[發明專利]一種孔的光學成像和掃描裝置

在審

• 申請號: 202010371391.3
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111982010A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: S·可斯拉法尼
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/08;G01B11/30;G01B11/00;G02B26/12;G06T3/00;G06T5/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 張穎

本發明描述了一種孔的光學成像和掃描裝置，一種在由復合物或金屬材料制成的基板上機加工、鉆孔或以其他方式形成的孔的光學成像和掃描的方法和設備。該方法利用光學儀器成像和掃描孔，并結合圖像處理器，圖像處理器配置(例如，編程)為對圖像數據進行后處理，以生成一個完整的平面化圖像，而沒有錐形光學畸變。該光學儀器包括具有共焦照明的光學顯微鏡和軸向定位以產生具有錐形畸變的全360度子圖像的錐形鏡。在后處理步驟中，使用計算機可執行代碼形式的數學變換將原始錐形子圖像轉換為平面子圖像。平面化子圖像可以縫合在一起以形成孔的完整的平面化圖像。

技術領域

本發明一般涉及用于檢查工件或結構中機加工的孔的方法和裝置，尤其涉及用于檢查設計用于容納緊固件的孔的方法和裝置。

背景技術

輕質復合材料(如纖維增強的塑料材料)在針對商用和軍用飛機以及其他航空航天飛行器的航空航天工業以及其他工業中的應用越來越廣泛。使用這些復合材料的結構可以使用多層片或多層材料構成，這些材料可以被層壓在一起以形成高強度結構。將多層材料緊固在一起的至少一種方法是夾緊這些層，鉆孔，然后將某種類型的緊固件插入這些孔中，從而將這些層固定在一起。

在制造領域中，經常進行測量和檢查，以確保制造的零件符合設計規范。這包括檢查孔，如鉆孔，以確?？拙哂衅谕男螤詈团渲茫缰睆胶蛯R在工程公差內。確保生產零件符合設計規范是保持嚴格的生產標準的例如航空航天制造業等行業特別關注的問題。

為了確保鉆孔符合其設計規范，通常做法是由質量控制或質量保證檢查員檢查每個孔，或使用統計技術分析采樣的孔數。可通過將孔徑探頭(如基于電容的探頭、氣壓孔探頭、激光孔探頭或球形探頭)手動插入到孔中進行檢查，以檢驗其是符合設計規范還是與設計規范有偏差。由于標準顯微鏡沿光學軸線(與孔的Z軸相同)的視場非常窄，一種對復合材料或金屬孔進行光學成像的技術只能以相對于孔中心線(以下稱為“Z軸”)的偏移角獲取淺層圖像。這樣的光學成像也不能在一個焦平面上產生孔的完整的360度平面圖像。

提供一種能夠沿著結構中的孔內側的Z軸掃描以評估孔的狀況的裝置是有利的。

發明內容

下面詳細公開的主題涉及在由復合材料或金屬材料制成的基底中機加工、鉆孔或以其他方式形成的孔的光學成像和掃描的方法和設備。本文描述的方法利用光學儀器成像和掃描孔并結合圖像處理器，圖像處理器配置(例如，編程)為對圖像數據進行后處理以生成一個完整的平面化圖像，而不產生錐形光學失真。根據一些實施例，光學儀器包括具有共焦照明的光學顯微鏡和軸向定位為產生具有錐形失真的全360度子圖像的錐形鏡。在后處理步驟中，使用具有計算機可執行代碼形式的數學變換將原始圓錐子圖像轉換為平面子圖像。子圖像的平面化是使用圖像位的簡單數學變換來完成的。平面化的子圖像可以縫合在一起以形成孔的完整平面化圖像。

通過設計，顯微鏡使用透鏡和/或鏡子將光聚焦到圖像傳感器上，例如光電元件的焦平面陣列，其將入射光轉換為表示圖像的像素數據的電信號(以下稱為“光電探測器陣列”)。如本文所使用的，術語“光電探測器”是指能夠響應于光子入射在裝置的表面上而發射電子的裝置。該設備包括安裝在移動臺上的90度“錐形鏡”，移動臺在與孔的Z軸平行的方向上可移動，同時錐體的軸線與所述孔的Z軸同軸。然而，應當理解，也可以使用截頭的錐形鏡(即“截頭錐形鏡(frusto-conical mirror)”)。反射面為錐形或截頭錐形的鏡子在此將被稱為“錐形鏡”。

下面詳細公開的主題進一步涉及用于檢查待緊固的結構中的孔的自動高速方法和用于執行該檢查方法的計算機控制設備。根據各種實施例，該設備包括安裝在掃描橋上的多運動檢查頭、機械臂的末端或機器人履帶式車輛。多運動檢查頭包括上述光學儀器和機動化的多行程探針放置頭，其可操作以沿X、Y和Z軸移動光學儀器以實現多個順序的運動。光學儀器被附連到心軸，該心軸可旋轉地耦連到X軸(或Y軸)行程以繞Z軸旋轉。使用帶有反饋控制的智能伺服或步進電機將光學儀器移動到位，然后連續掃描每個孔的內部。根據一個實施例，該設備包括各種方向性機動行程，其按順序排列并被控制以用于檢查成排孔的所需的特定運動。