杂质的荧光检测的制作方法

本申请要求2018年4月6日提交的美国临时专利申请no.62/653,890的优先权，该申请的内容通过引用包括在本文中。

本申请总体上涉及在装配过程期间粘附到装配件的杂质的检测。更具体地说，本申请涉及使用合并到已知的杂质源中的荧光来检测杂质以用于改进区分杂质和装配件的能力的改进方法。

背景技术：

在许多高技术的制造过程中，污染正被制造的零件或工件的杂质的无意包含由于灾难性故障的可能性，可能使零件不可用。例如，当构造复合零件时，由复合材料(诸如举例来说浸渍纤维的聚合物)制成的多层板层被涂覆到心轴以用于形成复合零件。通常，编织纤维材料(包括但不限于，碳纤维和等同物)浸透环氧树脂或类似的树脂以形成一张板层。该板层形成在衬纸上，并且在递送到装配设施之前被预先切割成形成装配件的期望形状。

在叠加每片板层以形成复合零件之前，衬纸与装配件分离。在移除之后，板层的多个层被覆盖在心轴上以形成复合零件。已知的污染源是衬纸的小片或颗粒，在移除之后它们既不从片松开、也不落到片上。这可能导致衬纸的片陷于板层的层之间。该污染可能导致复合零件出现灾难性的故障。一旦陷于板层的层之间，就变得难以移除污染物。在装配之后，有时使用热法或超声法来对复合零件进行测试。然而，在装配之后检测这样的污染物通常需要复合零件被以巨大的代价报废。

已经尝试了通过对从查看复合零件的装配的照相机收集的图像进行分析来识别来自已知源的污染物。美国专利no.6,064,429中公开了一个这样的例子，在该例子中，所公开的装配使用彩色摄像机来查看工作表面并且基于颜色的差异来努力区分杂质和工作表面。当被识别时，污染物的位置被指示给操作者。由于难以区分通常是扁平黑色的复合板层和甚至彩色的污染物，该系统尚未被证明是有效的。

美国专利申请公开no.20160061746中公开了识别工作表面上的污染物的进一步的尝试，该公开试图使用颜色分类器来比较有污染物的场景和没有污染物的场景。该方法还未能充分地区分污染物和扁平黑色的复合背景。

这些方法的一个另外的缺点是不能实现污染物材料和构成板层的材料之间的足够的对比度。在装配期间使用的许多板层材料包括浸渍碳纤维的聚合物、玻璃纤维、芳纶(kevlar)和其他复合物。材料配方和浸渍量的仅基于制造变化性的修正也可能使得不能区分板层材料和污染物。另外，环境光没有被考虑。颜色的检测取决于环境中的环境光在相邻的反射源上的颜色均衡。邻近材料(包括操作者服装、反射目标等)的颜色可能触发错误的污染物警报。

权衡甚至非常小的污染物颗粒的检测和由于污染物的错误检测而导致的生产吞吐量的不利降低已经被证明是难取得的。没有一个基于照相机的系统已经被证明足以确保污染物不陷于板层的层之间。仅依赖于可见光光谱来区分污染物和复合材料已经使这些系统中的许多系统不可操作。因此，将希望的是开发这样一种方法，该方法在使板层的层与工件配合之前识别来自已知源(诸如举例来说衬纸、手套和相关物品)的污染物，同时提供高准确度的结果。

技术实现要素：

公开了一种检测板层中的杂质的存在的方法。用荧光指示器标记杂质源。杂质源与板层分离。提供用于照射板层的照射源以使得板层反射与荧光指示器发荧光不同的波长的光。提供用于检测板层的照射和设置在板层上的杂质中包括的荧光指示器的传感器。识别从板层反射的光和设置在杂质中的指示器的荧光的差异以用于找出和识别板层中的杂质的存在。

由于被以希望的波长照射时，模具的荧光和扁平黑色的、甚至无光泽的复合材料之间的对比度高，所以本申请的发明高准确度地检测荧光材料。荧光模具可以被添加到衬纸、手套、或已知导致夹在板层的层之间的不想要的污染物的任何其他材料。一旦一片板层准备好被涂覆到心轴或预先存在的板层的层，板层的背面就受到照射和照相机传感器的扫描。例如被用橙色荧光材料处理并且被具有希望波长的光源照射的甚至非常小片的污染物的照射使得照相机传感器能够容易地检测污染物。

