DE102020201884B4

DE102020201884B4 - Verfahren von detektieren richtiger orientierung von materialapplikation

Info

Publication number: DE102020201884B4
Application number: DE102020201884.7A
Authority: DE
Inventors: Kurt D. Rueb
Original assignee: Virtek Vision International ULC
Current assignee: Virtek Vision International Inc Waterloo Ca
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2040-02-15
Also published as: DE102020201884A1; CN111578908A

Abstract

Ein Verfahren zum Verifizieren von einer Platzierung eines Stücks auf einer Arbeitsoberfläche, aufweisend die Schritte von:Bereitstellen einer Steuerungseinheit;Bereitstellen eines Bildgebungsgeräts und eines Beleuchtungssystems; das Beleuchtungssystem projiziert Markierungen auf eine Arbeitsoberfläche zum Anzeigen eines Ortes zur Platzierung eines Stücks auf der Arbeitsoberfläche;Bereitstellen eines Indikators an das Stück, wobei der Indikator Lichtemission umfasst, die bei Beleuchtung fluoreszierende Wellenlängen anzeigt, und dadurch Unterscheiden des Stücks von der Arbeitsoberfläche;Platzieren des Stücks auf der Arbeitsoberfläche an dem Ort, der durch die Lasermarkierungen angezeigt wird;das Beleuchtungssystem beleuchtet das Stück und zeigt einen sichtbaren Kontrast zwischen dem Stück und der Arbeitsoberfläche auf, der es dem Bildgebungsgerät ermöglicht, das Stück von der Arbeitsoberfläche zu unterscheiden; unddas Bildgebungsgerät signalisiert der Steuerungseinheit einen Ort des Stücks, damit die Steuerungseinheit eine akkurate Platzierung des Stücks verifizieren kann.

Description

VORHERIGE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US-amerikanischen provisorischen Patentanmeldung Nummer 62/806,296 , die am 15. Februar 2019 eingereicht wurde, der US-amerikanischen Patentanmeldung Nummer 16/376,463 , die am 05. April 2019 eingereicht und unter US 2019/0310196 A1 offengelegt wurde, und die Priorität der US-amerikanischen provisorischen Patentanmeldung Nummer 62/653,890 , die am 06. April 2018 eingereicht wurde, beansprucht, und der US-amerikanischen Patentanmeldung Nummer 16/536,771 , die am 9. August 2019 eingereicht und unter US 2020/0050812 A1 offengelegt wurde, und die Priorität der US-amerikanischen provisorischen Patentanmeldung Nummer 62/717,431 , die am 10. August 2018 eingereicht wurde, beansprucht. Die Inhalte jeder dieser Anmeldungen sind hierin gänzlich durch Referenz aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf ein verbessertes Verfahren zum Verifizieren richtiger Orientierung und Position von einer Applikation auf einer Arbeitsoberfläche. Spezieller bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf ein Verfahren zum Einbringen eines Indikators, der fluoreszierende Eigenschaften umfasst, in die Applikation, was ein verbessertes Verfahren zum Identifizieren einer Orientierung der Applikation auf der Arbeitsoberfläche bereitstellt.
HINTERGRUND
Während bestimmter Herstellungsprozesse besteht ein Bedarf zum Verifizieren richtiger Platzierung von einem Stück, einer Applikation oder einer Komponente auf einer Arbeitsoberfläche. In einigen Prozessen kann die Arbeitsoberfläche ein Montagedorn sein, auf dem eine mehrlagige Anordnung stattfindet. Alternativ kann die Arbeitsoberfläche eine Komponente von einer Anordnung sein, auf der zusätzliche Stücke platziert oder angepasst werden. In diesem Beispiel können physische Markierungen, wie beispielsweise Masken, auf der Arbeitsoberfläche der Komponente platziert werden, um zu lokalisieren, wo das Stück platziert werden soll oder wo zusätzliche Arbeit, wie beispielweise Präzisionsanstreichen, auf der Komponente durchzuführen ist.
Weitreichende Verbesserungen in der Herstellungseffizienz konnten erreicht werden Projizieren einer Lasermarkierung oder Vorlage 113 auf eine Arbeitsoberfläche. Die Projektionen stellen einem Benutzer eine präzise Lokalisierung darüber bereit, wo ein Stück, eine Maske oder Applikation platziert werden soll oder wo zusätzliche Arbeit durchzuführen ist. Wie hierin verwendet sind die Begriffe Stück, Maske und Applikation austauschbar und sollen diese Gegenstände in irgendeiner Weise an einer Arbeitsoberfläche fixiert umfassen. Weitere Verbesserungen dieser Projektionen wurden erreicht durch kombinierte Verwendung von Photogrammetrie und Laserprojektion zum akkuraten Projizieren der Markierung oder Vorlage 113. Ein solches Beispiel ist offenbart im US-amerikanischen Patent Nummer 9,200,899 , dessen Inhalte hierin durch Referenz gänzlich aufgenommen sind. Jedoch ist häufig eine zusätzliche Validierung der Genauigkeit der Platzierung notwendig, um zu verifizieren, dass der Benutzer das Stück oder die Applikation adäquat lokalisiert hat. Benutzerverifikation ist zweitaufwendig und anfällig für menschliche Fehler. Maschinelle visuelle Verifikation hat sich als ineffektiv herausgestellt, insbesondere wenn ein Prozess zur mehrlagigen Anordnung durchgeführt wird. Fehlender Kontrast zwischen Lagen hat die Unterscheidung einer Lage von der nächsten als schwierig herausgestellt für derzeit verfügbare Bildgebungsgerät. Weitere Ansatzpunkte zur Verwendung von Laserprojektoren zum Verifizieren von Platzierung hat sich als schwer fassbar herausgestellt wegen des Lasergrautons, der die Bildqualität verschwimmen lassen kann, besonders über große Entfernungen. Dokument WO 2013/085389 A1 beschreibt ein Beispiel für ein System und ein Verfahren zur Steuerung von Überlagerungsprojektionen. Hierzu wird ein Wafer einer Bestrahlung einer Lichtquelle ausgesetzt, wobei eine Ausrichtungsmarkierung, die ein strukturiertes Material aufweist, das eine fluoreszierende, frequenzverschobene Antwort auf Bestrahlung zeigt, verwendet wird und das Licht bei der Bestrahlung durch eine Markierungsabtastungsstruktur geleitet wird.
