專利名稱：物體的計(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)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(jī)確定物體的形狀和尺寸的可能偏差的計(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)裝置，所述物體特別是生產(chǎn)的物體。在本文中，檢驗(yàn)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(guò)例如W02005/063415A1和DE3821393A1知道計(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)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(jī)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(yàn)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(jìn)行掃描作業(yè)。掃描利用具有線激光的掃描儀進(jìn)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(shí)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(jī)器人臂運(yùn) 動(dòng)至與該虛擬表面的該辨識(shí)的部分相應(yīng)的位置，并在這個(gè)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(yàn)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(guò)以下方式達(dá)到a)利用包括攝取2D照片的相機(jī)和給出3D掃描的激光三角測(cè)量單元的掃描儀，掃 描要檢驗(yàn)的物體的至少一部分；b)在掃描過(guò)程中使掃描儀和物體互相相對(duì)運(yùn)動(dòng)；c)利用掃描的結(jié)果生成代表被掃描部分的至少一個(gè)虛擬的3D照片；d)將所述至少一個(gè)生成的虛擬的3D照片與預(yù)先確定的虛擬物體的對(duì)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(kāi)始所述的裝置達(dá)到，該裝置具有用于掃描要被 檢驗(yàn)的物體的至少一部分并且包括相機(jī)和給出3D掃描的激光三角測(cè)量單元的掃描儀；在 掃描過(guò)程中使該掃描儀和該物體互相相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置；與該掃描儀連接的計(jì)算機(jī)，在該計(jì) 算機(jī)中存儲(chǔ)虛擬物體，該計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jìn)行比較的軟件， 對(duì)該計(jì)算機(jī)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(cè)量單元進(jìn)行的三維掃描較容易確定深度的測(cè)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(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)包括平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)，優(yōu)選地包括兩者，以便改變物體相對(duì)于 掃描儀的位置和/或取向，并且推薦通過(guò)使物體通過(guò)靜止的掃描儀而進(jìn)行該運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)由機(jī)器人執(zhí)行，并且機(jī)器人圍繞至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 轉(zhuǎn)動(dòng)物體。因?yàn)闄C(jī)器人可以旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)物體，因此可以小心地測(cè)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(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)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(guò)程中，優(yōu)選地交替從兩個(gè)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(diǎn)確定可能偏差是適當(dāng)?shù)?。這樣，不需要檢查所有有數(shù)據(jù)的 點(diǎn)，而可使檢驗(yàn)加速。另外，優(yōu)選地?cái)嗬m(xù)地進(jìn)行掃描，即只是在物體的要求確定可能偏差的某些點(diǎn)上進(jìn) 行掃描，使得可以單獨(dú)地掃描物體的不同部分。這也可使檢驗(yàn)加速。


下面將參照優(yōu)選實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。圖1為表示本發(fā)明的檢驗(yàn)裝置的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)圖。圖2為圖1的檢驗(yàn)裝置的側(cè)視圖。圖3為在圖1的檢驗(yàn)裝置中使用的綜合的激光檢測(cè)器和相機(jī)的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1和2表示利用攝取2D照片的數(shù)碼相機(jī)確定物體的形狀和尺寸的可能偏差的 計(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)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(yàn)的物體2的至少一部分，掃描儀8帶有激 光三角測(cè)量單元，該激光三角測(cè)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(jī)組合的激光檢測(cè)器17。在掃描過(guò)程中，掃描儀8和物體2互相相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并利用掃描 的結(jié)果生成代表被掃描部分的至少一個(gè)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(duì)應(yīng)部分進(jìn)行比較，并根據(jù)可能檢測(cè)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(diǎn)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(guò)程中使物體2相對(duì)于掃描儀8運(yùn)動(dòng)。