对外来材料、裂纹和其他表面异常的自动检查的制作方法

本申请涉及制造检查领域，更具体地涉及包括表面照明和成像子系统的检查系统。

背景技术：

用纤维板制造诸如飞行器和航空航天器、地面车辆等的交通工具的部件是众所周知的。可以在铺叠过程中组装包括多个复合层或复合片材的复合部分，所述复合层或复合片材预浸渍有未固化的树脂(即，预浸料)。在铺叠期间，堆叠若干(例如，20个、40个或更多)未固化的复合层，然后可以在“压实”过程期间使用真空装置除去可能被捕集在若干层中的每一层之间的空气。随后，树脂可以在烘箱或高压釜中被固化。

在铺叠过程中，纤维片材应当保持无缺陷，该缺陷诸如为外来材料(例如，袋装材料、胶带、编织材料等)的污染颗粒和裂纹、凹坑以及其它缺陷。如果这些缺陷在固化之后仍然存在，则这些缺陷会导致部件的分层、孔隙和起皱，这进而会导致部件的报废。

技术实现要素：

以下展示简化的发明内容，以便提供对本申请的一个或多个实施方式的一些方面的基本理解。该发明内容不是广泛的概述，也不旨在识别本申请的关键或重要元素，也不旨在描绘本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化形式展示一个或多个概念，作为稍后展示的详细描述的序言。

根据本申请的实施方式的用于检查工件的方法包括使用照明源将图案化的光输出到工件的第一区段上，其中工件的第一区段反射图案化的光，使用反馈相机对从工件的第一区段反射的图案化的光进行成像以生成第一输出，以及使用背景相机对未被照明源照射的工件的第二区段进行成像以生成第二输出。该方法还包括将第一输出与第二输出进行比较，并且通过基于第一输出与第二输出的比较改变图案化的光的强度、色调、饱和度和颜色中的一个或多个来改变由照明源输出的图案化的光，从而增加位于工件的第一区段中的一个或多个缺陷的对比度。

照明源可以包括至少一百万个有机发光二极管(oled)，并且改变由照明源输出的图案化的光可以包括单独控制每个oled的强度，并且每个oled可以被配置为输出至少1000勒克斯。该方法可以进一步包括将从反馈相机的第一输出获得的数据显示到显示器上以供操作者检查，并且还可以包括使用检查相机对从工件的第一区段反射的图案化的光进行成像以生成第三输出，将从检查相机的第三输出获得的数据发送到处理器，以及使用处理器分析从第三输出获得的数据以检测工件的第一区段中的一个或多个缺陷。在一种实施方式中，该方法可以进一步包括在比较期间检测工件上或工件内的一个或多个缺陷，使用控制器相对于一个或多个缺陷定位压力输送系统，以及激活压力输送系统以从工件移除一个或多个缺陷。压力输送系统的激活可以包括以下中的至少一个：激活鼓风机以输出空气流以移除一个或多个缺陷以及激活真空装置以对一个或多个缺陷施加真空力。

图案化的光的改变可以导致除了从一个或多个缺陷反射的光之外使从工件的第二区段反射的光均匀化。该方法还可以包括使用复合铺叠系统将工件的第一复合层沉积到工作表面上，其中工件的第一区段是飞行器子组装件的第一区段，并且工件的第二区段是工件的第二区段，对从飞行器子组装件的第一区段反射的图案化的光进行成像，将飞行器子组装件的第二复合层沉积到第一复合层上，使用照明源将图案化的光输出到第二复合层的第一区段上，其中第二复合层的第一区段反射图案化的光，并且使用反馈相机对从第二复合层的第一区段反射的图案化的光进行成像以生成第三输出。

