相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

此申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.119(e)要求在2014年12月3日提交并且標(biāo)題為“onlineinspectionforcompositestructures”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/086,970號(hào)的優(yōu)先權(quán)，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)的內(nèi)容以引用的方式并入本文。

本發(fā)明涉及機(jī)器視覺檢驗(yàn)領(lǐng)域，且更具體來說，涉及能夠獲得對(duì)復(fù)合部件的表面的特征的測(cè)量以便評(píng)估所述特征的可接受性的在線檢驗(yàn)/測(cè)量系統(tǒng)。

技術(shù)背景

復(fù)合結(jié)構(gòu)(或部件)一般是由具有顯著不同的物理或化學(xué)性質(zhì)的兩種或更多種構(gòu)成材料制成。為了使用它們兩者的益處，在進(jìn)行組合時(shí)，它們產(chǎn)生具有與個(gè)別材料不同的特性的結(jié)構(gòu)。

在使用例如自動(dòng)化鋪絲(afp)或自動(dòng)化鋪帶(atl)等制造過程來制造復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，檢驗(yàn)所制造結(jié)構(gòu)的尺寸要求是所述制造過程的重要部分。所述檢驗(yàn)過程的至少部分是對(duì)新近鋪設(shè)的纖維進(jìn)行的。由于纖維的不同方向性反射率，因此很難從此類表面獲得高質(zhì)量圖像。另外，要檢驗(yàn)的特征是黑色背景上的黑色細(xì)節(jié)，因此產(chǎn)生較差的對(duì)比度。

出于這些原因，用于執(zhí)行尺寸檢驗(yàn)的已知方法涉及使用手持式激光跟蹤儀經(jīng)由手動(dòng)檢驗(yàn)來搜集數(shù)據(jù)，并且讓操作者將所測(cè)得的數(shù)據(jù)與來自計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)文件的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在復(fù)合結(jié)構(gòu)具有許多層的情況下，對(duì)所述結(jié)構(gòu)的每個(gè)層的纖維的手動(dòng)檢驗(yàn)是非常耗時(shí)的。手動(dòng)檢驗(yàn)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，其依賴于操作者的手和眼的技能，這使得更難在稍后驗(yàn)證所述檢驗(yàn)。

因此，需要改進(jìn)某些結(jié)構(gòu)的制造過程的檢驗(yàn)階段。

發(fā)明概要

描述了一種具有照明系統(tǒng)的在線檢驗(yàn)方法和系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)以不同的強(qiáng)度同時(shí)地或循序地提供亮場(chǎng)和暗場(chǎng)照明，以便獲取可以由圖像處理裝置讀取的圖像。所述圖像處理裝置可以獲得對(duì)所述圖像中的特征的測(cè)量，并且評(píng)估所述特征的可接受性。

根據(jù)第一廣泛方面，提供一種用于對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢驗(yàn)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括圖像獲取裝置，所述圖像獲取裝置在復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上方接近于工具的頭部并且界定復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上的視場(chǎng)，所述圖像獲取裝置和復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面界定亮場(chǎng)照明區(qū)域和暗場(chǎng)照明區(qū)域；以及照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)定位在復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上方。所述照明系統(tǒng)包括頂部照明光源，所述頂部照明光源在亮場(chǎng)照明區(qū)域內(nèi)部，并且用于以第一強(qiáng)度將光投射到視場(chǎng)內(nèi)的復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上，所述光被所述表面反射朝向圖像獲取裝置；以及側(cè)面照明光源，所述側(cè)面照明光源在暗場(chǎng)照明區(qū)域內(nèi)部，并且用于以不同于所述第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度將光投射到視場(chǎng)內(nèi)的復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上，所述光被所述表面反射遠(yuǎn)離圖像獲取裝置。

在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括光學(xué)適配器，其定位在圖像獲取裝置與復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面之間，以用于使所述圖像獲取裝置與所述表面隔開和/或基本上垂直于所述表面而引導(dǎo)所述圖像獲取裝置的視覺軸。在一些實(shí)施例中，罩殼容納所述光學(xué)適配器和所述照明系統(tǒng)并且耦接到所述圖像獲取裝置。