Weitere Beispiele für Projektionsanordnungen ergeben sich aus den Dokumenten DE 34 16 819 C2 , KR 101993000900 B1 , US 2006/071208 A1 , DE 100 51 834 A1 , DE 699 37 850 T2 , EP 3 581 881 A1 , DE 10 2004 016 422 A1 , AT 010 237 U1 , DE 10 2012 200 893 A1 und US 2012/021140 A1 .
Deshalb besteht ein Bedarf für Verbesserung der Fähigkeit von maschinenbasierter Verifikation von akkurater Platzierung von einem Stück, einer Komponente oder Markierungen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Verifizieren von Platzierung eines Stücks auf einer Arbeitsoberfläche ist offenbart. Wie hierin verwendet umfasst Stück eine Lage, eine Komponente und physische Masken oder Markierungen. Eine Steuerungseinheit wird programmiert mit rechnergestützter Konstruktions- (im Folgenden „CAD“ für computer aided design) Daten mit Anordnungssequenz und Ort. Die Steuerungseinheit ist elektronisch verbunden mit einem Bildgebungsgerät und einem Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem beinhaltet eines oder beide von einem Laserprojektor, einer Lichtemittierenden Diode (LED) und Äquivalente. Das Beleuchtungssystem oder der Laserprojektor projiziert Markierungen auf eine Arbeitsoberfläche zum Anzeigen eines Orts für Platzierung eines Stücks auf der Arbeitsoberfläche. Ein Indikator wird appliziert auf das Stück, wobei der Indikator Lichtemission umfasst, die bei Beleuchtung fluoreszierende Wellenlängen anzeigt. Das Stück wird platziert auf der Arbeitsoberfläche an einem Ort, der angezeigt wird durch die Lasermarkierungen. Das Beleuchtungssystem beleuchtet das Stück, um einen sichtbaren Kontrast zwischen dem Stück und der Arbeitsoberfläche darzustellen und so dem Bildgebungsgerät zu ermöglichen das Stück von der Arbeitsoberfläche zu unterscheiden. Das Bildgebungsgerät signalisiert der Steuerungseinheit einen Ort des Stücks, damit die Steuerungseinheit eine akkurate Platzierung des Stücks verifizieren kann durch Vergleichen der Platzierung des Stücks mit den CAD Daten.
Der Indikator ermöglicht dem Bildgebungsgerät eine Kante 31 und eine Konfiguration von dem Stück von der Hintergrundoberfläche oder Arbeitsoberfläche zu unterscheiden. Die Fluoreszenz des Indikators wird detektiert mit einem hohen Genauigkeitsgrad wegen des Kontrasts zwischen der Fluoreszenz des Indikators und der Hintergrundoberfläche. Das Bildgebungsgerät signalisiert der Steuerungseinheit mit Genauigkeit die Kanten- 31 Form des Stücks, so dass die Steuerungseinheit einen Vergleich mit den CAD Daten vornehmen kann. Der schnelle und sehr genaue Vergleich beseitigt die Notwendigkeit, dass ein Benutzer versucht eine akkurate Platzierung des Stücks auf der Arbeitsoberfläche visuell zu validieren.
Figurenliste
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erkannt werden, wenn die Erfindung besser verstanden wird durch Referenz auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen, wobei:

1 zeigt eine Zusammenstellung von Umgebungslicht gegenübergestellt mit reflektiertem und emittierten Licht von einem fluoreszierenden Material;
2 zeigt einen Vergleich von Beleuchtung von fluoreszierendem Material durch Vergleichen von einer Beleuchtungszusammenstellen von Umgebungslicht mit hinzugefügter Laserbeleuchtung zu reflektiertem und emittierten Licht von einem fluoreszierenden Material;
3 zeigt einen Vergleich von Beleuchtung von fluoreszierendem Material, wobei ein Beitrag von Umgebungslichtbeleuchtung entfernt wurde;
4 zeigt eine erste Ausführungsform eines Beleuchtungssystems;
5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Beleuchtungssystems und einen Laserprojektor und ein Photogrammetriesystem;
6A zeigt eine dritte Ausführungsform mit einem Laserprojektor und Photogrammetriesystem; und 6B zeigt eine vierte Ausführungsform einschließlich eines Lasersensors angepasst für Messen von Fluoreszenz;
7 zeigt eine Querschnittsansicht von einem Lagenstück, das Überzugspapier und Abdeckpapier besitzt;
8A zeigt einen Applikationsprozess von einem Lagenstück mit Abdeckpapier, der geleitet wird durch eine Laservorlage;
8B zeigt einen Applikationsprozess von einer Maskierung, der geleitet wird durch eine Laservorlage; und
9 zeigt eine applizierte Applikation mit ausgerichteten Fasern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung überwindet existierende Verfahren zur Validierung akkurater Anordnung durch Exzitation eines Fluoreszenzfarbstoffs oder eines Äquivalents, das einer Anordnungskomponente, wie beispielsweise aber nicht beschränkt auf Lagen, Abdeckklebeband, mechanischer Markierungen und ähnlichen, hinzugefügt wurde. Anders als herkömmliche farbige Materialien, die bestimmte Anteile von Umgebungslicht absorbieren, absorbiert Fluoreszenzmaterial Licht und emittiert Strahlung bei einer Wellenlänge, die verschieden ist von der Wellenlänge des Beleuchtungslichts. Beispielweise wie am besten in 1 dargestellt ist, absorbiert oranges Fluoreszenzmaterial Umgebungslicht bei einer Wellenlänge von weniger als 575 nm und re-emittiert Fluoreszenz bei längeren Wellenlängen mit einer Spitzenfluoreszenz bei ungefähr 606 nm. Die Spitzenfluoreszenz bei 606 nm ermöglicht die Fähigkeit fluoreszierende Objekte besser von nicht-fluoreszierenden Objekten unterscheiden zu können.
