用于控制物體質量的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于控制生產設備出口的物體的質量的系統(tǒng)。根據本發(fā)明，該系統(tǒng)包括：室，其包括將待檢查物體引入該室中所通過的入口和至少一個出口，所述室具有檢查區(qū)域（5）；運輸裝置，其用于將所述待檢查物體輸送到所述檢查區(qū)域（5）中并且確保其通過所述至少一個出口而被排出；稱量裝置（7），其用于稱量所述檢查區(qū)域（5）中的所述物體；用于無接觸地測量所述檢查區(qū)域（5）中的所述物體的尺寸的組件；和用于通過激光束和/或X射線而分析所述檢查區(qū)域（5）中的所述物體的結構的組件。所述室是以分別對于工作中的激光束波長、和對于X射線和工作中的所述激光束的波長而言不透明的材料來被實現的，以預防任何的輻射泄漏。
【專利說明】用于控制物體質量的系統(tǒng)和方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于評估尤其在高速率的生產線上制造的物體的質量的系統(tǒng)和 方法。
[0002] -些工業(yè)領域，例如航空或宇航領域，要求組成結構的每個構件在其尺寸、形狀或 表面外觀上實現非常高的精度，并且要求知道這些構件中的每一個是否滿足所要求的制造 公差。
[0003] 實際上，在諸如航空領域的【技術領域】中，確保構件中沒有缺陷是很重要的，以使得 該缺陷不會在服務請求之后被傳播。
[0004] 因此，已知不同的方法能夠評估構件或產品的制造質量。
[0005] 在諸如航空的工業(yè)領域中，很少實施對來自生產線的構件或產品的人工檢查，因 為這太耗費時間，而且一些缺陷很難用肉眼發(fā)現，這使得人工控制主要取決于控制者的經 驗。
[0006] 因此，這些人工干預是耗時的、成本高的并且具有與諸如航空和空間的工業(yè)領域 的一貫高要求不相容的誤差范圍。
[0007] 還已知自動控制方法，在這些方法之中，特別提及應用觸診（palpation)裝置來確 定構件或制成產品的尺寸和形狀。
[0008] 然而，這些觸診裝置是復雜的，相當不靈活并且不適配于小尺寸構件。
[0009] 此外，當小構件的形狀復雜時，對這些小構件的控制很難自動化。
[0010] 自動化還需要編程，這可以證實是繁重的。
[0011] 還已知通過超聲波來評估構件質量的方法。
[0012] 然而，當涉及通過超聲波控制時，由于聲束必須持續(xù)垂直于構件或產品的表面，因 此構件或產品的在質量標準中可接受的微小幾何偏差也會導致會造成嚴重阻礙的定位問 題。
[0013] 因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于自動評估來自生產線的產品或構件的質量的 系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法在其設計及其操作模式上是簡單的，快速的并且使之能夠在單 一位置上重組控制操作和評估操作以節(jié)省循環(huán)勞動力成本和周期時間。
[0014] 本發(fā)明尤其涉及一種自動地且靈活地評估產品或構件質量的系統(tǒng)，其能夠專注于 高生產速率，同時保護生產線上的當前操作者免于可能由于待檢查的構件或產品上(尤其 當構件或產品具有復雜形狀時）的激光束反射而突然發(fā)生的可能的激光泄漏。
[0015] 本發(fā)明的另一目的是一種包括被置于生產線末尾的這種控制系統(tǒng)的、用于制造構 件或產品、甚或是組件的設備。
[0016] 為此，本發(fā)明涉及一種用于控制物體質量的系統(tǒng)。
[0017] 根據本發(fā)明，該控制系統(tǒng)包括：
[0018] -安全室，其包括待檢查的所述物體被引入所述室中所通過的入口和至少一個出 口，所述室具有檢查區(qū)域；
[0019] -運輸裝置，其用于將待檢查的所述物體輸送到所述檢查區(qū)域中并且確保其通過 所述至少一個出口被排出；
[0020] -稱量裝置，其用于稱量所述檢查區(qū)域中的所述物體；
[0021] -用于無接觸地測量所述檢查區(qū)域中的所述物體的尺寸的組件；
[0022] -用于通過激光束和/或X射線來分析所述檢查區(qū)域中的所述物體的結構的組件； 以及
[0023] -所述安全室是以分別對于工作中的所述激光束的波長、和對于所述X射線和工 作中的所述激光束的波長而言不透明的材料來被實現的，以預防任何的輻射泄漏。
[0024] 所述控制系統(tǒng)因此有利地使之能夠將評估構件、產品或組件的質量的所有步驟集 中在單一位置上。其還確保保護工作在生產線上的一個或多個操作者以使其免于激光和/ 或X射線的泄露事故。
