專利名稱：物體的計算機化檢驗方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用攝取2D照片的數(shù)碼相機確定物體的形狀和尺寸的可能偏差的計算機化檢驗裝置，所述物體特別是生產(chǎn)的物體。在本文中，檢驗涉及檢查物體，其中確定該物體是否滿足預(yù)先確定的要求或是否 拒絕該物體。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中通過例如W02005/063415A1和DE3821393A1知道計算機化檢驗帶有頭 部的螺栓的方法和裝置，這些方法和裝置利用攝取2D照片的數(shù)碼相機確定該螺栓的形狀 的可能偏差。然而，這些已知的方法和裝置不適合檢驗具有更復(fù)雜形狀的物體，例如帶有盲 孔的物體。另外，SE529377C2描述了一種定位和拾取放置在載體上的物體的方法。在該載體 之上進行掃描作業(yè)。掃描利用具有線激光的掃描儀進行。利用掃描的結(jié)果，生成代表掃描部 分的虛擬表面。將該虛擬表面與和從該載體拾取的物體相應(yīng)的預(yù)先確定的虛擬物體比較。 這樣，辨識該虛擬表面的一部分，該部分與預(yù)先確定的虛擬物體匹配。然后，使機器人臂運 動至與該虛擬表面的該辨識的部分相應(yīng)的位置，并在這個位置從該載體拾取物體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合于檢驗具有復(fù)雜形狀的物體的方法和裝置。所述目的利用初始提到的方法通過以下方式達到a)利用包括攝取2D照片的相機和給出3D掃描的激光三角測量單元的掃描儀，掃 描要檢驗的物體的至少一部分；b)在掃描過程中使掃描儀和物體互相相對運動；c)利用掃描的結(jié)果生成代表被掃描部分的至少一個虛擬的3D照片；d)將所述至少一個生成的虛擬的3D照片與預(yù)先確定的虛擬物體的對應(yīng)部分比 較；和e)根據(jù)比較中可能發(fā)現(xiàn)的偏差是否落在預(yù)先確定的公差范圍內(nèi)或其外，接受或拒 絕該掃描的物體。利用相應(yīng)的方式，所述目的可用開始所述的裝置達到，該裝置具有用于掃描要被 檢驗的物體的至少一部分并且包括相機和給出3D掃描的激光三角測量單元的掃描儀；在 掃描過程中使該掃描儀和該物體互相相對運動的裝置；與該掃描儀連接的計算機，在該計 算機中存儲虛擬物體，該計算機具有根據(jù)2D照片確定在被掃描部分中該物體的輪廓和根 據(jù)3D掃描在該部分內(nèi)生成表面的三維照片的軟件，該計算機還具有將該物體的在該部分 內(nèi)的掃描輪廓和三維表面與在虛擬物體的相應(yīng)部分內(nèi)的輪廓和三維表面進行比較的軟件， 對該計算機編程，以根據(jù)可能發(fā)現(xiàn)的偏差是否在預(yù)先確定的公差范圍內(nèi)或在其外而接受或 拒絕掃描的物體。
利用由激光三角測量單元進行的三維掃描較容易確定深度的測量，以檢查掃描的物體是否滿足設(shè)定的要求。優(yōu)選地，激光三角測量單元包括線性激光。那樣，可以快速確定物體的形狀和尺寸。合適的是，相對運動包括平移和/或轉(zhuǎn)動，優(yōu)選地包括兩者，以便改變物體相對于 掃描儀的位置和/或取向，并且推薦通過使物體通過靜止的掃描儀而進行該運動。優(yōu)選地，所述平移和/或轉(zhuǎn)動由機器人執(zhí)行，并且機器人圍繞至少一個轉(zhuǎn)動軸線 轉(zhuǎn)動物體。因為機器人可以旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動物體，因此可以小心地測量該物體中的所有盲孔和 相似的結(jié)構(gòu)，并可檢查它們與由在計算機中存儲的預(yù)先確定的虛擬物體形成的相應(yīng)參照物 結(jié)構(gòu)的一致性。在掃描過程中，優(yōu)選地交替從兩個方向照亮物體。那樣較容易在照相中得到精確 的數(shù)據(jù)。另外，在物體的固定點確定可能偏差是適當?shù)?。這樣，不需要檢查所有有數(shù)據(jù)的 點，而可使檢驗加速。另外，優(yōu)選地斷續(xù)地進行掃描，即只是在物體的要求確定可能偏差的某些點上進 行掃描，使得可以單獨地掃描物體的不同部分。這也可使檢驗加速。


下面將參照優(yōu)選實施例和附圖更詳細地說明本發(fā)明。圖1為表示本發(fā)明的檢驗裝置的一個實施例的簡圖。圖2為圖1的檢驗裝置的側(cè)視圖。圖3為在圖1的檢驗裝置中使用的綜合的激光檢測器和相機的示意性橫截面圖。