在一些實(shí)施例中，所述圖像獲取裝置包括具有長(zhǎng)焦距f和相應(yīng)觀察距離d的鏡頭。在一些實(shí)施例中，所述長(zhǎng)焦距f比圖像獲取裝置的膠片平面和數(shù)字傳感器中的一者的對(duì)角線長(zhǎng)至少五倍。在一些實(shí)施例中，所述觀察距離d比圖像獲取裝置的膠片平面和數(shù)字傳感器中的一者的對(duì)角線長(zhǎng)至少二十倍。

在一些實(shí)施例中，頂部照明光源和側(cè)面照明光源中的至少一者包括發(fā)光二極管(led)陣列。在一些實(shí)施例中，所述led陣列是以下各者中的至少一者：彎曲型和由不同強(qiáng)度的led組成。在一些實(shí)施例中，所述led包括閃光led。在一些實(shí)施例中，所述頂部照明光源和所述側(cè)面照明光源中的至少一者包括背光板。

在一些實(shí)施例中，所述頂部照明光源和所述側(cè)面照明光源中的至少一者將彩色光投射到表面上。在一些實(shí)施例中，所述彩色光是紅橙色和藍(lán)色中的一者。

在一些實(shí)施例中，所述圖像獲取裝置包括與照明系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間同步的快門時(shí)間。

根據(jù)另一廣泛方面，提供一種用于對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢驗(yàn)的方法。所述方法包括通過從頂部照明光源以第一強(qiáng)度將光投射到復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上且從側(cè)面照明光源以不同于第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度將光投射到復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面上而照明復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面。所述方法還包括使用圖像獲取裝置接近于自動(dòng)化工具的頭部來獲取復(fù)合結(jié)構(gòu)的被照表面的圖像，所述圖像獲取裝置和所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面界定包括頂部照明光源的亮場(chǎng)照明區(qū)域和包括側(cè)面照明光源的暗場(chǎng)照明區(qū)域。

在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括使用光學(xué)適配器基本上垂直于所述表面而引導(dǎo)所述圖像獲取裝置的視覺軸。所述光學(xué)適配器還可以用于使所述圖像獲取裝置與所述表面隔開。在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)適配器和所述照明系統(tǒng)包括在耦接到所述圖像獲取裝置的罩殼中。

在一些實(shí)施例中，獲取圖像包括使用長(zhǎng)焦距f和相應(yīng)觀察距離d來獲取所述圖像。在一些實(shí)施例中，所述長(zhǎng)焦距f比圖像獲取裝置的膠片平面和數(shù)字傳感器中的一者的對(duì)角線長(zhǎng)至少五倍。在一些實(shí)施例中，所述觀察距離d比圖像獲取裝置的膠片平面和數(shù)字傳感器中的一者的對(duì)角線長(zhǎng)至少二十倍。

在一些實(shí)施例中，頂部照明光源和側(cè)面照明光源中的至少一者包括發(fā)光二極管(led)陣列。在一些實(shí)施例中，所述led陣列是以下各者中的至少一者：彎曲型和由不同強(qiáng)度的led組成。在一些實(shí)施例中，所述led包括閃光led。在一些實(shí)施例中，所述頂部照明光源和所述側(cè)面照明光源中的至少一者包括背光板。

在一些實(shí)施例中，照明復(fù)合部件的表面包括將彩色光投射到所述表面上。在一些實(shí)施例中，所述彩色光是紅橙色和藍(lán)色中的一者。

在一些實(shí)施例中，獲取至少一個(gè)圖像包括獲取一系列，使用根據(jù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面的特定局部形態(tài)而應(yīng)用的不同和定制的照明策略來獲取每個(gè)圖像。

在一些實(shí)施例中，照明復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面包括以依序方式以第一強(qiáng)度投射光并以第二強(qiáng)度投射光。

在本說明書中，被稱為具有“長(zhǎng)焦距”的鏡頭既定是指其放大標(biāo)的的圖像，例如長(zhǎng)焦鏡頭或超長(zhǎng)焦鏡頭。隨著鏡頭的焦距增加，場(chǎng)深更淺(對(duì)于相同的觀察距離)且視角更窄。因此，術(shù)語(yǔ)長(zhǎng)焦距是指鏡頭的絕對(duì)焦距與膠片圖像的對(duì)角線之間的關(guān)系。在一些實(shí)施例中，提供從大約70mm到大約300mm的長(zhǎng)焦距。在一些實(shí)施例中，提供從大約135mm到大約300mm的長(zhǎng)焦距。在一些實(shí)施例中，所述長(zhǎng)焦距包括大于或等于大約70mm的焦距。在一些實(shí)施例中，所述長(zhǎng)焦距比在圖像獲取裝置中提供的傳感器的對(duì)角線長(zhǎng)至少五倍。在一些實(shí)施例中，長(zhǎng)焦距的觀察距離比在圖像獲取裝置中提供的傳感器的對(duì)角線長(zhǎng)至少二十倍。

