativt varandra under skanningen, en till skannern ansluten dator, i vilken ett fördefinierat virtuellt föremål är lagrat, vilken dator har mjukvara utformad att utgående från 2D-bilden fastställa föremâlets konturer i det skannade området och utgående från 3D-skanningen generera en tredimensionell bild av ytan inom området, och vilken dator också har mjukvara för att jämföra föremålcts skannade konturer och tredimensionella yta inom området med konturer och tredimensionell yta inom ett motsvarande område av det virtuella föremålet, och vilken dator är programmerad att godkänna eller rata det skannade föremålet i beroende av om eventuellt konstaterade avvikelser faller innanför eller utanför fördefinierade toleransgränser.

Genom den tredimensionella skanningen med en lasertrianguleringsenhet kan man bättre fastställa mått i djupled för att kontrollera om det skannade föremålet uppfyller de uppställda fordringarna.

Företrådesvis innefattar lasertrianguleringsenheten en linjelaser. Därigenom uppnår man ett snabbt fastställande av föremâlets form och dimensioner.

Låmpligen innefattar den relativa förflyttningen translation och/eller rotation, företrädesvis bäggedera, för att ändra föremålets position och/eller orientering relativt 20 25 30 35 533 521 skannern, och det är rekommendabelt att förflyttningen åstadkoms genom att föremålet transporteras förbi skannem, som står stilla.

Företrädesvis utförs nämnda translation och/eller rotation av en robot, och roboten vrider lämpligen föremålet runt minst en rotationsaxel. Genom att roboten kan vrida och vända på föremålet, kan alla blindhål och liknande strukturer i föremålet mätas upp noggrant och deras överensstämmelse med motsvarande strukturer i den referens som bildas av det fördefinierade virtuella föremål som är lagrat i datorn kontrolleras.

Det är också lämpligt att föremålet belyses under skanningen, företrädesvis växelvis fiân två håll. Därigenom blir det lättare att få fram exakta data vid fotograferingen.

Vidare är det lämpligt att eventuella avvikelser fastställs på bestämda ställen på föremålet. På så vis behöver man inte kontrollera alla punkter för vilka uppgifier finns, utan avsyningen kan snabbas upp.

Dessutom genomförs skanningen diskontinuerligt, dvs. enbart på de bestämda ställen på föremålet där man vill fastställa eventuella avvikelser, så att olika områden på. föremålet skannas separat. Detta snabbar upp avsyningen.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV DE BIFOGADE RITNINGARNA I det följande kommer uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till föredragna utfóringsformer och de bifogade ritningarna.

Figur 1 är en skiss som visar en utföringsform av en avsyningsanordning enligt uppfinningen.

Figur 2 är en sidovy av avsyningsanordningen enligt fignn 1.

Figur 3 är en skissartad tvärsnittsvy av en i avsyningsanordningen enligt figur 1 använd kombinerad laserdetektor och kamera.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UFFÖRINGSFORMER Figurerna 1 och 2 visar en anordning för datoriserad avsyning, särskilt av tillverkade föremål 2, för fastställande av eventuella avvikelser i föremâlens form och mått, under användning av en digital kamera som tar ZD-bilder. 10 15 20 25 30 35 533 527 Enligt uppfinningen skannas åtminstone ett område av det föremål 2 som ska avsynas med användning av en skanner 8 med en laserlriangtrleringsenhet som innefattar en lasersändare 16 som ger 3D-skanningar och en laserdetektor 17, som är kombinerad med den kamera som tar ZD-bilder. Skannem 8 och föremålet 2 förflyttas relativt varandra under skanningen, och resultatet av skanningen används för att generera minst en virtuell 3D-bild som representerar det skannade området. Denna virtuella 3D-bild jämförs med ett motsvarande område på ett fördefinierat virtuellt föremål, en referens, och det skannade föremålet 2 godkänns eller ratas i beroende av om vid jämförelsen eventuellt konstaterade avvikelser faller innanför eller utanför fördefiníerade toleransgränser. Man fastställer således de eventuella avvikelserna på vissa bestämda ställen på föremålet 2.

I figurema I och 2 visas föremålet 2 liggande på en bärare, som kan vara av godtyckligt utförande men i figurerna 1 och 2 utgörs av ett transportband och förflyttar föremålet 2 relativt skannem 8 under skanningen. Bäraren kan även vara orörlig och föremålet 2 skjutas eller dras fram på bäraren av en lämplig, icke visad anordning, t.ex. hydrauliskt, pneumatiskt eller elektriskt manövrerad kolvstâng. Företrädesvis är skannern 8 stationär, men när bäraren är orörlig är skannern 8 förflyttbar relativt föremålet 2 och visas vara upphängd i en vagn 9 som är åkbar utmed en balk 9”. När bäraren i princip är orörlig men dock flyttbar, kan den i en icke visad utföringsform utgöras av exempelvis någon form av lämpligtvís låg behållare eller också av en lastpall. Den relativa förflyttrringen innefattar translation och/eller rotation för att ändra förernålets 2 position och/eller orientering relativt skannern 8. I regel måste föremålet 2 vridas rtmt minst en rotationsaxel för att Skanning och fotografering av förutbestämda områden av föremålet 2 ska krmna ske.