載體1也可以為靜止 的，并且物體2可由適當(dāng)?shù)难b置(未示出)在載體1上向前推動(dòng)或拉動(dòng)，該適當(dāng)?shù)难b置例如 液壓、氣動(dòng)或電氣操縱的桿活塞。優(yōu)選地，掃描儀8是靜止的，但當(dāng)載體1固定時(shí)，掃描儀8 可相對(duì)于物體2運(yùn)動(dòng)，并且表示成懸掛在可沿梁9’運(yùn)行的小車9上。當(dāng)載體1原則上固定 但仍可運(yùn)動(dòng)時(shí)，在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，它可由例如某種適當(dāng)?shù)偷娜萜骰蛲邪鍢?gòu)成。為了改變物體2相對(duì)于掃描儀8的位置和/或取向，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)物體2向前，可以使用例如工業(yè)機(jī)器人4。所示的機(jī)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(shí)施例中，機(jī)器人臂5適合于通過(guò)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(dòng)地固定在臂5上，并且至少一個(gè)夾持銷7是可動(dòng)的。在圖 1中示出兩個(gè)夾持銷7，但容易理解，夾持裝置6可以有多于兩個(gè)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(gè)夾持銷7可以彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，夾持裝置6用鉸鏈安裝在機(jī)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(duì)于被夾持裝置6夾持的物體2取向。使用帶有可動(dòng)銷7的夾持裝 置6產(chǎn)生了可達(dá)到更大的精度和夾持的可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(jī)器人4復(fù)雜以致可以容易地進(jìn)行物體2的所有必需的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，那么如 果需要的話，自然也可將掃描儀8安裝在機(jī)器人4上。激光發(fā)射器16可以為點(diǎn)激光，但在圖1和2所示的本發(fā)明實(shí)施例中，它優(yōu)選地為 線激光。使用線激光16的優(yōu)點(diǎn)為只利用掃描儀8的一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(guò)使用由例如玻璃、有機(jī)玻璃或石 英制成的合適物鏡達(dá)到。如圖1最清楚地所示，帶有激光三角測(cè)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(cè)器17，可檢測(cè)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(dāng)然，其他激 光發(fā)射器也可以。如上所述，激光檢測(cè)器17也可起掃描儀8中的2D相機(jī)的作用。在圖1 和2所示的實(shí)施例中，激光束10的方向基本上垂直于要檢驗(yàn)的物體2，同時(shí)激光檢測(cè)器17 具有與相機(jī)一樣的傳感器17’ (圖3)，該傳感器檢測(cè)略微傾斜反射的光。當(dāng)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(cè)器可以檢測(cè)基本上垂直向上 反射的光。計(jì)算機(jī)11經(jīng)由連接部件12與帶有激光三角測(cè)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(wú)線連接。計(jì)算機(jī)11具有在掃描作業(yè)過(guò)程中根據(jù)從掃描儀 8即激光檢測(cè)器17接收的數(shù)據(jù)生成虛擬的三維表面的軟件。計(jì)算機(jī)11還具有經(jīng)由連接部 件12從組合的相機(jī)和激光檢測(cè)器17接收2D照片的軟件；代表存儲(chǔ)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(dāng)了解，參照物對(duì)應(yīng)于要檢驗(yàn)的實(shí)際物體2。該 參照物可以基于用于生產(chǎn)相應(yīng)的實(shí)際物體2的CAD模型。另外，計(jì)算機(jī)11經(jīng)由連接部件4’與機(jī)器人4連接，該連接部件表示為電纜，但也 可以為無(wú)線連接，計(jì)算機(jī)11具有在使物體2運(yùn)動(dòng)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(jī)器人臂5、夾持裝置6和銷7的運(yùn)動(dòng)的軟件。最后，計(jì)算機(jī)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(dāng)這種分離在檢驗(yàn)裝置中實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以利用機(jī)器人4對(duì)拒絕的物體進(jìn)行這種分離，否則可以利用簡(jiǎn)單的推動(dòng)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(gè)處理站(未示出)。為了說(shuō)明，計(jì)算機(jī)11與機(jī)器人4分開(kāi)表示。圖4表示機(jī)器人4 可將接受的物體2輸送至另一個(gè)工作站19，例如一臺(tái)機(jī)器，以進(jìn)行物體2的進(jìn)一步處理。雖然在圖中計(jì)算機(jī)11表示為一個(gè)單獨(dú)的單元，但應(yīng)理解，它也可由機(jī)器人4的一個(gè)整體部分組成。在圖示的檢驗(yàn)裝置的實(shí)施例中，要檢驗(yàn)的物體2具有垂直通孔3和水平盲孔3’。 當(dāng)線性激光束10移動(dòng)通過(guò)通孔3時(shí)，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(guò)夾持物體和向上轉(zhuǎn)動(dòng)該物體的機(jī)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(dāng)物體2形狀簡(jiǎn)單時(shí)，例如它只有一個(gè)在該物體 到達(dá)掃描儀8時(shí)朝上的淺的盲孔時(shí)，不需要利用機(jī)器人4進(jìn)行物體2的這種再取向，為此， 不需要機(jī)器人4。為了在拍攝時(shí)理想地照亮物體2，如圖3所示，在組合的激光檢測(cè)器和2D相機(jī)17 中適當(dāng)?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(dāng)然 在需要時(shí)也可以使用其他實(shí)施例，例如發(fā)光兩極管的圓環(huán)(未示出)。