附圖簡(jiǎn)述

通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中：

圖1是用于對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢驗(yàn)的示例性系統(tǒng)的示意圖；

圖2a是在僅使用左側(cè)暗場(chǎng)照明來照明表面時(shí)捕獲的復(fù)合部件的表面的示例性圖像；

圖2b是在使用左側(cè)暗場(chǎng)照明和頂側(cè)亮場(chǎng)照明來照明表面時(shí)捕獲的復(fù)合部件的表面的示例性圖像；

圖2c是在來自左側(cè)的紅橙色光照明的情況下的復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面的示例性圖像；

圖2d是在來自頂側(cè)的紅橙色光照明的情況下的復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面的示例性圖像；

圖3是用作照明源的光導(dǎo)的示例性實(shí)施例；

圖4是具有光學(xué)適配器的用于在線檢驗(yàn)的系統(tǒng)的示例性實(shí)施例；

圖5a是沒有任何預(yù)處理的復(fù)合部件的表面的示例性圖像；

圖5b是使用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理的圖5a的圖像；

圖5c是使用色彩反轉(zhuǎn)預(yù)處理的圖5a的圖像；以及

圖6是對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)的在線檢驗(yàn)的圖像獲取階段的示例性方法的流程圖。

應(yīng)注意，在整個(gè)附圖中，通過相同的參考數(shù)字來識(shí)別相同的特征。

具體實(shí)施方式

將描述用于對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢驗(yàn)的方法和系統(tǒng)。出于說明性目的，所描述的工具是自動(dòng)化鋪絲(afp)機(jī)器，但可以使用其他自動(dòng)化制造工具，例如自動(dòng)化鋪帶(atl)機(jī)器。為了使用afp制造復(fù)合結(jié)構(gòu)，沿著模具以多個(gè)層鋪設(shè)纖維條帶(絲束)以便產(chǎn)生具有所述模具的形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)。根據(jù)輸入到afp機(jī)器中以根據(jù)一組設(shè)計(jì)參數(shù)而產(chǎn)生給定結(jié)構(gòu)的纖維分層軌跡而沿著模具放置纖維條帶?？梢詸z驗(yàn)的一些特征包括(但不限于)纖維間隙、纖維重疊、角度偏差、碎片，和絲束位置。

所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可以包括各種材料，例如(但不限于)水泥、混凝土、強(qiáng)化塑料、金屬?gòu)?fù)合物和陶瓷復(fù)合物。舉例來說，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可以由復(fù)合纖維強(qiáng)化塑料組成。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可以用于各種應(yīng)用，包括(但不限于)建筑物、橋梁、航天器、飛行器、船只、陸地車輛(包括鐵路車輛)，和例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、游泳池面板、浴缸、儲(chǔ)罐和柜臺(tái)等結(jié)構(gòu)。

用于對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢驗(yàn)的系統(tǒng)一般包括如圖1中說明的圖像獲取裝置100和照明系統(tǒng)101。圖像獲取裝置100可以是記錄圖像的任何儀器，所述圖像可以被直接存儲(chǔ)、傳輸?shù)搅硪晃恢茫蛩鰞烧?。舉例來說，圖像獲取裝置100可以是攝像機(jī)、照相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、圖像傳感器、ccd傳感器、cmos傳感器，和有源像素傳感器，以及其他可能性。