具體實施例方式圖1和2表示利用攝取2D照片的數(shù)碼相機確定物體的形狀和尺寸的可能偏差的 計算機化檢驗裝置，所述物體尤其是生產(chǎn)的物體。根據(jù)本發(fā)明，利用掃描儀8掃描要被檢驗的物體2的至少一部分，掃描儀8帶有激 光三角測量單元，該激光三角測量單元包括給出3D掃描的激光發(fā)射器16和與攝取2D照片 的相機組合的激光檢測器17。在掃描過程中，掃描儀8和物體2互相相對運動，并利用掃描 的結(jié)果生成代表被掃描部分的至少一個虛擬的3D照片。將該虛擬的3D照片與預(yù)先確定的 虛擬物體(參照物)的對應(yīng)部分進行比較，并根據(jù)可能檢測到的偏差是否落在預(yù)先確定的 公差范圍內(nèi)或其外而接受或拒絕該掃描的物體2。這樣，在物體2的某些固定的點上確定可 能的偏差。在圖1和2中，示出物體2放在載體1上，載體1可以有任意的外形，但在圖1和 2中它是傳送帶并可以在掃描過程中使物體2相對于掃描儀8運動。載體1也可以為靜止 的，并且物體2可由適當?shù)难b置(未示出)在載體1上向前推動或拉動，該適當?shù)难b置例如 液壓、氣動或電氣操縱的桿活塞。優(yōu)選地，掃描儀8是靜止的，但當載體1固定時，掃描儀8 可相對于物體2運動，并且表示成懸掛在可沿梁9’運行的小車9上。當載體1原則上固定 但仍可運動時，在一個未示出的實施例中，它可由例如某種適當?shù)偷娜萜骰蛲邪鍢?gòu)成。為了改變物體2相對于掃描儀8的位置和/或取向，該相對運動包括平移和/或轉(zhuǎn)動。作為規(guī) 貝U，物體2必需圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而可以掃描和拍攝物體2的預(yù)先確定部分。為了在固定的載體1上拉動物體2向前，可以使用例如工業(yè)機器人4。所示的機器人4包括臂5，它可以在水平平面和垂直平面中突出和旋轉(zhuǎn)。臂5具有自由端，該自由端帶 有用于夾持物體2的裝置6。該裝置可帶有拾取金屬物體2的吸盤或磁鐵(未示出)。然 而，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，機器人臂5適合于通過使用帶有夾持銷7的頭6’形式的夾 持裝置6夾持物體。頭6’可轉(zhuǎn)動地固定在臂5上，并且至少一個夾持銷7是可動的。在圖 1中示出兩個夾持銷7，但容易理解，夾持裝置6可以有多于兩個的夾持銷7。例如，它可以 有3、4、5或更多的夾持銷7。優(yōu)選地，至少兩個夾持銷7可以彼此相對運動。優(yōu)選地，夾持裝置6用鉸鏈安裝在機器人臂5上，使得該夾持裝置6可以圍繞不同 的軸線樞轉(zhuǎn)，因而可相對于被夾持裝置6夾持的物體2取向。使用帶有可動銷7的夾持裝 置6產(chǎn)生了可達到更大的精度和夾持的可靠性高的優(yōu)點。夾持裝置6優(yōu)選地配置成可圍繞 互相垂直的軸線樞轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，它可以圍繞至少三條互相垂直的軸線樞轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的有 利實施例中，夾持裝置6可以圍繞多于三條的軸線樞轉(zhuǎn)。例如，它可以配置成可圍繞六條軸 線樞轉(zhuǎn)。如果機器人4復(fù)雜以致可以容易地進行物體2的所有必需的移動和轉(zhuǎn)動，那么如 果需要的話，自然也可將掃描儀8安裝在機器人4上。激光發(fā)射器16可以為點激光，但在圖1和2所示的本發(fā)明實施例中，它優(yōu)選地為 線激光。使用線激光16的優(yōu)點為只利用掃描儀8的一個相對運動即可以掃描一部分。在 線激光中，光從集中的激光源延伸成為一條線。這可以通過使用由例如玻璃、有機玻璃或石 英制成的合適物鏡達到。如圖1最清楚地所示，帶有激光三角測量單元的掃描儀8包括 激光發(fā)射器16，其可發(fā)射線性激光束10 ；以及激光檢測器17，可檢測已經(jīng)從該發(fā)射器16發(fā) 射的并已經(jīng)從一表面反射的激光束。激光發(fā)射器16例如可以為Stocker YaleCanada(275 Kesmark,Montreal, Quebec, Canada)以商品名Lasiris 銷售的那種線激光。當然，其他激 光發(fā)射器也可以。如上所述，激光檢測器17也可起掃描儀8中的2D相機的作用。在圖1 和2所示的實施例中，激光束10的方向基本上垂直于要檢驗的物體2，同時激光檢測器17 具有與相機一樣的傳感器17’ (圖3)，該傳感器檢測略微傾斜反射的光。當然，如果需要的 話，激光束18的方向也可以略微向著物體2傾斜，并且該檢測器可以檢測基本上垂直向上 反射的光。計算機11經(jīng)由連接部件12與帶有激光三角測量單元的掃描儀8連接，該連接部 件12表示為電纜，但也可以為無線連接。