在拍攝時(shí)，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(diǎn)可利用改變 物體2角度的機(jī)器人4達(dá)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(jìn)行檢驗(yàn)，然后在拍攝過(guò)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(dāng)?shù)匕惭b在掃描儀8上，在激光發(fā)射 器16的相對(duì)于組合的相機(jī)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(gè)照 明單元21和22的中間。通常，這個(gè)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(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)可應(yīng)用到每個(gè)地方，其中利用上述的3D掃描和2D拍 攝的結(jié)合，進(jìn)行物體、特別是生產(chǎn)的物體的檢驗(yàn)，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(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)方法，利用攝取2D照片的數(shù)碼相機(jī)(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(jī)(17)和給出3D掃描的激光三角測(cè)量單元(16，17)的掃描儀(8)，掃描要被檢驗(yàn)的物體(2)的至少一部分；b)在掃描過(guò)程中掃描儀(8)和物體(2)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)；c)利用掃描的結(jié)果生成代表被掃描部分的至少一個(gè)虛擬的3D照片；d)將所述至少一個(gè)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(jìn)行的，使得物體(2)的所有部分得以單獨(dú)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(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)包括平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)，以便 改變物體(2)相對(duì)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(dòng)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，物體(2)運(yùn)動(dòng)通過(guò)靜止不動(dòng)的掃 描儀⑶。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在掃描過(guò)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(gè)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(xiàng)所述的方法，其特征在于，可能的偏差在物體(2)的固定點(diǎn) 上確定。
9.一種用于計(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)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(jī)(17)；用于掃描要被檢驗(yàn)的物體 (2)的至少一部分的掃描儀(8)，該掃描儀(8)包括相機(jī)(17)和給出3D掃描的激光三角 測(cè)量單元(16，17)；在掃描過(guò)程中使掃描儀(8)和物體(2)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置(4)；與掃 描儀(8)連接的計(jì)算機(jī)(11)；該計(jì)算機(jī)(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(jì)算機(jī)(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(jìn)行比較的軟件，對(duì)該計(jì)算機(jī)(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(jī) (17)和激光三角測(cè)量單元(16，17)，以進(jìn)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(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)包括平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)。
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(dòng)。
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(dòng)由機(jī)器人(4) 執(zhí)行。
14.如權(quán)利要求9-13中任一項(xiàng)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(yùn)動(dòng)的。
15.如權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè)置至少一個(gè)燈(21，22)以在 掃描過(guò)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(gè)方向優(yōu)選交替地 照亮物體⑵。
全文摘要
為了計(jì)算機(jī)化檢驗(yàn)，以便在與參照物比較時(shí)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(jī)(17)和給出3D掃描的激光三角測(cè)量單元(16，17)的掃描儀(8)，為了改變物體(2)相對(duì)于掃描儀(8)的位置和/或取向，在掃描過(guò)程中，掃描儀(8)和物體(2)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)(11)與掃描儀連接，在該計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)參照物，例如從CAD圖得到的預(yù)先確定的虛擬物體。該計(jì)算機(jī)(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(jì)算機(jī)(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(jìn)行比較的軟件。對(duì)該計(jì)算機(jī)(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(hào)G01N21/89GK101815924SQ200880109841
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:比納股份公司