Zusätzliche unterscheidende Vorteile werden erreicht, wenn das Fluoreszenzmaterial beleuchtet wird durch eine Beleuchtungsquelle, die eine Wellenlänge besitzt, die außerhalb des Fluoreszenzwellenlängenbands liegt. Beispielsweise Beleuchten von Fluoreszenzmaterial wie beispielsweise orangem Fluoreszenzmaterial mit einem Laser oder einer anderen Lichtquelle, die im grünen Spektrum projiziert oder einer Lichtemittierenden Diode (LED), die im nicht-orangenen Spektrum beleuchtet, stellt substantielle Vorteile bereit. Beleuchtung von Fluoreszenzmaterial unter Verwendung einer Beleuchtungsquelle, die Licht außerhalb des Fluoreszenzbands des Fluoreszenzmaterials erzeugt, stellt die Fähigkeit bereit das beleuchtende Licht von der Fluoreszenz des Fluoreszenzmaterials zu trennen. Wie dargestellt in 2 stellt ein grüner Laser (oder eine grüne LED Quelle), die verwendet wird zum beleuchten von orangem Fluoreszenzmaterial, eine Emissionsantwort bereit, die deutlich verschieden ist. Der grüne Laser stellt einen Spitzenwert bei etwa 535 nm bereit, während die orange Fluoreszenz bei Beleuchtung mit einer grünen Quelle ihren Spitzenwert bei etwa 606 nm erreicht. Eine Spitzenfluoreszenz bei 606 nm stellt bevorzugte unterscheidende Charakteristiken bereit, die eine verbesserte Sensordetektion von beispielsweise einer Kante 31 von einem Lagenstück oder Klebeband ermöglichen durch Unterscheiden des Licht, das reflektiert wird von den nicht-fluoreszierenden Materialien und von der Fluoreszenz von der Lage oder Klebeband.
Weitere Genauigkeit bei der Detektion von Kontaminationen wird erreicht durch Filtern von Umgebungsbeleuchtung. Beim Abziehen von Umgebungsbeleuchtung wird die Fluoreszenz des Fluoreszenzmaterials noch weiter deutlich. In dieser Weise können selbst sehr kleine Stücke oder Kontaminationspartikel, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt wurden, zuverlässig detektiert werden. Wie am besten dargestellt in 3 stellt eine Entfernung von Umgebungslicht eine substantiell klarere Trennung zwischen der Exzitationslichtquelle (grüner Laser oder LED) und entsprechender Antwortfluoreszenz bereit als zuvor für möglich gehalten wurde. Deshalb kann maschinenbasierte Validierung der Genauigkeit von Anordnungsprozessen nun eine schnelle Analyse der Genauigkeit einer Platzierung von einer Lage, Stück, Klebeband oder ähnlichem bei Erreichen von akkuraten Ergebnissen bereitstellen.
Mit Bezug zu 4 ist eine erste Ausführungsform der Detektionsanordnung der vorliegenden Erfindung allgemein bei 10 gezeigt. Die Anordnung 10 umfasst eine Kamera 12 mit einer Linse 14 und einem Verschluss 16. Der Lichtsensor 15 ist enthalten in der Kamera 12. In einer Ausführungsform ist der Sensor 15 ein CMOS Sensor. In einer alternativen Ausführungsform ist der Sensor 15 ein CCD Sensor. Andere Typen von Sensoren 15 befinden sich ebenso innerhalb des Umfangs dieser Erfindung. Das Beleuchtungssystem 18 beleuchtet eine Arbeitsoberfläche 20 eines Werkstücks 21. In einer Ausführungsform ist das Werkstück 20 ein Verbundstoff aus einer Laminierung. In alternativen Ausführungsformen ist das Werkstück irgendein Gerät mit einem Bedarf für akkurate Platzierung eines Stücks, einer Maske, einer Lage und dergleichen, die über die gesamte Beschreibung der vorliegenden Erfindung alle als Elementnummer 22 bezeichnet werden. Mehrere Beleuchtungsquellen können verwendet werden, um das Fluoreszenzmaterial anzuregen.
In einer Ausführungsform fungiert ein Laserprojektor 112 (5) zum Beleuchten des Stücks 22 mit einer anderen Exzitationswellenlänge als die Emissionswellenlänge des Fluoreszenzfarbstoffs, der zum Markieren des Stücks 22 verwendet wird. Während ein laserbasiertes Beleuchtungssystem 18 weiter unten im Detail diskutiert wird, sollte verstanden werden, dass die Erfindung der vorliegenden Anmeldung alternative Beleuchtungsquellen umfasst, einschließlich aber nicht beschränkt auf LED-Beleuchtung und sogar Kombinationen von Beleuchtungsquellen. Validierungsgenauigkeit der Platzierung wird signifikant verbessert, wenn die Beleuchtung durch das Beleuchtungssystem 18 außerhalb der Wellenlänge des Fluoreszenzspektrums stattfindet.
Die Beleuchtungsquelle 18 ist elektronisch verbunden mit der Kamera 12, entweder direkt oder mittels Computer 24. Die Kameralinse 14, der Verschluss 16 und die Bildaufnahme sind synchronisiert mit dem Beleuchtungssystem 18, um Aufnahme von Bildern zu verschachteln. Verschachtelte Bildaufnahme von Bildern mit und ohne Exzitation des Fluoreszenzmaterials 22 durch das Beleuchtungssystem erlaubt dem Computer 24 jede Exzitation des Fluoreszenzmaterials 22 durch Umgebungslicht abzuziehen. Dies ermöglicht die Isolation von Exzitation des Fluoreszenzmaterials 22 durch das Beleuchtungssystem 18. In einer Ausführungsform wird Verschachteln durchgeführt bei einer Rate, die nicht wahrnehmbar ist für einen Benutzer. Deshalb tritt Bildaufnahme bei dergleichen Rate auf wie Beleuchtungsimpulse oder Blitze durch die Beleuchtungsquelle 18, die in dieser Ausführungsform als Lichtemittierende Dioden- (LED) Blitz oder Impuls ausgeführt ist. Weiter werden mehrere Emissionssignale (Fluoreszenz) von mehreren Bildaufnahmen gemittelt, um die Sensitivität und Zuverlässigkeit von Kontaminationsdetektion zu verbessern.