För att dra fram föremålet 2 på en orörlig bärare kan exempelvis en industrirobot 4 användas. Den visade roboten 4 innefattar en arm 5, som kan vara utskjutbar och svängbar i både horisontal- och vertikalplanet. Armen 5 har en fii ände som är försedd med en anordning 6 för att greppa föremål 2. Den kan t.ex. vara försedd med en icke visad sugkopp eller en magnet för att plocka upp metallföremål 2. I föredragna utföringsformer av uppfinningen är dock robotarmen 5 anpassad att greppa föremål genom att använda en gripanordning 6 i form av ett huvud med gripfingrar 7. Huvudet är svängbart fäst vid armen S, och åtminstone en av gripfingrama 7 är rörlig. I Fig. 1 visas två gripfingrar 7, men det inses lätt att gripanordningen 6 kan ha mer ån två gripfingrar 7. Den kan tex. ha tre, fyra, fem eller ärmu fler grípfingrar 7. Företrädesvis är åtminstone två av gripfingrarna 7 flyttbara i förhållande till varandra. 10 15 20 25 30 35 533 521 Gripanordningen 6 är företrädesvis ledat infäst på robotarmen 5 på så sätt att grípanordningen 6 kan pivoteras runt olika axlar och därigenom orienteras i förhållande till det föremål 2 som ska gripas av grípanordningen 6. Användningen av en gripanordning 6 med rörliga fingrar 7 medför fördelen att större precision kan åstadkommas och att greppets tillförlitlighet är hög. Gripanordningen 6 är företrädesvis anordnad så, att den kan pivoteras runt axlar som är vinkelräta i förhållande till varandra. Företrädesvis kan den pivoteras runt åtminstone tre axlar som är vinkelräta i förhållande till varandra. I fördelaktiga utföringsforrner av uppfinningen kan gripanordningen 6 pivoteras runt mer än tre axlar. Den kan t.ex. vara anordnad så att den kan pivotcras runt sex axlar. Om roboten 4 är så avancerad, att den enkelt förmår utföra alla erforderligaförflytmingar och vridningar av föremålet 2, kan skannem 8 självfallet även vara monterad på roboten 4, om så önskas.

Lasersändaren 16 kan utgöras av punktlaser, men vid den i figurerna 1 och 2 visade föredragna utföringsformen av uppfinningen utgörs den företrädesvis av en linjelaser.

Användningen av en linjelaser 16 medför fördelen att ett område kan skannas med en enda relativ förflyttníng av skannern 8. I en linjelaser sträcks ljuset från en punktformig laserkälla ut till en linje. Detta kan åstadkommas med användning av en lämplig lins av tex. glas, plexiglas eller kvarts. Såsom bäst ses i Fig. l innefattar skannem 8 med lasertrianguleringsenheten en lasersändare 16 från vilken en linjeformig laserstråle 10 kan sändas ut, samt en laserdetektor 17 som kan detektera en laserstråle som har sänts ut från sändaren 16 och som reflekterats från en yta. Lasersändaren 16 kan tex. vara en linjelaser av det slag som marknadsförs tmder namnet Lasirism av StockerYale Canada, 275 Kesmark, Montreal, Quebec, Kanada. Andra lasersäridare är dock naturligtvis också möjliga. Som nämnts ovan innefattas fungerar laserdetektorn 17 också som ZD-kamerai skannern 8. Vid den i figurerna l och 2 visade uttöringsformen riktas laserstrâlen 10 i huvudsak vinkelrätt mot föremålet 2 som ska avsynas, medan laserdetektorn 17 har en med kameran gemensam sensor 17' (figur 3), som detekterar ljus som reflekteras något snett. Självfallet kan dock, om så önskas, laserstrålen 10 riktas något snett mot föremålet 2, och detektorn 17 detektera ljus som reflekteras i huvudsak vinkelrätt uppåt.