計算機11具有在掃描作業(yè)過程中根據(jù)從掃描儀 8即激光檢測器17接收的數(shù)據(jù)生成虛擬的三維表面的軟件。計算機11還具有經(jīng)由連接部 件12從組合的相機和激光檢測器17接收2D照片的軟件；代表存儲的虛擬物體(作為參照 物)的軟件；以及將參照物與物體2的被拍照和掃描部分比較，以確定參照物和被掃描物體 2之間的形狀和尺寸的可能偏差的軟件。應(yīng)當了解，參照物對應(yīng)于要檢驗的實際物體2。該 參照物可以基于用于生產(chǎn)相應(yīng)的實際物體2的CAD模型。另外，計算機11經(jīng)由連接部件4’與機器人4連接，該連接部件表示為電纜，但也 可以為無線連接，計算機11具有在使物體2運動從而得到拍攝和掃描要求的取向和位置所 需要的范圍內(nèi)控制機器人臂5、夾持裝置6和銷7的運動的軟件。最后，計算機11具有控制 不可能落在預(yù)先確定的尺寸和形狀公差范圍內(nèi)的物體的分離的軟件。當這種分離在檢驗裝置中實現(xiàn)時，可以利用機器人4對拒絕的物體進行這種分離，否則可以利用簡單的推動裝 置(未示出)將拒絕的物體推至載體1側(cè)邊，而接受的物體可停留在載體1上，以便傳送至 下一個處理站(未示出)。為了說明，計算機11與機器人4分開表示。圖4表示機器人4 可將接受的物體2輸送至另一個工作站19，例如一臺機器，以進行物體2的進一步處理。雖然在圖中計算機11表示為一個單獨的單元，但應(yīng)理解，它也可由機器人4的一個整體部分組成。在圖示的檢驗裝置的實施例中，要檢驗的物體2具有垂直通孔3和水平盲孔3’。 當線性激光束10移動通過通孔3時，可以掃描通孔3的尺寸。為了也能夠掃描盲孔3’的 尺寸，必需通過夾持物體和向上轉(zhuǎn)動該物體的機器人4改變物體2的取向，使得盲孔3’的 縱向與線性激光束10的方向基本上一致。當物體2形狀簡單時，例如它只有一個在該物體 到達掃描儀8時朝上的淺的盲孔時，不需要利用機器人4進行物體2的這種再取向，為此， 不需要機器人4。為了在拍攝時理想地照亮物體2，如圖3所示，在組合的激光檢測器和2D相機17 中適當?shù)赜邪鼑镧R23的第一照明單元22。該照明單元22示出為環(huán)形的熒光燈22，當然 在需要時也可以使用其他實施例，例如發(fā)光兩極管的圓環(huán)(未示出)。在拍攝時，使物鏡23 的光軸與物體2形成直角是合適的，如果光軸與水平面形成另一角度，則這點可利用改變 物體2角度的機器人4達到。優(yōu)選地，在激光束10基本上垂直地射向物體的物體2的取向 下，進行檢驗，然后在拍攝過程中，改變物體的角度，使物鏡23的光軸與物體2基本上形成 直角。如果希望的話，可以在物體2的預(yù)先確定的輸送路徑側(cè)面配置第二照明單元21， 使得可用掃描光照亮物體。從圖2可看出，單元21適當?shù)匕惭b在掃描儀8上，在激光發(fā)射 器16的相對于組合的相機和激光接收器17的相反側(cè)，使得激光發(fā)射器16基本上在兩個照 明單元21和22的中間。通常，這個第二照明單元21與第一照明單元22交替使用，但如果 希望的話也可以一起使用。值得指出的是，掃描儀單元8和物體2之間的垂直距離得以顯 著夸大是為了更加清楚。工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明的計算機化檢驗可應(yīng)用到每個地方，其中利用上述的3D掃描和2D拍 攝的結(jié)合，進行物體、特別是生產(chǎn)的物體的檢驗，以便一次處置物體以確定物體的形狀和尺 寸的可能偏差。
權(quán)利要求
一種計算機化檢驗方法，利用攝取2D照片的數(shù)碼相機(17)確定物體(2)形狀和尺寸的可能偏差，所述物體特別是生產(chǎn)的物體(2)，其中，a)利用包括攝取2D照片的相機(17)和給出3D掃描的激光三角測量單元(16，17)的掃描儀(8)，掃描要被檢驗的物體(2)的至少一部分；b)在掃描過程中掃描儀(8)和物體(2)彼此相對運動；c)利用掃描的結(jié)果生成代表被掃描部分的至少一個虛擬的3D照片；d)將所述至少一個生成的虛擬的3D照片與預(yù)先確定的虛擬物體的相應(yīng)部分比較；和e)根據(jù)在比較中可能發(fā)現(xiàn)的偏差是否落在預(yù)先確定的公差范圍內(nèi)或其外，接受或拒絕被掃描的物體(2)，其特征在于，f)物體(2)的掃描是斷續(xù)地進行的，使得物體(2)的所有部分得以單獨地掃描。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該激光三角測量單元(16，17)包括線激光。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該相對運動包括平移和/或轉(zhuǎn)動，以便 改變物體(2)相對于掃描儀(8)的位置和/或取向。