In einer Ausführungsform umfasst die Kamera 12 einen „rollenden“ Verschluss 16, der eine Beleuchtungsstroboskoprate besitzt, die ein Bruchteil einer Bildaufnahmerate durch den Sensor 15 ist, um Beleuchtungsbänder innerhalb des aufgenommenen Bildes zu erzeugen. Durch Verwendung eines reduzierten Auslastungsgrads der Stroboskopbeleuchtung durch das Beleuchtungssystem 18 ist die Leistung der Stroboskopbeleuchtung sehr viel größer als die Helligkeit der Beleuchtung, die von dem Benutzer wahrgenommen wird. Deshalb wenn die Beleuchtung bei einer sehr viel höheren Rate als die gesamte Bildaufnahme auftritt, tritt die Beleuchtung in „Bändern“ auf, wenn der Bildgebungsstroboskopblitz aktiviert wird. Während des Moments, in dem der Stroboskopblitz auftritt, ist die Beleuchtung substantiell verglichen mit Umgebungsbeleuchtung, während lediglich die durchschnittliche Beleuchtungsleistung aufgenommen wird, so dass die Beleuchtung nicht exzessiv hell erscheint. Dieses Phänomen ist insbesondere wahr, wenn die Beleuchtungsbänder lediglich eine Hälfte oder ein Viertel der gesamten Bildaufnahmeperiode umfassen. Diese Strategie verbessert den Sichtkomfort des Benutzers, ohne eine Reduktion der Detektionssensitivität durch den Sensor 15 und die Kamera 12 darzustellen.
Wie zuvor beschrieben ist es wünschenswert Fluoreszenzemission von Beleuchtung zu isolieren. Um die Isolation zu unterstützen, stellt eine zusätzliche Ausführungsform eine monochromatische Kamera (oder eine Vielzahl von Kameras) bereit, die optische Filter verwendet zur Isolation der Wellenlänge bei der Exzitationsenergie von der emittierten Fluoreszenz von dem Fluoreszenzmaterial in der gewählten Fluoreszenzemissionswellenlänge. In einer alternativen Ausführungsform stellt Auswählen kompatibler Wellenlängen die Fähigkeit bereit ein Filtergitter einer Standardfarbenkamera zu verwenden, um die Fluoreszenzwellenlängen von den Beleuchtungs- (Exzitations-) Wellenlängen zu trennen. Beispielsweise ist ein grüner Laser (oder LED), der Exzitationslicht mit einer Wellenlänge von 520 nm erzeugt, leicht filterbar von oranger Fluoreszenzemission, die eine Wellenlänge von 606 nm besitzt.
Eine weitere alternative Ausführungsform ist in 5 allgemein bei 100 gezeigt. Die alternative Ausführungsform 100 integriert ein optisches Laminierungslaserprojektionssystem 110, das in einer ähnlichen Weise funktioniert wie das System, das in dem US-amerikanischen Patent Nummer 9,200,899 offenbart ist, dessen Inhalte hierin durch Referenz gänzlich aufgenommen sind. Das Projektionssystem 110 umfasst einen Laserprojektor 112 und eine Photogrammetrieanordnung 114. Das optische Laminierungssystem 110 projiziert Laservorlagen 113 auf ein Anordnungswerkzeug oder Werkstück 21 wie es in dem US-amerikanischen Patent Nummer 10,052,734 offenbart ist, dessen Inhalte hierin ebenfalls durch Referenz aufgenommen sind, um einem Benutzer einen Ort an dem jedes aufeinanderfolgende Stück der Lage 22 platziert werden soll, bereitzustellen. Wie in dem Patent Nummer 9,200,899 offenbart ist, lokalisiert die Photogrammetrieanordnung 114 das Anordnungswerkzeug oder das Werkstück und signalisiert dem Computer 24 wohin die Laservorlage 113 projiziert werden soll basierend auf rechnergestützten Konstruktions- (CAD) Modellen. Die Photogrammetrieanordnung 114 umfasst in dieser Ausführungsform eine oder mehrere Photogrammetriekameras 116, die ebenfalls Fluoreszenz detektieren können, wenn Kontamination beleuchtet wird. Jedoch sollte verstanden werden, dass das optische Laminierungssystem 110 ebenso getrennt sein kann von dem Beleuchtungssystem und auf separaten Kameras 116 basieren kann. In dieser Ausführungsform kommuniziert die Photogrammetrieanordnung 114 mit dem Laserprojektor 112 mittels Computer 24, zum Koordinieren von Laserbeleuchtung mit Verschluss- 118 Zeit, Bildaufnahme, etc.
Wie zuvor beschrieben umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Applikation von einer Lage auf einem mehrlagigen Verbundwerkstoff 21. Wie in 7 gekennzeichnet umfasst das Stück 22 ein Abdeckpapier 23 und ein Überzugsmaterial 25. Der Benutzer platziert als erstes das Stück 22 mit dem Überzugsmaterial 25, so dass das Überzugsmaterial dem Bildgebungssystem 124 zugewandt ist. Das Bildgebungssystem 124 führt dann den Laser 113 zum Abtasten eines Barcodes, der angeordnet ist auf dem Überzugsmaterial 25 und das Bildgebungssystem 124 detektiert den Barcode und signalisiert dem Computer 24, dass dieser verifizieren soll, dass das richtige Stück 22 ausgewählt wurde. Der Benutzer entfernt dann das Überzugsmaterial 25. Wenn gewünscht verifiziert das Detektionssystem dann, dass das Überzugsmaterial vollständig entfernt wurde. Die Entfernung des Überzugsmaterials 25 kann dann aufgenommen werden in einen Prozessbericht des optischen Vorlagen- 113 Systems, um zu versichern, dass kein Stück 22 mit intaktem Überzugsmaterial 25 platziert wurde (obwohl dies außergewöhnlich ist, können solche Fehler auftreten, wenn ein Benutzer abgelenkt wird während der Vervollständigung einer Versuchsplatzierung des Teils mit dem noch angebrachten Überzugsmaterial).