En dator 11 är ansluten till skannern 8 med lasertriangiileririgsenheten, via en förbin- delse 12 som visas i form av en ledning men som också kan utgöras av en trådlös förbindelse. Datom 11 har mjukvara utfonnad att generera en virtuell tredimensionell yta baserat på data som tas emot fiån skannern 8, dvs. laserdetektom 17, under en skanningsoperation. Datorn 11 har också mjukvara som tar emot 2D-bilden fiån den 10 15 20 25 30 35 533 52'| kombinerade kameran och laserdetektom 17 via förbindelsen 12, och mjukvara som representerar ett lagrat virtuellt föremål, som utgör referens, och mjukvara för att jämföra referensen med fotograferade och skannade delar på föremålet 2, samt för att fastställa eventuella avvikelser i form och mått mellan referensen och det skannade föremålet 2. Det skall förstås att referensen motsvarar det fysiska föremål 2 som ska avsynas. Referensen kan t.ex. baseras på en CAD-modell som används för att fi-amstålla ett motsvarande fysiskt föremål 2.

Datom 11 är vidare ansluten till roboten 4 via en förbindelse 4' som visas i form av en ledning men som också kan utgöras av en trådlös förbindelse, och den har mjukvara för att styra robotarmens S, gripanordningens 6 och fingrarnas 7 rörelse i den utsträckning som erfordras för att förflytta föremålet 2 så att det får det läge och den position som krävs för fotograferingen och skanningen. Slutligen har datorn 11 mjukvara för att styra en avskiljning av föremål som eventuellt inte faller inom de förutbestämda toleransgrånserna för dimensioner och form. En sådan avskiljning av ratade föremål kan utföras med roboten 4, när en sådan ingåri avsyningsanordningen, eller eljest med en t.ex. enkel icke visad skjutanordning som skjuter av ratade föremål åt sidan från båraren medan godkända föremål kan få ligga kvar på båraren för överföring till en efterföljande icke visad behandlingsstation. För illustrativa syften visas datorn 1 1 såsom varande åtskíld från roboten 4. Av figur 2 framgår att roboten 4 kan föra de godkända föremålen 2 vidare till en ytterligare arbetsstation 19, som t.ex. kan vara en maskin för vidare bearbetning av föremålen 2. Även fastän datom ll på ritningarna visas som en separat enhet, ska det dock förstås att den alternativt kan utgöra en integrerad del av roboten 4.

Vid den i figurema visade utföringsformen av avsyningsanordningen har det föremål 2, som ska avsynas, ett lodrätt genomgående hål 3 och ett vågrätt blindhâl 3”. Det genomgående hålets 3 dimensioner kan skannas när den linjeformíga laserstrålen 10 förflyttas förbi hålet 3. För att också blindhålets 3' dimensioner ska kunna skannas, måste föremålets 2 orientering ändras genom att roboten 4 griper föremålet 2 och vrider upp det så att blindhålets 3' längdriktning i huvudsak överensstämmer med riktningen för den linjeformiga laserstrålen 10. När föremålet 2 har en enkel form, den har t.ex. ett enda uppåt vettande grunt blindhål när föremålet kommer till skannern 8, erfordras ingen sådan omorientering av föremålet 2 med hjälp av roboten 4, som alltså inte behövs för detta ändamål. 20 25 533 521 För att åstadkomma en önskad belysning av föremålet 2 vid fotograferingen finns det, såsom visas i figur 3, lämpligen en första belysningsenhet 22 som omsluter ett objektiv 23 i den kombinerade laserdetektom och ZD-kameran 17. Belysningsenheten 22 år visad som ett ringformigt lysrör 22, men självfallet kan andra utföranden användas om så önskas, tex. en icke visad ring av lysdioder. Vid fotograferingen är det lämpligt att objektivets 23 optiska axel bildar rät vinkel med föremålet 2, vilket kan åstadkommas exempelvis genom att roboten 4, ifall att den optiska axeln bildar en annan vinkel med horisontalplanet, vinklar upp föremålet 2. Företrädesvis utförs alltså avsyningen med sådan orientering av föremålet 2, att laserstrålen 10 träffar föremålet i huvudsak vinkelrätt, varefter föremålet vinklas så att objektivets 23 optiska axel bildar en i huvudsak rät vinkel med föremålet 2 under fotograferingen.

Om så önskas kan en andra belysningsenhet 21 anordnas vid sidan av föremålets 2 förutbestämda transportväg, så att föremålet kan belysas med svepljus. Som framgår av figur 2 är enheten 21 lämpligen monterad på skannern 8, på motsatt sida om lasersändaren 16 i förhållande till den kombinerade kameran och lasermottagaren 17, så att lasersändaren 16 ligger i huvudsak mitt emellan de två belysningsenheterna 21 och 22. Denna andra belysningsenhet 21 används vanligen växelvis med den första belysningsenheten 22, men de kan användas tillsammans, om så önskas. Det kan förtjäna att framhållas att det vertikala avståndet mellan skannerenheten 8 och föremålet 2 m' betydligt överdrivet för vinnande av större åskadlighet.