[0025] 在該評估系統(tǒng)的不同的特定實施例中，每個實施例都具有其特定優(yōu)點并且能夠具 有許多可能的技術組合：
[0026] -所述運輸裝置包括輸送帶，所述稱量裝置被放置在該輸送帶下面，
[0027] -用于分析所述檢查區(qū)域中的所述物體的結構的組件包括X射線源和傳感器，被 置于所述檢查區(qū)域中的待檢查的所述物體被放置在所述X射線源和所述傳感器之間，
[0028] -用于無接觸地測量所述檢查區(qū)域中的物體的尺寸的組件包括用于通過激光干涉 測量尺寸的組件和/或用于通過光圖案投影和由立體視覺系統(tǒng)檢測來進行測量的組件，
[0029] -該系統(tǒng)包括用于當待檢查的所述物體被置于所述檢查區(qū)域中時停止所述運輸裝 置的存在檢測器，
[0030] -所述稱量裝置響應于所述物體的稱量而發(fā)送信號，用于無接觸地測量所述物體 的尺寸的組件發(fā)送所述物體的尺寸測量的信號，用于分析所述物體的結構的組件發(fā)送與所 述物體的結構分析測量相關的信號，所述系統(tǒng)包括連接到記錄介質的中央單元，該記錄介 質包括被預先記錄在該記錄介質上用以定義所述物體的參考參數的至少一個信息文件，所 述中央單元接收所述信號中的每一個以將所述信號與所述參考參數進行比較，
[0031] -所述系統(tǒng)包括用于當所述物體的質量評估揭示一個或多個缺陷時標記該物體的 裝置，
[0032] -所述系統(tǒng)還包括用于控制所述物體的表面外觀的組件和/或光學相干斷層成像 (OCT，Optical Coherent Tomography)裝置。
[0033] 所述光學相干斷層成像裝置例如使之能夠控制被折疊彎曲構件的射線中的樹脂 閃爍。
[0034] 本發(fā)明還涉及一種用于生產物體的設備，該設備配備有如上所述的用于控制該物 體的質量的系統(tǒng)。
[0035] 本發(fā)明還涉及一種用于評估物體質量的方法，其中，所述物體被置于檢查區(qū)域中， 然后對被置于所述檢查區(qū)域中的該物體而執(zhí)行以下步驟中的至少第一個步驟：
[0036] a)稱量所述物體，
[0037] b)無接觸地測量所述物體的尺寸，
[0038] c)分析所述物體的結構，以及
[0039] -在這些步驟中的每個步驟結束時，將獲得的結果與一個或多個參考測量結果進 行比較，如果它們在考慮了測量不確定度的情況下相對應，則進行下一個步驟，如果它們是 不同的，則丟棄所述物體。
[0040] 有利地，還控制所述物體的表面外觀。
[0041] 優(yōu)選地，在分析所述物體的結構的步驟中，發(fā)送第一激光束到所述物體上以在待 檢查的所述物體中產生超聲波，利用第二激光束對所述物體進行照明以使得該第二激光束 中的一部分被所述物體反射，并且通過干涉測量法來測量所述第二激光束中的被反射的部 分，所有這些激光束都通過同一個光學讀取頭。
[0042] 參照附圖，將更詳細地描述本發(fā)明，其中：
[0043]-圖1示意性地示出了根據本發(fā)明的特定實施例的用于控制物體質量的系統(tǒng)；
[0044] -圖2是圖1中的運輸裝置的局部放大圖。
[0045] 圖1和圖2示意性地示出了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于控制物體質量的系 統(tǒng)。
[0046] 該控制系統(tǒng)被放置在產品1的生產線的末端，通過輸送裝置2 (其在這里是輸送 帶）將產品輸送至所述系統(tǒng)。待檢查的產品1被置于所述輸送帶上而并沒有被十分精確地 定位。
[0047] 每個產品1通過安全室3的入口 4而進入該室中，到達該室的檢查區(qū)域5中，產品 1是在檢查區(qū)域5中由存在檢測器(未示出）來檢測的，該存在檢測器停止輸送裝置2以使 之能夠評估產品1的質量。
[0048] 通過測量和控制裝置的布置，位于檢查區(qū)域5中的待檢查產品1準備被順序地評 估。
[0049] 在產品1的質量評估結束時，如果發(fā)現產品1在尺寸以及表面和形狀質量上符合 制造公差，則輸送裝置2重新啟動并且將產品1通過出口 6排出。
[0050] 如果產品1被分析為不符合，則在將產品1通過出口 6排出之前，由標記裝置(未 示出)來標記有缺陷的產品。作為說明，對具有一個或多個缺陷的產品1的標記可以通過在 其表面上噴漆來實現。
[0051] 在對來自生產線的產品1進行質量評估的第一步驟中，通過稱量裝置7來稱量待 檢查產品1。在這里，稱量裝置7是被置于輸送帶2之下的秤。