Wenn das Überzugspapier entfernt ist, wird das Lagenstück 22 auf die Arbeitsoberfläche 20 gelegt durch den Benutzer, wobei die Lage 22 auf der Arbeitsoberfläche 20 geglättet wird wie es in 8A gezeigt ist. Der Ort , an dem die Lage 22 an der Arbeitsoberfläche 20 haftet, wird identifiziert durch den Projektor 112 durch Projektion von einer Laservorlage 113. Während des Glättens verbleibt das Abdeckpapier 23, einschließlich des Indikators, intakt. Nach dem Platzieren signalisiert der Benutzer dem Computer 24 die Ortsvalidierung der Lage 22 zu initiieren. Nach dem Initiieren signalisiert entweder der Computer dem Beleuchtungssystem 18, 122 oder der Laserprojektor 112 beleuchtet die Arbeitsoberfläche 20 und die Lage 22 und das Bildgebungsgerät 14, 114 erzeugt ein Bild und spezieller zeichnet die Lage 22 klar von dem Hintergrundwerkstück ab. Die Kante 31 der Lage 22 ist wegen der Fluoreszenz des Indikators in dem Bild klar definiert. Deshalb kann der Computer 24 nun die detektierte Kante 31 mit CAD Daten vergleichen, um akkurate Platzierung der Lage 22 zu verifizieren. Die Anordnung, entweder akkurate Platzierung oder inakkurate Platzierung, wird dann dem Benutzer über einen Terminal, ein smartes Gerät 33 oder sogar durch projizierte Lasermarkierungen signalisiert, dass die Lage inakkurat platziert wurde.
8B zeigt eine alternative Ausführungsform, in der der Benutzer eine Maske 22a, beispielsweise ein Maskierungsklebeband für eine Anstrichoperation, anheftet. Der Laserprojektor 112 projiziert eine Laservorlage 113 auf die Arbeitsoberfläche; in einer Ausführungsform ein Flugzeugrumpf oder ein anderes Objekt, das einen sehr präzisen, dekorativen Anstrich verlangt. Der Benutzer appliziert die Maske 22a, einschließlich des Indikators, an dem Ort, der angezeigt wird durch die Vorlage. Nach dem Applizieren signalisiert der Benutzer dem Computer 24 eine Validierung der Masken 22a Platzierung zu initiieren durch Vergleichen der detektierten Kante 31 der Maske mit CAD Daten des Designs des Orts der Maske 22a wie zuvor beschrieben. Nachdem der Ort verifiziert wurde in einer Weise wie sie oben erklärt ist, initiiert der Benutzer eine Verarbeitung wie beispielsweise Applizieren von Farbe oder einer anderen Beschichtung auf die Arbeitsoberfläche 20. Nachdem die Farbe oder andere Beschichtung appliziert wurde, wird die Maske 22a in einer bekannten Weise entfernt.
Mit Bezug zu 5 wirkt der Laserprojektor 112 mit der Photogrammetrieanordnung 114 und der Detektionsanordnung 120 zusammen. Die Detektionsanordnung 120 umfasst ein sekundäres Beleuchtungssystem 122, das die Lage 22 entweder simultan mit dem Laserprojektor 112, abwechselnd mit dem Laserprojektor 112 oder aber vor und nach Beleuchtung durch den Laserprojektor 112 beleuchtet.
Weiter umfasst das Detektionssystem 120 eine sekundäre Kamera 124 in einer ähnlichen Weise wie zuvor beschrieben. Die sekundäre Kamera 124 signalisiert dem Computer 24 entweder einen vorläufigen Ort des Stücks 22 oder detektiert einen exakten Ort des Stücks 22 durch Detektieren von Fluoreszenz, die erzeugt wird durch den Laserprojektor 112, den sekundären Beleuchter 122 oder Kombinationen hiervon. In dieser Weise umfasst die sekundäre Kamera 122 eine Linse 126 und einen Verschluss 128, der abgestimmt ist mit der Beleuchtung in einer ähnlichen weise wie zuvor beschrieben, um selektiv zu erlauben, dass Licht den Sensor 115 erreicht. Während der Verschluss 128 lediglich zum Zweck einer Beispielhaftigkeit ausgestaltet ist als ein mechanischer Verschluss, sollte verstanden werden, dass der Verschluss 128 ebenso ein elektronischer Verschluss sein kann, der in der Lage ist, die Lichtübertragung zum Sensor 115 entsprechend der Blitz- oder Impulsrate der Beleuchtungsquelle schnell zu unterscheiden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist in 6A allgemein bei 200 gezeigt. Die zweite alternative Ausführungsform 200 verlässt sich ausschließlich auf ein optisches Laminierungslaserprojektionssystem 210 ähnlich dem System, das offenbart ist in der US-amerikanischen Patent Nummer: 9,200,899 . Das Projektionssystem 210 umfasst einen Laserprojektor 212 und eine Photogrammetrieanordnung 214. Wie zuvor beschrieben projiziert das optische Laminierungssystem 210 Laservorlagen auf ein Anordnungswerkzeug oder Werkstück 20, um einem Benutzer einen Ort bereitzustellen, an dem jedes nachfolgende Stück der Lage 22 platziert werden soll. Die Photogrammetrieanordnung 214 lokalisiert das Anordnungswerkzeug oder Werkstück und signalisiert dem Computer 224 wohin die Laservorlage projiziert werden soll basierend auf rechnergestützten Konstruktions (CAD) Modellen. Die Photogrammetrieanordnung 214 umfasst eine oder mehrere Photogrammetriekameras 216 und Sensoren 226, die ebenso Fluoreszenz detektieren, wenn die Lage 22 oder Maske 23 beleuchtet wird. Weiter kann die alternative Ausführungsform 220 ein Teil von einem einzelnen System sein ähnlich zu dem, das in dem US-amerikanischen Patent Nummer 10,239,178 offenbart ist, deren Inhalte hierin ebenso durch Referenz gänzlich aufgenommen sind.