通過圖像處理器(未示出)來處理圖像以實(shí)時(shí)地或基本上實(shí)時(shí)地(即，在模具上鋪設(shè)每個(gè)層以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí))執(zhí)行檢驗(yàn)。圖像獲取裝置100被安裝到自動(dòng)化工具103的頭部且界定復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面106上的視場(chǎng)(fov)。圖像獲取裝置100和復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面106還界定亮場(chǎng)照明區(qū)域105和暗場(chǎng)照明區(qū)域107。亮場(chǎng)照明區(qū)域105是復(fù)合結(jié)構(gòu)表面106上方的區(qū)域，其中從光源發(fā)射且在fov內(nèi)投射的光將被反射到圖像獲取裝置100中。暗場(chǎng)照明區(qū)域107是復(fù)合結(jié)構(gòu)表面106上方的區(qū)域，其中從光源發(fā)射且在fov內(nèi)投射的光將被反射遠(yuǎn)離圖像獲取裝置100。在亮場(chǎng)照明區(qū)域105內(nèi)部提供一個(gè)或多個(gè)頂部照明光源102。在暗場(chǎng)照明區(qū)域107內(nèi)部提供一個(gè)或多個(gè)側(cè)面照明光源104。在一些實(shí)施例中，提供四個(gè)側(cè)面照明光源104，即，前側(cè)源、背側(cè)源、左側(cè)源，和右側(cè)源。

照明系統(tǒng)101因此是暗場(chǎng)光和亮場(chǎng)光的組合，且經(jīng)過提供以便顯露復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面106上可得的充分細(xì)節(jié)，從而確保由圖像獲取裝置100捕獲的圖像可以含有將由圖像處理器成功地處理的足夠信息。以第一強(qiáng)度提供側(cè)面照明光源104且其用于產(chǎn)生與陰影的高對(duì)比度圖像，即，突顯表面細(xì)節(jié)。然而，過多的陰影會(huì)阻止圖像處理器進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。雖然人類操作者可以能夠更容易地區(qū)分高對(duì)比度圖像中的缺陷，但過多的陰影對(duì)于圖像處理器來說可能是個(gè)問題。因此以不同于第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度提供頂部照明光源102以填充由側(cè)面照明光源104產(chǎn)生的陰影的邊緣，使得這些邊緣不會(huì)被圖像處理器誤認(rèn)為是真實(shí)特征。

圖2a和2b說明在僅具有暗場(chǎng)照明與具有亮場(chǎng)照明和暗場(chǎng)照明的組合之間的差異。圖2a示出僅使用左側(cè)照明光源104且不使用頂部照明光的情況下照明的表面的圖像。圖2b示出使用左側(cè)照明光源104和頂部照明光源102照明的相同表面的圖像。通過使用暗場(chǎng)和亮場(chǎng)照明的適當(dāng)比例，會(huì)在保留圖像的高對(duì)比度的同時(shí)減少或基本上消除在圖2a中看到的陰影邊緣。因此特別為在線系統(tǒng)構(gòu)想出照明系統(tǒng)101，借此，實(shí)時(shí)地且自動(dòng)地處理圖像。

照明系統(tǒng)101可以包括漫射器以便產(chǎn)生非相干的光，并且因此避免由于纖維細(xì)節(jié)(斑點(diǎn))上的閃爍反射和強(qiáng)投射的陰影而引入的噪聲?？梢詾轫敳空彰鞴庠?02和/或側(cè)面照明光源104提供漫射器。為了增加場(chǎng)深，可以向圖像獲取裝置100提供關(guān)閉鏡頭的大部分光學(xué)場(chǎng)的光圈?？梢允褂每焖倏扉T速度(具有短打開時(shí)間)來確保短曝光時(shí)間，使得圖像不模糊，因?yàn)閳D像是在表面移動(dòng)時(shí)拍攝的?？梢允褂镁哂蟹浅？焖俚捻憫?yīng)時(shí)間的光源以允許與圖像獲取裝置100的快門速度的精確同步。另外，圖像獲取裝置100的設(shè)定(例如，快門速度和光圈大小)可以在圖像之間不同并且可以實(shí)時(shí)地改變。對(duì)設(shè)定的自動(dòng)調(diào)整允許由圖像獲取裝置捕獲的圖像的質(zhì)量在捕獲具有不同表面特性的圖像時(shí)是一致的，使得可以在表面移動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)地以自動(dòng)化模式對(duì)它們進(jìn)行檢驗(yàn)。