在根据本申请的另一实施方式中，一种检查系统可以包括：照明源，其被配置为输出图案化的光并用图案化的光照射工件的第一区段；反馈相机，其被配置为对从工件的第一区段反射的来自照明源的图案化的光进行成像，并生成第一输出；背景相机，其被配置为对未被照明源照射的工件的第二区段成像，并生成第二输出；以及控制器，其耦合至照明源、反馈相机和背景相机，其中控制器被配置为通过基于第一输出与第二输出的比较改变图案化的光的强度、色调、饱和度和颜色中的一个或多个来改变由照明源输出的图案化的光，从而增加位于工件的第一区段中的一个或多个缺陷的对比度。照明源可以是包括至少一百万个有机发光二极管(oled)的oled显示器。控制器可以被配置为通过相对于光强度单独控制多个oled中的每个oled来改变由照明源输出的图案化的光。每个oled可以被配置为输出至少1000勒克斯的强度并且具有至少100流明/瓦的发光效率。

检查系统还可以包括用于显示从由反馈相机生成的第一输出获得的数据的视觉显示器，并且该视觉显示器可以被配置为显示由反馈相机成像的位于工件的第一区段中的一个或多个缺陷的图像以供操作者查看。检查系统还可以包括检查相机，该检查相机用于在由照明源照射期间对工件的第二区段进行成像，并向控制器提供第三输出。

在一种实施方式中，检查系统可以包括电耦合到控制器并由控制器控制的压力输送系统，其中该控制器被配置为使用来自检查相机的第三输出相对于在比较期间检测到的一个或多个缺陷来定位压力输送系统，并激活压力输送系统以从工件的表面移除一个或多个缺陷。压力输送系统可以包括鼓风机和真空装置中的至少一个，该鼓风机被配置为输出空气流以移除一个或多个缺陷，该真空装置被配置为向一个或多个缺陷施加真空力。照明源可以包括至少一百万个照明元件的阵列，这些照明元件可以是关于强度单独可控的，并且该控制器被配置为改变由照明源输出的光的强度、色调、饱和度、颜色和图案，使得除了工件表面上或表面内的一个或多个缺陷之外，反馈相机对关于强度、色调、饱和度和颜色是均匀的表面进行成像。

在另一种实施方式中，一种飞行器生产线可以包括复合铺叠系统和检查系统，该复合铺叠系统被配置为将复合材料飞行器子组装件的多个层沉积到工作表面上，该检查系统用于在沉积多个层期间检查复合飞行器子组装件。该检查系统可以包括：照明源，其被配置为输出图案化的光并用图案化的光照射工件的第一区段；反馈相机，其被配置为对从工件的第一区段反射的来自照明源的图案化的光进行成像，并生成第一输出；背景相机，其被配置为对未被照明源照射的工件的第二区段进行成像，并生成第二输出；以及控制器，其耦合至照明源、反馈相机和背景相机，其中该控制器被配置为通过基于第一输出与第二输出的比较改变图案化的光的强度、色调、饱和度和颜色中的一个或多个来改变由照明源输出的图案化的光，从而增加位于工件的第一区段中的一个或多个缺陷的对比度。

附图说明

包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本申请的一些实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。在图中：

图1是根据本申请的实施方式的检查系统的示意图。

图2是根据本申请的实施方式的具有有机发光二极管显示器的放大剖面的平面图。

图3描绘了在白光或其他光照下的工件的背景和缺陷的表象。

图4描绘了根据本申请当用图案化的光照射时图3的结构。

图5是根据本申请的实施方式的另一检查系统的示意图。

图6是根据本申请的实施方式的用于检查工件的方法的流程图或流程表。

图7是根据本申请的实施方式的功能框图。

应该注意的是，附图的一些细节已经被简化并且被绘制是为了方便本申请的理解，而不是保持严格的结构精度、细节和比例。

具体实施方式

现在将详细参考本申请的示例性实施方式，其示例在附图中示出。通常，遍及所有附图将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