[0052] 對產品1的稱量可以允許在有缺陷的情況下對產品1進行預分揀。相對于參考重 量過重的產品1可以意味著存在外來物體。相反地，相對于參考重量過輕的產品1可以意 味著存在氣泡和/或該產品孔隙過多。
[0053] 為了進行該比較，稱量裝置7響應于產品1的稱量而提供電信號，代表如此確定的 產品1重量的這個電信號被發(fā)送到與記錄介質(未示出）相連接的中央單元(未示出），該記 錄介質包括被預先記錄在該記錄介質上用以定義待檢查產品1的參考參數的數據文件或 數據文件庫。
[0054] 在這里，該中央單元包括微處理器，該微處理器被配置成實現接收自所述系統(tǒng)的 不同評估裝置的測量信號和參考參數之間的比較。
[0055] 如果所測量的重量在考慮了測量不確定度的情況下等于參考重量，則通過用于無 接觸地測量被置于檢查區(qū)域5中的產品1的尺寸的組件而確定產品1的三維測量結果。
[0056] 在這里，用于無接觸地測量尺寸的組件包括通過光圖案投影(例如產品1表面上 的帶或十字）并且由立體視覺系統(tǒng)檢測該光圖案來進行測量的組件，該組件包括至少兩個 攝像機8、9,攝像機8、9同時拍攝被投影到產品1表面上的光圖案。攝像機8、9例如是(XD 矩陣。
[0057] 由于該尺寸測量方法在現有技術中是已知的，因此下文將不對其進行詳細描述。 簡單地回想一下，立體視覺使之能夠基于多個點在兩個不同視圖中的圖像的坐標來確定它 們的空間位置，以實現對產品1的三維測量。
[0058] 攝像機8、9中的每一個都將代表由相應攝像機獲得的測量的信號發(fā)送到中央單 元，中央單元基于這些信號來確定產品1的尺寸。然后，將這些尺寸與存儲在記錄介質上的 產品1的參考尺寸進行比較。
[0059] 如果如此確定的產品1的尺寸在考慮了測量不確定度的情況下對應于參考尺寸， 則分析出現在檢查區(qū)域5中的產品1的結構。
[0060] 為此，應用用于分析所述檢查區(qū)域中的物體的結構的組件，該組件包括：
[0061] -第一激光源10,其用于生成第一激光束以在產品1中產生超聲波，
[0062] -第二激光源11，其用于生成第二激光束以對待檢查的產品1進行照明，
[0063] -干涉儀12,其用于測量由被置于檢查區(qū)域5中的產品1所反射的第二激光束中 的一部分，該干涉儀12能夠生成代表該測量的電信號，該電信號被發(fā)送至中央單元以與參 考參數相比較。
[0064] 第一激光源10、第二激光源11和干涉儀12光耦合到被置于室3中的測量頭13， 該測量頭13包括允許掃描待檢查產品1的表面的光掃描器。在這里，該光掃描器包括安裝 在電流計上的兩個鏡。
[0065] 在這里是二氧化碳（C02)激光器的第一激光源10生成具有約200mJ能量的波長為 10. 6 μ m的第一激光束。該第一激光束被測量頭13的光掃描器接收，該光掃描器將該第一 激光束引向被置于檢查區(qū)域5中的產品1，以準許掃描該產品1。該第一激光束在待檢查產 品1中產生超聲波。
[0066] 由光稱合到同一光測量頭13的第二激光源11發(fā)送的第二激光束也被該測量頭13 發(fā)送至待檢查的產品1。因此，該第二激光束中的一部分被產品1反射，同時通過由該第一 激光束在產品1中產生的超聲波而被相位偏移。
[0067] 因此，被反射的激光束被干涉儀12接收，干涉儀12能夠生成代表如此測量的這個 被反射激光束部分的電信號。該電信號被發(fā)送到中央單元以將其與產品1的一個或多個參 考參數進行比較。
[0068] 如果產品1證明是相符的，則輸送帶2前進以排出該產品1并且在檢查區(qū)域5中 放置新的待檢查的產品1。
[0069] 可選地，光掃描器可以包括沿與輸送帶2的縱軸垂直的軸的單個掃描鏡。因此，輸 送帶被用作第二掃描軸以準許掃描每個產品1。
[0070] 在這里，所述第二激光束是由通過二極管泵浦的固體激光器來發(fā)送的，例如 Nd:YAG激光器發(fā)送波長λ =l〇64nm且功率通常為150W的激光束。在這里，干涉儀12是法 布里珀羅干涉儀和/或二波混頻（TWM)干涉儀。
[0071] 安全室3是以對工作中的激光束的波長而言不透明的材料來被實現的，以預防可 能對生產線上工作的操作者的健康有危害的任何的激光泄露。
【權利要求】