在一些實(shí)施例中，頂部照明源102和/或側(cè)面照明源104包括如圖3中說明的光導(dǎo)300。光導(dǎo)300可以由棱鏡和多個(gè)鏡子組成。在光導(dǎo)300的至少一個(gè)側(cè)邊緣上提供led(發(fā)光二極管)光源302。沿著光導(dǎo)300的頂部邊緣提供主要散射鏡304，同時(shí)沿著其底部邊緣提供輔助散射鏡306。光導(dǎo)可以是如所說明的棱鏡或由光纖制成的長(zhǎng)束。出口散射窗口308允許散射(即，就是漫射光)光從光導(dǎo)300的底部邊緣退出。替代地或與光導(dǎo)300組合地，頂部照明源102和/或側(cè)面照明源104包括led陣列照明板。所述板可以是筆直或彎曲的，從而使視場(chǎng)變寬。所述陣列中的led還可以在強(qiáng)度上經(jīng)過調(diào)制以便提供均勻的照明場(chǎng)。換句話說，所述陣列中的每個(gè)led可以獨(dú)立地設(shè)定其強(qiáng)度以獲得所要的照明場(chǎng)。替代地或與光導(dǎo)300和/或led陣列照明板組合地，頂部照明源102和/或側(cè)面照明源104包括液晶顯示器(lcd)背面照明系統(tǒng)，其在本文被稱作背光板。背光板因此可以提供具有高擴(kuò)散性水平的非常均勻的照明場(chǎng)，并且在一個(gè)緊湊特征中包括側(cè)面照明源104和光導(dǎo)。所述背光板還可以是彎曲的和/或具有調(diào)節(jié)到所要的強(qiáng)度水平的個(gè)別納米印制的微型鏡頭。

在一些實(shí)施例中，光源(側(cè)面和/或頂部)的強(qiáng)度可能會(huì)太高而無(wú)法提供連續(xù)照明，因?yàn)檫@可能會(huì)致使表面106燃燒或固化?？梢允褂瞄W光led照明。此類光源具有非常短的響應(yīng)時(shí)間并且還發(fā)射“冷”光。對(duì)于由快門提供的短時(shí)間，閃光led照明強(qiáng)度通常比連續(xù)模式led照明的量級(jí)高至少一個(gè)量級(jí)，因此允許更亮或更強(qiáng)的照明系統(tǒng)101。另外，閃光led的小尺寸允許以密集陣列進(jìn)行安裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)來自光源的非常均勻的光發(fā)射率。

在一些實(shí)施例中，頂部照明源102和/或側(cè)面照明源104可以被配置成將彩色光投射到表面106上?？梢允褂蒙蕘韰^(qū)分復(fù)合結(jié)構(gòu)的層。舉例來說，在使用可見光譜的紅橙色部分中的光頻率來照明表面106時(shí)，光吸收非常高且很大程度上取決于纖維定向。因此可以使用紅橙色光使用纖維定向來顯露結(jié)構(gòu)的不同層。可以使用紅橙色光使鋪層的最后一層與前一層在視覺上“分離”。圖2c和2d是使用紅橙色光成像的復(fù)合結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施例。在圖2c中，僅從側(cè)面照明源104提供紅橙色光，而在圖2d中，僅從頂部照明源102提供紅橙色照明。如所示，在兩種情況下，清楚地區(qū)分了最后一層和前一層。

可以提供處于大約625nm到大約775nm的波長(zhǎng)的紅橙色光。在一些實(shí)施例中，可以使用處于大約590nm的波長(zhǎng)的橙色光。在一些實(shí)施例中，可以使用處于大約650nm的波長(zhǎng)的紅色光。在一些實(shí)施例中，可以使用處于大約621nm的波長(zhǎng)的紅橙色光。在另一實(shí)例中，可以使用藍(lán)色光以產(chǎn)生高對(duì)比度圖像，這歸于afp表面的高反射率?？梢蕴峁┨幱诖蠹s425nm到大約490nm的波長(zhǎng)的藍(lán)色光。在一些實(shí)施例中，可以提供處于大約475nm的波長(zhǎng)的藍(lán)色光。還可以依據(jù)材料上的光的所要的反射率和/或吸收而使用其他色彩?？梢曰趶?fù)合結(jié)構(gòu)的材料和/或材料的色彩且/或基于光照和圖像獲取的所要目的(即，區(qū)分層或突顯結(jié)構(gòu)的表面上的某些細(xì)節(jié))來選擇色彩?？梢耘c白光組合地使用彩色光以便產(chǎn)生所要的效果。

在一些實(shí)施例中，頂部照明源102和/或側(cè)面照明源104可以被配置成將紅外光投射到表面106上。在通過熱燈對(duì)表面進(jìn)行預(yù)加熱以提高粘著性時(shí)，碳的最后一層由于壓實(shí)輥而變熱。可以設(shè)定相機(jī)以在紅外域中獲取圖像，以便區(qū)分熱層與背景，這類似于使用紅橙色照明的實(shí)施例。