在用多个复合层制造大型部件(诸如复合材料飞行器子组装件)期间消除缺陷对于降低成本是重要的。然而，例如由于复合材料或金属结构的表面颜色可能伪装或掩盖外来材料，该外来材料可能是与复合层本身相同的颜色和材料，从而难以检测外来材料和其他缺陷。一旦复合结构已经在高压釜中固化或被真空袋固化，这些外来材料可能导致在随后的视觉检查或无损检测期间拒绝大而昂贵的结构。目前，没有检查技术可以检测成品部件中的裂纹和污染，因此在制造过程期间检测裂纹和污染是至关重要的。

本申请的实施方式可以包括用于在复合部件和其他制品的制造期间检测缺陷的检查系统和方法。本文参考生产线来讨论检查系统，该生产线包括形成诸如层压飞行器部件的结构的铺叠过程，但是应当理解，该检查可以用于其他用途。在飞行器部件的形成期间，可以堆叠和处理多达40个或更多个用粘合剂树脂预先浸渍的碳复合层。

图1是描绘根据本申请的实施方式的检查系统100的示意图，检查系统100用于在铺叠过程期间检查诸如复合层压板的工件。铺叠过程使用复合铺叠系统102，该系统可用于将一个或多个层(诸如至少第一复合层104)放置到基座106(例如，诸如铺叠台的工作表面)上，并且将第二复合层108放置在第一复合层104上。可以理解的是，基座106可以是或包括一个或多个下衬结构，诸如第一复合层104位于其上的一个或多个其他复合层。在放置第一复合层104和第二复合层108期间，铺叠头110和复合层供应装置112可以以高达每分钟3000英寸的速度在基座106上移动，该速度可以被认为是相对高的制造速度。使用铺叠系统102形成部件在本领域中是公知的。

在铺叠过程期间，杂散复合纤维、装袋材料、编织材料、胶带和其他外来材料可能脱离并定位于复合层104、108之间。如果这些外来材料未被检测到并保留，则它们会引起完整结构的起皱、孔隙和/或分层，这进而可能导致完整结构的返工或报废。例如，由于复合层或金属结构的表面颜色可能伪装或掩盖外来材料，从而难以检测这些外来材料以及可能产生的裂纹。一旦复合结构已经在高压釜中固化或被真空袋固化，这些外来材料可能导致在随后的视觉检查或无损检测期间拒绝大的结构。

图1的检查系统100包括背景相机114、反馈相机116、配置成输出图案化的光120(即，图案化的光、光输出、图案化的光输出)的照明源118，以及显示器122，它们中的每个都与控制器124电耦合。检查系统100还可以包括处理器126(诸如一个或多个微处理器或处理系统)，所述处理器可以是如图所示的控制器124的一部分，或者可以是电耦合至控制器124的单独系统部件。

照明源118被配置为将图案化的光120输出到复合层之一(例如，如图1所示的第一复合层104)的第一区段130上。照明源118可以是oled阵列200或者包括具有多个有机发光二极管(oled)202(在图2的放大的剖面细节中描绘)的oled阵列200(图2)，或者是如本文所描述的另一种可配置的照明源。多个oled202中的每个oled可以被配置为输出至少1000勒克斯(lux)的强度，并且可以具有至少100流明每瓦(lm/w)或至少125lm/w或至少150lm/w的发光效率，以实现非常明亮的背景照明，这有助于辨别不同的颜色。照明源118被电耦合到控制器124和/或处理器126，并且可以由控制器124和/或处理器126控制。图案化的光120在以下各项中的一个或多个方面是可变的或可配置的：光强度、由照明源118输出的图案化的光的色调、图案化的光120的饱和度以及由照明源118输出的一种或多种颜色。

第一复合层104的第一区段130被来自照明源118的图案化的光120照射，而第一复合层104的第二区段132未被图案化的光120照射，但被另一照明源(诸如环境照明或专用光源)照射(简单起见未单独描述)。如图所示，反馈相机116被配置为对第一复合层104的第一区段130(即从第一区段130反射的图案化的光)进行成像。背景相机114被配置为例如在白光照射下对第一复合层104的第二区段132(即从第二区段132反射的光)进行成像。背景相机114和反馈相机116中的一个或多个可以包括电荷耦合器件(ccd)成像器、互补金属氧化物半导体(cmos)成像器或其他合适的成像器。背景相机114和反馈相机116中的一个或多个可以是高速摄像机。

