[发明专利]用于把超声数据映射到CAD空间的视觉系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于测量复合材料的非破坏性技术的领域。具体地说，本发明涉及将位置数据与超声数据相关联的方法和系统。

背景技术

近些年，复合材料的使用在航空和其他商业行业慢慢增加。复合材料在性能方面提供明显改进，然而，它们很难制造，因而在制造期间需要严格的质量控制过程。已经研发出非破坏性估计(“NDE”)技术作为用于识别复合结构的缺陷，诸如像杂物、脱层和孔隙的检测的方法。传统NDE方法典型上来说慢、费力并且成本高。因此，测试过程不利地增加了与复合结构有关的制造成本。

对于具有不规则表面的部件，测量数据优选地与位置数据相关联。对于这些部件，确定该部件的形状是将测量与部件上的位置相关联的关键。现有技术中用于扫描具有不规则形状的复合部件的方法要求正被扫描的部件定位在桌子上并且固定在已知位置，从而为扫描提供开始参考点。对于大型和/或不规则形状的对象，要求定位部件的桌子或其他装置昂贵并且经常仅专用于一个部件。

根据现有技术的方法，扫描复杂形状的部件要求从几个不同姿态或视角进行多次扫描。然而，这些方法具有若干缺点。在对部件进行多次扫描时，存在部件上相邻位置的环境的损失。这会使得很难确定是否已经跨过复杂形状过扫描或者欠扫描，或者在扫描由两个或多个部件组成的对象时跨过相邻部件过扫描或欠扫描该部件。另外，现有技术造成激光超声数据在部件上的不良定位。因此，需要一种提供与正被扫描的部件上的位置相关联的复合材料的激光超声数据的方法和设备。

发明内容

提供了一种用于确定对象的形状的非接触方法和设备以及一种将用于对象的激光超声测量关联的方法。

在本发明的一个方面，提供了一种将物品的激光超声数据与位置数据相关联的方法。该方法包括步骤：(a)定位物品用于激光超声估计；(b)用结构化的光系统测量物品的尺度；(c)检测物品的表面上的超声表面移位；(d)将物品的尺度和超声表面移位相关联；(e)将物品的尺度与已知数据集进行比较；(f)处理超声表面移位；以及(g)将已知数据集与经过处理的超声表面移位相关联。在某些优选实施例中，物品是复合材料。

在某些实施例中，用于测量物品的尺度的步骤包括提供结构化的光设备，包括至少一个摄像机、激光束产生组件和用于移动该设备的装置。把光束投射到物品的表面上。操作摄像机来接收光束正被投射到物品的表面上的图像。随后把该设备移动到下一个位置并且再次扫描直到测量完物品的整个表面为止。

在某些实施例中，用于在物品的表面检测超声表面移位的步骤包括：在物品的表面产生超声移位；产生检测激光束；引导物品表面上的检测激光束；用物品的超声表面移位散射检测激光束以生成相位调制光；处理相位调制光以获得与表面上的超声表面移位有关的数据；以及收集数据以提供有关物品的结构的信息。

在另一方面，提供了一种估计使用中的航空器部件的方法。该方法包括用结构化的光系统扫描同样制造的航空器部件以获得物品三维信息的步骤。把激光束引导到同样制造的航空器部件的表面以产生随后被检测的超声表面移位。将同样制造的航空器部件的三维信息与超声表面移位相关联。将同样制造的航空器部件的三维信息与已知数据集进行比较。处理超声表面移位数据并且与已知数据集相关联从而为同样制作的航空器部件的超声表面移位数据提供坐标测量。随后把同样制造的航空器部件的三维信息和超声表面移位数据存储在计算机存储器等中。将同样制造的航空器部件安装到航空器上。在稍后的某时刻，用结构化的光系统扫描安装的航空器部件以获得三维信息。把激光束引导到安装的航空器部件的表面以产生超声表面移位。随后检测超声表面移位。将安装的航空器部件的三维信息与超声表面移位相关联。处理超声表面移位数据并且与已知数据集相关联从而为超声表面移位数据提供坐标测量。将安装的航空器部件的三维信息与经过处理的超声表面移位数据与同样制造的航空器部件的三维信息与经过处理的超声表面移位数据进行比较。

在另一方面，提供了一种用于将三维对象的激光超声测量和位置数据相关联的设备。该设备包括铰接的机械臂，包括：结构化的光系统和激光超声系统。结构化的光系统包括光源和光检测装置。激光超声系统包括在物品的表面上产生超声振动的激光器、用于检测超声振动的装置以及用于收集所检测的信号的装置。该设备还包括中央处理单元和移动控制系统，其中结构化的光系统通过平板和倾斜(pan and tilt)单元耦接到铰接的机械臂。

附图说明

图1是用于提供对物品的激光超声测量和三维测量的设备的示例性实施例的示意图。

图2提供了根据本发明的一个实施例的逻辑流程图。