如圖1中所示，復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面106可以彎曲，因此向圖像中引入視差誤差?？梢酝ㄟ^具有小視覺場(chǎng)、垂直于表面的視覺方向、小視覺角度(或長(zhǎng)視覺距離)，和/或非?？拷砻娑鴪?zhí)行的檢驗(yàn)來使視差誤差最小化。在將由afp制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面成像時(shí)，無(wú)法將視覺場(chǎng)減小超過由鋪層幾何形狀強(qiáng)加的特定大小?？拷鼔簩?shí)輥的自由空間受到限制，因此使接近復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面并且在視覺方向垂直于所述表面的情況下安裝相機(jī)復(fù)雜化。另外，長(zhǎng)視覺距離還使得接近壓實(shí)輥來安裝相機(jī)成為挑戰(zhàn)。因此，在一些實(shí)施例中，向在線檢驗(yàn)系統(tǒng)提供光學(xué)適配器，其定位在圖像獲取裝置與復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面之間，以用于使所述圖像獲取裝置與所述表面隔開且基本上垂直于所述表面而引導(dǎo)所述圖像獲取裝置的視覺軸。因此可以將所述圖像獲取裝置安裝到工具的頭部，且使用長(zhǎng)焦距來用于所述圖像獲取裝置。

圖4是具有長(zhǎng)焦距和光學(xué)適配器的在線檢驗(yàn)系統(tǒng)400的示例性實(shí)施例的側(cè)視圖。具備具有長(zhǎng)焦距的鏡頭的相機(jī)408被安裝到afp鋪層頭部402。光學(xué)適配器412使相機(jī)408與表面406隔開，并且與表面406基本上垂直地引導(dǎo)相機(jī)408的視覺軸。相機(jī)408與表面406的隔開還允許在相機(jī)408下方且在表面406上方的用于照明系統(tǒng)410的空間?？梢栽趩蝹€(gè)外殼409中提供照明系統(tǒng)410和光學(xué)適配器412。在一些實(shí)施例中，所述外殼可以是暗室罩殼，以便阻擋所有環(huán)境光，并且允許對(duì)投射到復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面406上的光進(jìn)行更好的控制。替代地，外殼309可以僅封圍照明系統(tǒng)410，并且可以與其單獨(dú)地提供光學(xué)適配器412。

光學(xué)適配器412可以由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件組成以用于與正被成像的表面垂直地引導(dǎo)圖像獲取裝置的視覺軸。舉例來說，光學(xué)適配器412可以由半五棱鏡或一對(duì)鏡子組成。還可以使用其他光學(xué)元件。

在一些實(shí)施例中，向在線檢驗(yàn)系統(tǒng)400提供長(zhǎng)視覺距離、短快門時(shí)間、關(guān)閉的光圈、高強(qiáng)度照明、非常漫射的照明、沒有光束的光相干性或非常低的光相干性、非?？拷砻娴臏\角度照明、結(jié)合淺角度照明的頂側(cè)照明、具有非?？焖俚捻憫?yīng)的閃光照明光源，和以特定波長(zhǎng)發(fā)射的光，以使最后一層與背景分離。雖然看起來容易得到漫射光源，但復(fù)合表面所需的擴(kuò)散性水平比當(dāng)前可得的擴(kuò)散性水平高得多。這是由于纖維的非常小的尺寸，在照明光是均勻只有一點(diǎn)點(diǎn)相干的情況下，這可能會(huì)容易產(chǎn)生斑點(diǎn)。

在一些實(shí)施例中，使用色彩反轉(zhuǎn)來增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的暗特征與暗背景之間的對(duì)比度。色彩反轉(zhuǎn)有助于在特征提取之后對(duì)圖像的背景進(jìn)行濾波，而不會(huì)失去有用的信息。在特征自身是黑色且背景是黑色因此具有非常低的對(duì)比度時(shí)，色彩反轉(zhuǎn)可以尤其有用。圖5a是由在線檢驗(yàn)系統(tǒng)的圖像獲取裝置捕獲的原始圖像的實(shí)例。在此實(shí)例中，目標(biāo)是檢測(cè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面中的間隙。圖5b是在通常應(yīng)用于圖像的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理之后的原始圖像的實(shí)例。如所示，可以在圖像上看到許多特征，而不僅僅是間隙。圖5c是使用色彩反轉(zhuǎn)的原始圖像的實(shí)例。清楚地示出間隙502而沒有圖像中的額外特征。濾波水平可以自動(dòng)化，這是因?yàn)樘卣髋c背景的比率可以在處理器的反饋回路中得到優(yōu)化。