INDUSTRIELL TILLÃMPBARHET Den datoriserade avsyningen enligt uppfinningen kan tillämpas över allt där avsyning av föremål, särskilt tillverkade föremål, kan ske genom den ovan beskrivna kombinationen av 3D-skanning och 2D-fotografering vid en enda uppställning av föremålet för fastställande av eventuella avvikelser i föremålets form och mått.

Claims (16)

1. 0 15 20 25 30 35 533 521 PATENTKRAV 1.

Förfarande för datoriserad avsyning, särskilt av tillverkade föremål (2), för fastställande av eventuella avvikelseri föremålens (2) form och mått, under användning av en digital man (17) nnm nn zn-buaer, var-via a) åtminstone ett område av det föremål (2) som ska avsynas skannas med användning av en skarmer (8) som innefattar kameran (17) som tar 2D-bilder och en lasertriangulerirxgsenhet (16, 17) som ger SD-skanningar, b) skannern (8) och föremålet (2) törflyttas relativt varandra under skanningen, c) resultatet av skanningen används för att generera minst en virtuell 3D-bild som representerar det skarmade området, d) nämnda minst en genererad virtuell 3D-bild jämförs med ett motsvarande område på ett fördefinierat virtuellt föremål, och e) det skannade föremålet (2) godkänns eller ratas i beroende av om vid jårnförelsen eventuellt konstaterade avvikelser faller innanför eller utanför fördefinierade toleransgrânser, kännetecknat av att f) Skanning av föremålet (2) genomförs diskontinuerligt, så att olika områden på föremålet (2) skannas separat.

Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att lasertrianguleringsenheten (16, 17) innefattar en linjelaser. .

Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at a v att den relativa förflyttningen innefattar translation och/eller rotation för att ändra föremålets (2) position och/eller orientering relativt skannern (8).

Förfarande enligt krav 3, k än n e t e c k n at a v att föremålet (2) vrids runt minst en rotationsaxel. .

Förfarandeenligtnågotavkravenl-4, kännetecknat av attföremåletQ) förflyttas förbi skannern (8), som står stilla.

Förfarande enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a t a v att föremålet (2) belyses (21, 22) under skanningen.

Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n at a v att föremålet (2) belyses (21, 22), företrädesvis växelvis, fiån två håll. 10 15 20 25 30 35 533 521 .

Förfarande enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t a v att eventuella avvikelser fastställs på bestämda ställen på föremålet (2). .

Anordning för datoriserad avsyning, särskilt av tillverkade föremål (2), för fastställande av eventuella avvikelseri föremálens (2) form och mått, under användning av en digital kamera (17) som tar 2D-bilder, innefattande en skanner (8) för Skanning av åtminstone ett område av det föremål (2) som ska avsynas och innefattande kameran (17) och en lasertrianguleringsenhet (16, 17) som ger 3D- skanningar, organ (4) för att förflytta skannern (8) och föremålet (2) relativt varandra under skanningen, en till skannern (8) ansluten dator (11), i vilken ett fördefinierat virtuellt föremål är lagrat, vilken dator (1 1) har mjukvara utformad att utgående från ZD-bilden fastställa föremålets (2) konturer i det skannade området och utgående från 3D-skanníngen generera en tredimensionell bild av ytan inom området, och vilken dator (11) också har mjukvara för att jämföra föremålets (2) skannade konturer och tredimensionella yta inom området med konturer och tredimensionell yta inom ett motsvarande område av det virtuella föremålet, och vilken dator (l 1) är programmerad att godkänna eller rata det skannade föremålet (2) i beroende av om eventuellt konstaterade avvikelser faller innanför eller utanför fördefinierade toleransgränser, kännete cknad av attnä1nndaskanner(8),kamera(l7) och lasertriangxxleringsenhet (16, 17) är anordnade för att genomföra diskontinuerlig skanning av föremålet (2) 10.

Anordning enligt krav 9, k å n n e t e c k n a d a v att lasertrianguleringsenheten (16, 17) innefattar en linjelaser. lLAnordningenligtkrav9ellerl0, kånnetecknad av attdenrelativa förflyttningen innefattar translation och/eller rotation.

12. Anordning enligtkravll, känneteckn ad av att föremålet(2) vridsnmt minst en rotationsaxel.

l3.Anordningenligtkravllellerl2, kännetecknad av attnämndatzranslation och/eller rotation utförs av en robot (4). 533 521 10

14. Anordning enligt något av kraven 9-13, k ä n n e t e c k n a d a v att skannem (8) är stationär och föremålet (2) förflyttas.

15. Anordning enligtnågotav kraven 9-14, känn ete cknad av attmjnsten lampa (21 , 22) är anordnad att belysa föremålet (2) under skanningen.

16. Anordning enligt krav 15, känn etecknad av att lampor (21, 22) är anordnade att belysa föremålet (2), företrädesvis växelvis, från två håll.