In dieser Ausführungsform projiziert der Laserprojektor 212 einen grünen Laserstrahl 211 gegen einen Ort der Lage wie es zuvor beschrieben wurde. In einer Ausführungsform umfasst der Laserstrahl 211 einen liniengeformten Fokus, um bei jedem Durchgang der Abtastung einen größeren Oberflächenbereich abzudecken. Ebenso wie zuvor beschrieben ermöglicht Exzitation des Fluoreszenzmaterials durch den grünen Laserstrahl 211 der Kamera 216 der Photogrammetrieanordnung 214 die Fluoreszenz von der Lage 22 von jeder Reflexion von der Arbeitsoberfläche 20 zu unterscheiden. Zusätzlich identifiziert die Photogrammetrieanordnung 214 einen Ort der Lage 22 oder Maske 23 durch Triangulation von Fluoreszenz in einer Weise ähnlich der Identifizierung eines Ortes von einem Retro-Reflektor (nicht gezeigt), wie es weiter beschrieben ist in dem US-amerikanischen Patent Nummer 9,200,899 .
In einer weiteren Ausführungsform, die in 6B dargestellt ist, verlässt man sich nicht auf ein Photogrammetriesystem zum Unterscheiden von Fluoreszenz. In dieser Ausführungform werden innere Vorgänge des Laserprojektors 212 erklärt, wobei ein Lasersensor 254 hinzugefügt ist als Teil eines alternativen Bildgebungsgeräts 234. Eine Laserquelle 213 ist angeordnet innerhalb des Laserprojektors zum Erzeugen des Laserstrahls 211. Der Computer 224 (vgl. 6A) leitet einen ersten Abtastungsmotor 222 und einen zweiten Abtastungsmotor 226 zum Leiten einer Orientierung eines ersten Abtastungsspiegels 220 beziehungsweise eines zweiten Abtastungsspiegels 224. Ein dichromatischer Spiegel 252 befindet sich zwischen den Abtastungsspiegeln 220, 224 und der Laserquelle 213 zum Reflektieren des Laserstrahls gegen die Spiegel 220, 224. In dieser Ausführungsform werden die Fluoreszenzemissionen von der Lage 22 (oder Maske 22a) gemessen durch das alternative Bildgebungsgerät 234, wenn sie zurückgeworfen werden entlang desselben Pfads wie der Laserstrahl 211.
In dieser Ausführungsform überträgt die Laserquelle 213 einen grünen Laserstrahl 211, der sein Maximum bei ungefähr 532 nm besitzt, auf den dichromatischen Spiegel 252 zum ersten Abtastungsspiegel 224 und dem zweiten Abtastungsspiegel 220 zum Abtasten des Bereichs auf der Arbeitsoberfläche 220auf dem die Lage 22 (oder Maske 22a) platziert wurde zum Zweck der Exzitation des Fluoreszenzmaterials angeordnet in der Lage 22 (Maske 22a). Das zurückgeworfene Licht, das von dem fluoreszierenden Material emittiert wurde, wird zurückgeleitet von den ersten und zweiten Abtastungsspiegeln 220, 224 zum dichromatischen Spiegel 252, der nur Licht zu dem Sensor 254 durchlässt, dass ein Maximum bei der Fluoreszenzwellenlänge von etwa 608 nm hat. Der Sensor 254 umfasst in dieser Ausführungsform Sammeloptiken und Sensorelektronik, wie beispielsweise Photodioden, Photomultiplizierer und Äquivalente, um die nötige Detektionssensitivität bereitzustellen. Deshalb erreicht beliebiges Licht, das von dem nicht-fluoreszierenden Materialien reflektiert wird nicht den Sensor 254, was dem Sensor 254 erlaubt dem Computer 224 den präzisen Ort der Lage 22 (oder Maske 22a) zu signalisieren. Während die Verwendung von Photogrammetrie gut geeignet ist, wird angenommen, dass diese alternative Ausführungsform schnellere Ergebnisse bereitstellt, weil die ganze Bildaufnahme nicht notwendig ist, weil die Abtastungsspiegel 220, 224 der Bewegung des Laserstrahls 211 folgen. Mit der Verwendung des Sensors 254 ist es also nicht immer notwendig die Position der Lage 22 zu triangulieren. Die Position der Vorlage in dem dreidimensionalen Koordinatensystem ist bereits bestimmt und verglichen mit dem CAD Modell. Deshalb kann der Computer 224 die laserabgetastete Position der richtigen Position auf der Arbeitsoberfläche 20 zuordnen. Es sollte ebenfalls verstanden werden, dass sobald der Laser die Arbeitsoberfläche 20 und die Lage 22 abgetastet hat, unabhängig davon ob die Fluoreszenz detektiert wurde durch den Sensor 254 oder die Kameras 14, 114, 214, es nicht immer notwendig ist sich auf Triangulation zu verlassen, um die Platzierung der Lage 22 oder der Maske 22a akkurat zu validieren.
Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist die Verifikation von richtiger Ausrichtung von Fasern, die angeordnet sind in einer Lage 22, die angeheftet wurde an die Arbeitsoberfläche 20. In bestimmten Anwendungen umfasst jedes Stück der Lage 22 Lagenfasern 27, die ausgerichtet sind, um die nötige Stärke eines Werkstücks bereitzustellen. Wie in 5 gezeigt ist, können Schichten der Lage 22 eine kreuzweise Faserausrichtung erfordern, um die gewünschte Verteilung von Spannung, die in einem gegebenen Werkstück angenommen wird, wie beispielsweise in einem Flügel eines Passagierflugzeugs.
9 zeigt ein Stück von einer Lage 22 in Position auf der Arbeitsoberfläche 22 eines Werkstücks 21. Die Lage 22 umfasst Lagenfasern 27 aus kreuzweise ausgerichteten Werkstückfasern 29. Wie zuvor beschrieben ist die Lage 22 ein Polymermaterial imprägniert mit Lagenfasern 27 für zusätzliche Stärke. Wenn die Schichten der Lage 22 appliziert werden auf dem Werkstück 5 ist es beinahe unmöglich zu bestimmen, ob die Lagenfasern 27 richtig ausgerichtet sind entsprechend den Designanforderungen, weil dasselbe Material appliziert wird in mehreren Schichten bis die gewünschte Dicke erreicht wird.