圖6是用于對(duì)由自動(dòng)化工具制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢驗(yàn)的方法的示例性實(shí)施例的流程圖。所述方法包括照明復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面的第一步驟600，緊接著是獲取所照明表面的至少一個(gè)圖像的步驟606。所述照明步驟600可以由將亮場(chǎng)照明投射到復(fù)合部件的表面上的步驟602和將暗場(chǎng)照明投射到復(fù)合部件的表面上的步驟604組成。由頂部照明光源以第一強(qiáng)度提供亮場(chǎng)照明，且由側(cè)面照明光源以不同于所述第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度提供暗場(chǎng)照明。對(duì)所述兩個(gè)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整以提供合適對(duì)比的圖像而沒有太多的陰影，以便允許圖像處理器檢測(cè)圖像中的特征和/或在圖像中執(zhí)行測(cè)量?？梢酝瑫r(shí)地或一個(gè)接一個(gè)地按序列(但在相同快門打開中)應(yīng)用所述亮場(chǎng)照明和暗場(chǎng)照明步驟。如果將不同色彩用于暗場(chǎng)和亮場(chǎng)照明，那么可以使用序列應(yīng)用以避免不可預(yù)測(cè)的減色或加色形成。

在一些實(shí)施例中，獲取至少一個(gè)圖像包括獲取一系列多個(gè)圖像?？梢允褂貌煌投ㄖ频恼彰鞑呗詠慝@取序列中的圖像中的每一者?？梢愿鶕?jù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面的特定局部形態(tài)來選擇/應(yīng)用照明策略。所述方法因此可以實(shí)時(shí)地適應(yīng)復(fù)合部件的表面，且可以以自動(dòng)化方式執(zhí)行檢驗(yàn)。

如上所述，可以將圖像獲取裝置安裝到自動(dòng)化工具的頭部。替代地，可以將圖像獲取裝置構(gòu)建到所述工具的頭部中?？梢耘c圖像獲取裝置遠(yuǎn)程地提供圖像處理器，因此允許附接到自動(dòng)化工具的頭部的系統(tǒng)的部分保持重量輕和體積小?？梢允褂蒙史崔D(zhuǎn)圖像預(yù)處理來用于檢測(cè)特定類型的特征?？梢酝ㄟ^圖像處理器或通過從圖像獲取裝置接收所獲取的圖像的中間裝置(例如，可編程邏輯控制器(plc)、上層控制器等)來直接應(yīng)用色彩反轉(zhuǎn)。

本文中所描述的方法和系統(tǒng)允許以及時(shí)的方式對(duì)新近鋪設(shè)的纖維進(jìn)行實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。復(fù)合結(jié)構(gòu)上的大量特征和位置需要速度，以便考慮到在復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面干燥時(shí)的表面反射率的改變。本文中所描述的用于增強(qiáng)待檢驗(yàn)的特征的對(duì)比度的手段(例如，光頻率、照明類型和照明角度)允許為快速和自動(dòng)化檢驗(yàn)過程獲取高質(zhì)量圖像。

以上描述打算僅是示例性的，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離所公開的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)實(shí)施例作出改變。舉例來說，本文中所描述的流程圖和圖式中的框和/或操作僅用于實(shí)例的目的。在不脫離本公開的教導(dǎo)的情況下，這些框和/或操作可能存在許多變化。例如，可以通過不同次序執(zhí)行框，或者可以添加、刪除或修改框。因此，提供所說明的結(jié)構(gòu)是為了教導(dǎo)本實(shí)施例的效率。在不脫離權(quán)利要求書的標(biāo)的的情況下，可以通過其他特定形式來體現(xiàn)本公開。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，雖然本文公開和示出的系統(tǒng)和方法可以包括特定數(shù)目的元件/部件，但可以修改所述系統(tǒng)和方法以包括額外的或更少的此類元件/部件。還希望本公開涵蓋并且包括技術(shù)上的所有合適的改變。鑒于對(duì)本公開的檢視，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)的修改，且希望此類修改屬于所附權(quán)利要求書內(nèi)。