1. 一種用于控制物體的質量的系統(tǒng)，其特征在于，包括： -安全室（3)，其包括將待檢查的所述物體引入所述室中所通過的入口和至少一個出 口，所述室具有檢查區(qū)域（5); -運輸裝置，其用于將待檢查的所述物體輸送到所述檢查區(qū)域（5)中并且確保該物體 通過所述至少一個出口而被排出； -稱量裝置（7)，其用于稱量所述檢查區(qū)域（5)中的所述物體； -用于無接觸地測量所述檢查區(qū)域（5)中的所述物體的尺寸的組件，其包括用于通過 激光干涉來測量尺寸的組件和/或用于通過光圖案投影并由立體視覺系統(tǒng)（8,9)檢測來進 行測量的組件； -用于通過激光束和/或通過X射線而分析所述檢查區(qū)域（5)中的所述物體的結構的 組件；并且 -所述安全室（3)是以分別對于工作中的所述激光束的波長、和對于所述X射線和工作 中的所述激光束的波長而言不透明的材料來被實現的，以預防任何的輻射泄漏。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于分析所述檢查區(qū)域（5)中的所述物體的 結構的所述組件包括： -第一激光源（10)，其用于生成第一激光束用以在所述待檢查物體中產生超聲波， -第二激光源（11 )，其用于生成第二激光束用以對待檢查的所述物體進行照明； -干涉儀（12)，其用于測量由待檢查的所述物體反射的第二激光束的一部分，其中所 述干涉儀（12)能夠生成與該測量相關的電信號； -所述激光源（10,11)和所述干涉儀（12)光耦合到被置于所述室（3)中的光測量頭 (13)，所述測量頭（13)包括光掃描器。
3. 如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于分析所述檢查區(qū)域（5)中的所述物 體的結構的所述組件包括X射線源和傳感器，被置于所述檢查區(qū)域（5)中的待檢查的所述 物體被放置在所述X射線源和所述傳感器之間；
4. 如權利要求1至3中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括用于當待檢查的所述物體 被置于所述檢查區(qū)域（5)中時停止所述運輸裝置的存在檢測器。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稱量裝置（7)響應于所述 物體的稱量而發(fā)送信號，用于無接觸地測量所述物體的尺寸的所述組件發(fā)送用于所述物體 的尺寸測量的信號，以及用于分析所述物體的結構的所述組件發(fā)送與所述物體的結構分析 測量相關的信號，所述系統(tǒng)包括連接到記錄介質的中央單元，所述記錄介質包括被預先記 錄在所述記錄介質上用以定義所述物體的參考參數的至少一個信息文件，所述中央單元接 收所述信號中的每一個以將所述信號與所述參考參數進行比較。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括用于當所述物體的質量評 估揭示一個或更多個缺陷時標記所述物體的裝置。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于控制所述物體的表 面外觀的組件和/或光學相干斷層成像裝置。
8. -種用于生產物體的設備，其配備有如權利要求1至7中任一項所述的用于控制所 述物體的質量的系統(tǒng)。
9. 一種用于評估物體質量的方法，其中，將所述物體置于檢查區(qū)域（5)中，然后對于被 置于所述檢查區(qū)域（5)中的所述物體至少執(zhí)行以下步驟中的第一個步驟： a)稱量所述物體， b )利用用于無接觸地測量尺寸的組件來無接觸地測量所述檢查區(qū)域（5 )中的所述物體 的尺寸，所述組件包括用于通過激光干涉進行尺寸測量的組件和/或用于通過光圖案投影 并由立體視覺系統(tǒng)（8,9)檢測來進行測量的組件， c)對所述物體進行結構分析，其特征在于， -在這些步驟中的每個步驟結束時，將獲得的結果與一個或更多個參考測量結果進行 比較，如果它們在考慮了測量不確定度的情況下相對應，則進行下一個步驟，如果它們是不 同的，則丟棄所述物體。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，還控制所述物體的表面外觀。
11. 如權利要求9或10所述的方法，其特征在于，在分析所述物體的結構的步驟中，發(fā) 送第一激光束到所述物體上以在待檢查的所述物體中產生超聲波，利用第二激光束對所述 物體進行照明以使得所述第二激光束的一部分被所述物體反射，并且通過干涉測量法來測 量所述第二激光束的被反射的部分，所有所述激光束都通過同一個光學讀取頭。
【文檔編號】G01M13/00GK104114992SQ201280050168
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權日:2011年10月17日
【發(fā)明者】胡貝特·瓦堯姆 申請人:歐洲航空防務與空間公司Eads法國