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，物體(2)圍繞至少一條旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，物體(2)運動通過靜止不動的掃 描儀⑶。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，在掃描過程中，物體(2)被照明 單元(21，22)照亮。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，物體(2)從兩個方向優(yōu)選交替地被照明單元 (21，22)照亮。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，可能的偏差在物體(2)的固定點 上確定。
9.一種用于計算機化檢驗的裝置，用于確定物體(2)形狀和尺寸的可能偏差，所述物 體特別是生產(chǎn)的物體(2)，該裝置利用攝取2D照片的相機(17)；用于掃描要被檢驗的物體 (2)的至少一部分的掃描儀(8)，該掃描儀(8)包括相機(17)和給出3D掃描的激光三角 測量單元(16，17)；在掃描過程中使掃描儀(8)和物體(2)彼此相對運動的裝置(4)；與掃 描儀(8)連接的計算機(11)；該計算機(11)具有根據(jù)2D照片確定在被掃描部分中該物體 (2)的輪廓和根據(jù)3D掃描在該部分內(nèi)生成表面的三維照片的軟件，該計算機(11)還具有將 該物體(2)在該部分內(nèi)的掃描輪廓和三維表面與在虛擬物體的相應(yīng)部分內(nèi)的輪廓和三維 表面進行比較的軟件，對該計算機(11)編程，以根據(jù)可能發(fā)現(xiàn)的偏差是否在預(yù)先確定的公 差范圍內(nèi)或在其外而接受或拒絕掃描的物體(2)，其特征在于，配置所述掃描儀(8)、相機 (17)和激光三角測量單元(16，17)，以進行物體(2)的斷續(xù)掃描。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該激光三角測量單元(16，17)包括線激光。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，該相對運動包括平移和/或轉(zhuǎn)動。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，物體(2)圍繞至少一條旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動。
13.如權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于，所述平移和/或轉(zhuǎn)動由機器人(4) 執(zhí)行。
14.如權(quán)利要求9-13中任一項所述的裝置，其特征在于，該掃描儀(8)是固定的而物體(2)是運動的。
15.如權(quán)利要求9-14中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)置至少一個燈(21，22)以在 掃描過程中照亮物體(2)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，燈(21，22)配置成從兩個方向優(yōu)選交替地 照亮物體⑵。
全文摘要
為了計算機化檢驗，以便在與參照物比較時確定物體(2)的形狀和尺寸的可能偏差，使用帶有攝取2D照片的數(shù)碼相機(17)和給出3D掃描的激光三角測量單元(16，17)的掃描儀(8)，為了改變物體(2)相對于掃描儀(8)的位置和/或取向，在掃描過程中，掃描儀(8)和物體(2)彼此相對運動。計算機(11)與掃描儀連接，在該計算機中存儲參照物，例如從CAD圖得到的預(yù)先確定的虛擬物體。該計算機(11)具有根據(jù)2D照片確定在被掃描部分中該物體(2)的輪廓和根據(jù)3D掃描在該部分內(nèi)生成表面的三維照片的軟件。該計算機(11)還具有將該物體(2)在該部分內(nèi)的掃描輪廓和三維表面與參照物的相應(yīng)部分內(nèi)的輪廓和三維表面進行比較的軟件。對該計算機(11)編程，以根據(jù)可能確定的偏差是否在預(yù)先確定的公差范圍內(nèi)或在其外而接受或拒絕掃描的物體(2)。
文檔編號G01N21/89GK101815924SQ200880109841
公開日2010年8月25日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者安德斯·雷伊爾 申請人:比納股份公司