In einem typischen Herstellungsschema wird das Stück der Lage 22 vorgeschnitten in einer gewünschten Designkonfiguration, so dass die Fasern 6 orientiert sind in der gewünschten Weise. Wie zuvor beschrieben wird das Abdeckpapier 25 entfernt von der Lage 22 vor Applikation auf dem Werkstück. Es sollte verstanden werden, dass das Material, das die Lage 22 bildet, ein Polymer ist, das vor dem Aushärten klebrig sein kann. Ein Bausatz aus mehreren Stücken der Lage 22 wird bereitgestellt zu einer Anordnungsumgebung und das Abdeckpapier 25 verhindert, dass einzelne Stücke der Lage 22 vor der Anordnung aneinanderheften.
Sobald das Abdeckpapier 25 abgetastet wurde zum Detektieren des Barcode oder anderen identifizierenden Markierungen wird das Überzugspapier 25 entfernt und das Stück der Lage 22 auf der Arbeitsoberfläche 20 aufgelegt an einem Ort, der angezeigt wird durch die projizierte Vorlage 113 wie es in den 8A und 8B gezeigt ist. Ein Benutzer glättet das Stück der Lage 22 auf der Oberfläche des Werkstücks 20 durch Reiben des Abdeckpapiers 23 bis die Lage 22 ausreichend an der Arbeitsoberfläche 20 oder vorherigen Schicht der Lage anheftet. Abtasten des Barcodes oder anderen identifizierenden Markierungen ist besonders nützlich, wenn das Stück der Lage 22 (oder Maske 22a), das appliziert wird, symmetrisch ist mit anderen Stücken. Jede Mehrdeutigkeit wird aufgelöst durch Abtasten des Barcodes oder anderen identifizierenden Markierungen vor Applikation, was die Neigung zu Fehlern weiter reduziert.
Das Abdeckpapier 23 ist mit einem Farbstoff behandelt, der fluoresziert bei Beleuchtung durch einen Laser oder Beleuchtungssystem 122 gezeigt in 5. Wie zuvor beschrieben beseitigt oder im Wesentlichen reduziert Abtasten des Papierabdeckung 23, der mit den Markierungen oder Fluoreszenzfarbstoff behandelt wurde, Lasergrauton, der bekannt ist präzise Messungen der Orientierung und des Orts der Applikation zu verschleiern.
Vor dem Entfernen des Abdeckpapiers 23 (nach Applikation) tastet ein Laserprojektor 10 (oder Beleuchtungsgerät 122) das Stück der Lage 22 ab, was verursacht, dass der Farbstoff fluoresziert. In einer Ausführungsform tastet der Laserprojektor 112 einen Linienstrahl entlang der Arbeitsoberfläche 20 über den Bereich, auf dem das Stück der Lage 22 angeheftet wurde, ab. Ein Sensor, der eingefügt ist in den Laserprojektor 10, detektiert den Ort der Fluoreszenz und ein Computer 24 bestimmt die Orientierung und Konfiguration der Abdeckpapiers 24 basierend teilweise auf der Detektion der Kante 31 des Abdeckpapiers 24, das klar abgegrenzt ist von der Arbeitsoberfläche 20 wegen der Fluoreszenz von dem Indikator. Die Fasern 27 werden während der Produktion der Applikation ausgerichtet und sind einzigartig für den Umriss jedes Stücks der Lage 22. Wenn die Orientierung und Konfiguration des Abdeckpapiers 24 als richtig bestimmt wurde, identifiziert der Computer 24, dass die Fasern 27 richtig ausgerichtet sind. Der Computer 24 ist nicht nur geeignet eine richtige Ausrichtung der Fasern 27 zu bestimmen, er bestimmt ebenfalls ob die Applikation sich am richtigen Ort befindet durch verbesserten Kontrast zwischen dem Abdeckpapier 24 und den vorherigen Schichten der Lage. Durch Detektieren der Fluoreszenz und Filtern des beleuchtenden Lichts wird ein Lasergrauton beseitigt, der bekannt ist Bilder verschwimmen zu lassen, was ermöglicht, dass der Computer 24 die Kante 31 des Abdeckpapiers 23 von den vorherigen Schichten der Lage unterscheidet. Daher können nun der exakte Umriss und die Orientierung des Abdeckpapiers 23 akkurat verifiziert werden. Autoklavieren oder andere Aushärtungsverfahren können verwendet werden, um die Schichten der Lage 22 ausreichend auszuhärten wenn die Anordnung vollständig ist oder nachdem jede Schicht angeheftet ist.
In einer alternativen Ausführungsform wird ebenfalls ein Bildgebungsgerät 114 wie beispielsweise das oben beschriebene Mehr-Kamera-Photogrammetriesystem verwendet zum Detektieren der Orientierung und Konfiguration des Abdeckpapiers 23. In dieser Ausführungsform wird entweder der Laserprojektor 10 oder das Beleuchtungssystem 122 verwendet zum Verursachen, dass das Abdeckpapier fluoresziert.
Nachdem die richtige Orientierung der Fasern 27 bestimmt ist, wird das Abdeckpapier 23 von dem Stück der Lage 22 und der Anordnung entfernt oder der Aushärtungsprozess wird fortgesetzt. Der Laserprojektor 112 und/oder das Beleuchtungssystem 112 beleuchten optional erneut den Bereich, der dem Applikationsort des Stücks der Lage 22 benachbart ist, zum Bestimmen ob Kontamination von entweder dem Abdeckpapier 23 oder dem Überzugspapier 25 auf dem Stück der Lage 22 verbleibt. In einer Ausführungsform umfasst das Überzugspapier 25 einen anderen fluoreszierenden Indikator als das Abdeckpapier 23, was einem Benutzer oder dem Bildgebungssystem 124 ermöglicht zu bestimmen, ob die Kontamination auf der exponierten Oberfläche des Stücks der Lage, darunter oder eingeschlossen in dem Stück der Lage 22 ist.