如下所述，耦合到控制器124的显示器122显示反馈相机116的输出以供操作者查看。

如上所述，复合材料或金属结构的表面颜色可以伪装或掩盖复合材料表面上的外来材料。传统的检查系统通常无法可靠地检测这些外来材料，特别是当外来材料具有与复合层相同或相似的成分、颜色和纹理时。复合层可以具有提供深色背景的高碳含量，并且缺陷可以包括难以在暗碳背景上成像的暗碳纤维。

在本申请的实施方式中，图1中描绘的检查系统100的处理器126执行图像处理以及源自于反馈相机116的第一输出(例如，第一数据集)与源自于背景相机114的第二输出(第二数据集)的比较。然后，处理器126可以通过控制器124来修改由照明源118输出的图案化的光120。一旦根据由处理器126基于图像处理和比较确定的图案修改了图案化的光120，则来自反馈相机116的第一输出可以再次与来自背景相机114的第二输出相比较，用于修改由照明源118输出的图案化的光120。这一系列的比较或由此产生的由照明源输出的图案化的光的变化可以继续尝试匹配或伪装背景(即，抵消背景颜色；使从第一复合层的第一区段的背景反射的光均匀化)，以使得仅有(一种或多种)外来材料、(一种或多种)裂纹、(一种或多种)凹坑和/或其他表面异常或缺陷与由反馈相机116拍摄的图像内的背景不同。例如，可以通过控制器124调节图案化的光120的质量和特性，直到由反馈相机116成像的第一复合层104的背景特征变得充分消失，使得与背景相比任何缺陷都以高对比度成像。此外，可以在用图案化的光120照射之前拍摄第一复合层104的表面的第一图像，并且与在图案化的光120照射之后拍摄的第一复合层104的表面的第二图像进行比较和评估，用于确定图案化的光120的有效性，其可以被进一步调节以进一步将任何(一个或多个)表面缺陷与背景表面进行对比。一旦处理器126通过照明源118的反馈控制的过程确定已经达到最终状态或接近该最终状态，控制器124就可以在显示器122上显示图像以供操作者查看，然后操作者可以修正表面异常。该修正可以包括去除外来材料、重新定位第一复合层104、修复第一复合层104中的表面缺陷或其他缺陷，或者其他修正。

该技术至少部分地通过反馈控制来实现，该反馈控制可以从可由照明源118输出到第一复合层104的第一区段130上的超过一百万种颜色、可变色调、可变饱和度和可变图案中单独选择。当背景被诸如白光的光照射时，至少部分地通过由背景相机得到的第二输出进一步实现减去背景的合适的图案化的光120。由背景相机114成像的背景可以由处理器126分析，然后处理器126改变图案化的光120以便在第一区段130中使背景的反射率均匀化和/或伪装背景。通过使反射率均匀化和/或伪装第一区段130的背景，异常和/或缺陷(诸如外来材料、裂纹、凹坑等)的对比度增加，从而提高了对这些异常和/或缺陷的检测。照明源118可以同时每秒产生数百万色度的颜色，同时改变可以由处理器126选择的色调、饱和度、强度和图案，从而调整观看环境以增强检测缺陷的能力。图案化的光120相对于颜色、强度、色调和饱和度中的一个或多个的调节有助于区分背景的固有图案和在白光下可被伪装的异常。

图3表示工件的一部分(诸如第一复合层104)的背景302的第一视图300，其可以在白光照射下由相机成像。该工件包括由背景302伪装的缺陷304，并且该缺陷304难以在视觉上或通过传统的图像处理来检测。图4表示相同背景302的第二视图400，其可以在执行如上所述的照明源118的反馈控制之后在图案化的光120下由反馈相机116成像。在图4中，从背景302反射的光被均匀化并且缺陷304相对于背景302的对比度增加，并且在执行反馈控制之后相比在图3的白光或环境光照射下更容易在图案化的光120下检测到缺陷。