附图说明

本发明的其他优点将被容易地领会，因为当结合附图考虑以下详细描述时，这些优点通过参照以下详细描述变得被更好地理解，其中：

图1示出比较橙色荧光材料与非荧光材料(这二者都被环境光照射)的、荧光材料的照射的比较；

图2示出在暴露于环境光的情况下用绿色激光器对荧光材料和非荧光材料的照射的比较；

图3示出在减去环境光的情况下用绿色激光器对荧光材料和非荧光材料的照射的比较；

图4示出本申请的发明的第一实施例的示意图，该示意图示出通用照射系统；

图5示出本申请的发明的第二实施例的示意图，该示意图示出与激光投影仪组合的通用照射系统；

图6示出本申请的发明的仅使用激光投影仪的第三实施例的示意图；以及

图7示出本申请的发明的使用激光束来映衬污染物材料的轮廓的第三实施例的示意图。

具体实施方式

本申请的发明通过激励已经被添加到已知的污染物源或杂质源(诸如举例来说衬纸、工作手套、保护性工作服装等)的荧光模具或等同物，克服了现有的外界物体检测方法。不同于吸收环境光的某些部分的传统上有色的材料，荧光材料吸收附带光，并且发射与照射光的波长不同的波长的附带辐射。例如，如图1中最佳地表示的，橙色荧光材料吸收低于大约575nm的波长的环境光，并且重新发射更长的波长的荧光，峰值荧光在大约606nm处。606nm处的峰值荧光提供更好地区分荧光物体和非荧光物体的能力。

当荧光材料被具有荧光波长带之外的波长的照射源照射时，实现额外的区分益处。例如，用在绿色光谱中投射的激光器或在非橙色光谱中照射的发光二极管(led)照射荧光材料，诸如举例来说橙色荧光材料。使用产生荧光材料的荧光带之外的光的照射源照射荧光材料提供使照射光与荧光材料的荧光分离的能力。如图2中所表示的，用于照射橙色荧光材料的绿色激光器(或绿色led源)提供清楚地区分的发射响应。绿色激光器在大约535nm处提供峰值，而橙色荧光在被绿色源照射时，峰值在大约606nm之间。606nm处的荧光峰值提供有利的区分特性，这使得能够通过区分从非荧光材料反射的光来改进一片板层中的污染物的传感器检测。

检测污染物的进一步的准确度通过对环境照射进行滤光来实现。当削弱环境照射时，荧光材料的荧光变得甚至更显著。以这种方式，被用荧光模具处理的甚至非常小片的污染物或污染物颗粒可以被可靠地检测。如图3中最佳地表示的，环境光的移除提供激励光源(绿色激光器或led)和对应的响应性荧光之间的、比以前认为的可能的分离清楚得多的分离。

现在参照图4，本发明的检测组件的第一实施例在10处概况地示出。组件10包括具有镜头14和快门16的照相机12。光传感器15(未示出)包括在照相机12中。在一个实施例中，传感器15是cmos传感器。在替代实施例中，传感器15是ccd传感器。其他类型的传感器15也在本发明的范围内。照射源18照射工件，在该例子中，叠层的复合板层20。多个照射源可以用于激励荧光材料。在一个实施例中，照射源是具有与用于标记污染物材料22的荧光模具的激励波长不同的波长的激光器。虽然在本文中在下面更详细地讨论基于激光器的照射源18，但是应理解本申请的发明包括替代的照射源，包括但不限于，led照射、甚至照射源的组合。当照射在荧光光谱的波长之外时，准确度显著地改进。

照射源18经由计算机24或者直接地电链接到照相机12。照相机镜头14、快门16和图像捕获与照射系统18是同步的以使图像的捕获交织。在有照射系统激励荧光材料22和没有照射系统激励荧光材料22的情况下图像的交织的图像捕获使得计算机24可以减去环境光对荧光材料22的任何激励。这提供照射系统18对荧光材料22的激励的隔离。在一个实施例中，交织是以操作者感觉不到的速率进行的。因此，图像捕获以与照射源18的照射脉冲或闪光(在该实施例中，被设想为发光二极管(led)闪光或脉冲)相同的速率发生。此外，对来自多次图像捕获的发射信号(荧光)求取平均值以改进污染物检测的灵敏度和可靠性。

在一个实施例中，照相机12包括“滚动”快门16，“滚动”快门16具有是传感器15的图像捕获速率的一小部分的照射频闪速率以生成具有捕获图像的照射带。通过对照射系统18的频闪照射使用减小的占空比，频闪照射的功率比操作者感知到的照射的亮度大得多。因此，当照射以比整个图像捕获高得多的速率发生时，在频闪闪光被启动时的成像时，照射在“带”中发生。在频闪发生的时刻期间，照射与环境照射相比时是大量的，但是操作者仅感知到平均照射功率，使得照射不会显得过亮。当照射带仅包括总图像捕获时段的一半或四分之一时，该现象尤其是真的。该策略在传感器15和照相机12的检测灵敏度没有降低的情况下改进了操作者查看舒适度。