Die Erfindung wurde in illustrativer Weise beschrieben, und es ist zu verstehen, dass die verwendete Terminologie eher beschreibender als einschränkender Natur sein soll. Es liegt auf der Hand, dass viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich sind. Es ist daher zu verstehen, dass innerhalb der Beschreibung die Bezugszahlen lediglich der Bequemlichkeit dienen und in keiner Weise einschränkend sein sollen und dass die Erfindung auch anders als ausdrücklich beschrieben ausgeführt werden kann. Daher kann die Erfindung auch anders als im Rahmen der beabsichtigten Ansprüche spezifisch beschrieben ausgeführt werden.

Claims

Ein Verfahren zum Verifizieren von einer Platzierung eines Stücks auf einer Arbeitsoberfläche, aufweisend die Schritte von: Bereitstellen einer Steuerungseinheit; Bereitstellen eines Bildgebungsgeräts und eines Beleuchtungssystems; das Beleuchtungssystem projiziert Markierungen auf eine Arbeitsoberfläche zum Anzeigen eines Ortes zur Platzierung eines Stücks auf der Arbeitsoberfläche; Bereitstellen eines Indikators an das Stück, wobei der Indikator Lichtemission umfasst, die bei Beleuchtung fluoreszierende Wellenlängen anzeigt, und dadurch Unterscheiden des Stücks von der Arbeitsoberfläche; Platzieren des Stücks auf der Arbeitsoberfläche an dem Ort, der durch die Lasermarkierungen angezeigt wird; das Beleuchtungssystem beleuchtet das Stück und zeigt einen sichtbaren Kontrast zwischen dem Stück und der Arbeitsoberfläche auf, der es dem Bildgebungsgerät ermöglicht, das Stück von der Arbeitsoberfläche zu unterscheiden; und das Bildgebungsgerät signalisiert der Steuerungseinheit einen Ort des Stücks, damit die Steuerungseinheit eine akkurate Platzierung des Stücks verifizieren kann.
Das Verfahren von Anspruch 1, wobei der Schritt Bereitstellen eines Beleuchtungssystems weiter definiert ist durch Bereitstellen eines Laserprojektors und einer sekundären Lichtquelle.
Das Verfahren von Anspruch 2, wobei der Schritt Bereitstellen einer sekundären Lichtquelle weiter definiert ist durch Bereitstellen einer Lichtemittierenden Diode.
Das Verfahren von Anspruch 2, wobei der Schritt, gemäß dem das Beleuchtungssystem Markierungen auf eine Arbeitsoberfläche projiziert weiter definiert ist dadurch, dass der Laserprojektor einen Laserstrahl erzeugt zum Abtasten der Markierungen auf der Arbeitsoberfläche.
Das Verfahren von Anspruch 1, wobei der Schritt Bereitstellen eines Bildgebungsgeräts weiter definiert ist durch Bereitstellen einer monochromatischen Kamera.
Das Verfahren von Anspruch 1, wobei der Schritt, gemäß dem das Beleuchtungssystem das Stück beleuchtet weiter definiert ist dadurch, dass eines von dem Laserprojektor und der sekundären Lichtquelle die Lage beleuchtet.
Das Verfahren von Anspruch 1, weiter aufweisend einen Schritt von Filtern von Licht, das detektiert wird durch das Bildgebungsgerät als außerhalb der Fluoreszenzwellenlänge des Indikators liegend.
Das Verfahren von Anspruch 1, aufweisend einen Schritt von Applizieren eines Kennzeichens auf das Stück, das identifizierbar ist durch das Bildgebungsgerät zum Signalisieren einer Identität des Stücks an die Steuerungseinheit.
Das Verfahren von Anspruch 1, weiter aufweisend einen Schritt, gemäß dem der Computer eine Bildaufnahme verschachtelt mit und ohne Exzitation des fluoreszierenden Indikators und dadurch ermöglicht, dass der Computer Exzitation des fluoreszierenden Indikators vom Umgebungslicht abzieht.
Das Verfahren von Anspruch 1, wobei der Schritt Platzieren des Stücks weiter definiert ist durch Platzieren eines von einer Lage, oder eines Werkstücks auf der Oberfläche.
Das Verfahren von Anspruch 10, weiter aufweisend einen Schritt, gemäß dem die Steuerungseinheit eine Orientierung von Fasern verifiziert, die angeordnet sind in der Lage, basierend auf einem Bild der Lage, erzeugt durch das Bildgebungsgerät.
Das Verfahren von Anspruch 11, wobei der Schritt, gemäß dem die Steuerungseinheit eine Orientierung von Fasern verifiziert, die angeordnet sind in der Lage, weiter definiert ist dadurch, dass die Steuerungseinheit eine Orientierung der Lage, die platziert ist auf der Arbeitsoberfläche, vergleicht mit einer rechnergestützten Konstruktion der Orientierung der Lage.
Das Verfahren von Anspruch 10, wobei der Schritt Applizieren eines Indikators auf dem Stück weiter definiert ist durch Bereitstellen von Abdeckpapier auf der Lage und Bereitstellen des Indikators auf dem Abdeckpapier.
Das Verfahren von Anspruch 1, wobei der Schritt Bereitstellen eines Bildgebungsgeräts weiter definiert ist durch Bereitstellen eines optischen Sensors aufweisend Photodioden, Photomultiplizierer und Äquivalenten zum Messen von Fluoreszenz.
Das Verfahren von Anspruch 1, wobei der Schritt Bereitstellen einer sekundären Lichtquelle weiter definiert ist durch Bereitstellen eines Laserprojektors als die sekundäre Lichtquelle.
Das Verfahren von Anspruch 1, weiter aufweisend einen Schritt, gemäß dem der Laserprojektor eine Kante von einem Abdeckungspapier, das appliziert ist auf das Stück, abtastet und dadurch verursacht, dass die Kante des Abdeckungspapiers fluoresziert zum Unterscheiden der Kante des Abdeckungspapiers von der Arbeitsoberfläche.
Das Verfahren von Anspruch 1, weiter aufweisend einen Schritt, gemäß dem der Laserprojektor eine Kante von dem Stück abtastet und dadurch verursacht, dass die Kante des Stücks fluoresziert zum Unterscheiden der Kante des Stücks von der Arbeitsoberfläche.
Das Verfahren von Anspruch 1, weiter aufweisend einen Schritt von Filtern von Reflexion von Licht außerhalb einer Fluoreszenzwellenlänge des Indikators.