与诸如“伪装破坏”之类的技术相反，本公开不涉及或依赖于偏振来增强缺陷检测。相反，本申请可以包括均匀化背景反射率，使得来自背景的反射率相对于图案和反射光强度变得均匀，从而伪装背景并增强对比度和缺陷检测。检查系统100使用由背景相机114在第二区段132处成像的背景来估计第一区段130处的背景，并且改变图案化的光120以进一步改善第一区段130处的背景的伪装。施加到图案化的光120的光效果或光图案由此通过引入从显示图像中减去背景的光机制来伪装第一区段130处的背景。换句话说，图案化的光120被调整、控制和/或改变，使得从第一复合层104的第一区段130反射的光在图案、色调、饱和度、颜色和强度中的一个或多个方面在整个图像上是均匀的或一致的。实际上，创建了新的均匀或伪装背景，其在使用反馈相机116成像时显示表面异常。例如，虽然在白光照射下图3的背景302伪装缺陷304，但在反馈控制之后在图案化的光120的照射下，图4的背景302突出显示缺陷304并且易于检测缺陷304。

如上所述，图1的检查系统100包括显示器122，该显示器显示来自反馈相机116的输出，操作者可以查看该输出。如果检测到表面异常，则操作者可以使用上述方法之一或不同的方法来修正异常。图5描绘了另一检查系统500，其包括表面异常的自动修正。应注意，类似于参考图1描绘和描述的那些特征或检查系统子结构被类似地编号，并且为简单起见未在图5中详细描述。

检查系统500包括电耦合到控制器124和处理器126的检查相机502。检查相机502对第一复合层104的第一区段130进行成像，并将第三输出(例如，第三数据集)输出到处理器126。处理器126分析来自反馈相机116和背景相机114的数据以检测缺陷。在检测到工件104上或工件104内的缺陷304(图4)时，处理器126使用检查相机502来控制压力输送系统504的移动以相对于缺陷定位压力输送系统504(例如，压力输送系统的喷嘴506)。压力输送系统可以是或包括：向缺陷输出气流的鼓风机，向缺陷施加真空力的真空装置，或者可被单独地和选择性地激活或接合的鼓风机和真空装置两者。一旦使用控制器124和检查相机502通过处理器126相对于缺陷正确地定位喷嘴506，控制器124就激活或接合压力输送系统以试图从工件104移除缺陷。

一种用于检查工件的方法600在图6的流程表或流程图中被示出。方法600可以通过操作或使用如上所述的附图中描绘的一个或多个结构来进行，并且因此参考图1-图5进行描述；然而，应当理解的是，除非本文明确说明，否则方法600不限于任何特定结构或用途。将进一步理解的是，虽然方法600被描述为一系列动作或事件，但是本申请不受这种动作或事件的排序的限制。一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文描述的那些之外的其他动作或事件同时发生。此外，根据本申请的方法可以包括为简单起见未描绘的其他动作或事件，同时可以移除或修改其他描绘的动作或事件。

用于检查工件的方法可以通过如在602处将图案化的光120输出到工件104的第一区段130上开始。可以使用诸如oled阵列200的照明源118或另一个照明源118输出图案化的光120。然后对从工件104的第一区段130反射的图案化的光120进行成像以生成第一输出，如604处所示，例如，使用反馈相机116产生第一输出。如606处所示，未被图案化的光120照射的工件104的第二区段132被成像以生成第二输出，例如，使用背景相机114来产生第二输出。如608处所示，使用例如图案分析将第一输出与第二输出进行比较。如果在610处确定图案化的光不足以伪装工件背景，如612处所示，则例如使用处理器126和控制器124改变图案化的光120，并且将改变的图案化的光120输出到工件104的第一区段130上，如602处所示，其中根据图6的流程图继续该过程(例如，反馈控制过程)。如果在610处确定图案化的光120足以伪装工件背景，则如614处所示，检查或分析第一输出以确定第一区段130中是否存在缺陷。例如，根据图1可以在显示器122上显示第一输出以供操作者进行查看，或者根据图5处理器126可以执行对可用数据的分析。如616处所示，如果第一输出指示存在缺陷，则例如由操作者或使用检查相机502和压力输送系统504来修正缺陷。

可以设想，检查系统的每个部件或子系统可以根据检查系统的设计以各种配置电连接和通信地互连。图7是描绘根据本申请的实施方式的检查系统700的示例性功能框图。对于一些实施方式而言可选的元素以虚线描绘，但是未以虚线描绘的其他项目对于一些其他实施方式也可以是可选的。此外，检查系统700可以包括其他结构，为简单起见，未示出或描述这些结构。

检查系统700包括控制器702和处理器704，处理器704可以是控制器702的一部分或与控制器702分开。如图所示，检查相机706、背景相机708和反馈相机710各自将图像数据提供给处理器704用于分析，其被用于控制照明源712、显示器714和压力输送器716。检查系统700可被用于执行如上所述的工件检查以用于其他用途。

尽管阐述本申请的宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体示例中列出的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含必然由其各自的测试测量中发现的标准偏差引起的某些误差。此外，本文公开的所有范围应理解为包括其中包含的任何和所有子范围。例如，“小于10”的范围可以包括最小值0和最大值10之间(并包括0和10)的任何和所有子范围，即，具有等于或大于零的最小值且等于或小于10的最大值(例如1至5)的任何和所有子范围。在某些情况下，表示参数的数值可以取负值。在这种情况下，表示为“小于10”的范围的示例值可以假设为负值，例如，-1、-2、-3、-10、-20、-30等。

虽然已经关于一个或多个实施方式说明了本申请，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对所示示例进行改变和/或修改。例如，应该理解的是，虽然过程被描述为一系列动作或事件，但是本申请不受这些动作或事件的排序的限制。一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文描述的那些动作之外的其他动作或事件同时发生。而且，根据本申请的一个或多个方面或实施方式，可能不需要所有过程阶段来实现方法。应该理解的是，可以添加结构部件和/或处理阶段，或者可以移除或修改现有的结构部件和/或处理阶段。此外，本文描绘的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。此外，就具体实施方式和权利要求中使用的术语“包括”、“具有”或其变体而言，这类术语旨在以类似于术语“包含”的方式是包容性的。术语“至少一个”用于表示可以选择列出的项目中的一个或多个。如本文所使用的，关于项目列表(诸如，例如a和b)的术语“一个或多个”是指单独的a、单独的b、或者a和b。此外，在本文的讨论和权利要求中，关于两种材料使用的术语“在......上”，“一种在另一种上”意味着材料之间至少有一些接触，而“在......上方”意味着材料是接近的，但可能有一种或多种附加的中间材料，从而接触是可能的，但不是必需的。如本文所用，“在......上”或“在......上方”都不暗示任何方向性。术语“保形/共形(conformal)”描述了一种涂层材料，其中下面的材料的角度由保形/共形材料保留。术语“约”表示列出的值可以稍微改变，只要这种改变不会导致过程或结构与所示实施方式的不一致即可。最后，“示例性”表示该描述用作示例，而不是暗示它是理想的。考虑到本文公开的说明书和实践，本申请的其他实施方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被视为示例性的，本申请的真实范围和精神由所附权利要求指示。

本申请中使用的相对位置的术语是基于平行于工件的传统平面或工作表面的平面来定义的，而忽略工件的取向。本申请中使用的术语“水平”或“横向”被定义为平行于工件的常规平面或工作表面的平面，而忽略工件的取向。术语“垂直”是指垂直于水平方向的方向。诸如“上”、“侧”(如“侧壁”)、“更高”、“更低”、“上面”、“顶部”和“下面”之类的术语是相对于工件的顶面上的常规平面或工作表面定义的，而忽略工件的取向。