如上面所阐述的，希望的是隔离照射时的荧光发射。为了帮助隔离，通过使用滤光器隔离激励能量的波长与从荧光材料在选定的荧光发射波长中发射的荧光来包括单色照相机(或多个照相机)。在替代实施例中，选择兼容的波长提供使用标准彩色照相机的滤光器网格来分离荧光波长与照射(激励)波长的能力。例如，产生具有520nm的波长的激励光的绿色激光器可以容易从具有606nm的波长的橙色荧光发射滤光。

在替代实施例中，组件10连续地操作，直到没有荧光材料的进一步的激励被检测到并且计算机和/或操作者确定全部污染物已经与板层20分离为止。照相机12包括检测操作者通过手势、物理开关、手持平板或其他遥控器装置(包括但不限于，增强现实护目镜(未示出))上的接口发起检测序列的信号的能力。照射系统18被上电，并且继续板层20的照射，直到杂质22通过荧光不再被检测到为止。在荧光被检测到时，照相机12传感器15继续将板层20的视图发送到监视器23，诸如举例来说固定监视器、手持装置、智能电话、模板或者甚至增强现实护目镜。当照相机12传感器15检测到的污染物被认为微量允许时，操作者还可以超控照射。

替代实施例在图5中100处概括地示出。替代实施例100集成了与美国专利no.9,200,899中公开的系统类似的光学叠层激光投射系统110，该专利的内容通过引用包括在本文中。投射系统110包括激光投影仪112和摄影测量组件114。光学叠层系统110将激光模板投射在装配工具或工件上以向操作者提供板层的每个顺序的片将被放置的位置。如9,200,899专利中所公开的，摄影测量组件114找出装配工具或工件，并且基于计算机辅助设计(cad)模型来用信号向计算机24通知在哪里投射激光模板。摄影测量组件114包括一个或多个摄影测量照相机116，所述一个或多个摄影测量照相机116也可以在污染物被照射时检测荧光。然而，还应理解光学叠层系统110保持与依托于单独的照相机116的照射系统分离。在该实施例中，摄影测量组件114经由计算机24与激光投影仪112进行通信以协调激光照射与快门118速度、图像捕获等。

图7所示的替代实施例的一个额外的优点是，激光投射系统110识别零件或板层将被放置的准确位置。因此，计算机24精确地指导照相机124在心轴或工作表面上搜索污染物时在哪里搜索污染物。这提供计算机24忽视没有设置在关键区域(诸如举例来说分级区域)中的污染物的能力。区分关键的污染物和无关的污染物的能力提供额外的制造效率。另外，当用激光束111扫描以照射荧光材料时，通过使激光扫描指向感兴趣的准确区域，处理时间缩短。

激光投影仪112与摄影测量组件114和检测组件120合作。检测组件120包括次要照射系统122，次要照射系统122要么与激光投影仪112同时地、与激光投影仪112间歇地、要么在激光投影仪112照射之前和之后照射板层20。在一个例子中，次要照射系统122在操作者发起检测序列之前照射板层20。以这种方式，计算机24通过摄影测量组件114检测荧光而被提供污染物可能在板层20上的哪里的指示。因此，激光投影仪112可以开始其朝向在板层20上初步检测到污染物的位置的投射。

更进一步地，检测系统120以与如上所述的方式相似的方式包括次要照相机124。次要照相机124要么用信号向计算机24通知污染物24的初步位置，要么通过检测激光投影仪112、次要照射器122或它们的组合产生的荧光来检测污染物24的确切位置。以这种方式，次要照相机包括以与如上所述的方式类似的方式与照射协调以选择性地允许光到达传感器115的镜头126和快门128。虽然仅出于示例性的目的，快门128被表示为机械快门，但是应理解快门128也可以是能够快速地辨别与来自照射源的闪光或脉冲的速率相当的、对于传感器15的光透射的电子快门。

本申请的发明的更进一步的实施例在图6和7中200处概括地示出。第二替代实施例200仅依赖于与美国专利no.9,200,899中公开的系统类似的光学叠层激光投射系统210。投射系统210包括激光投影仪212和摄影测量组件214。如上所述，光学叠层系统210将激光模板投射在装配工具或工件上以向操作者提供板层的每个顺序的片将被放置的位置。摄影测量组件114找出装配工具或工件，并且基于计算机辅助设计(cad)模型来用信号向计算机224通知在哪里投射激光模板。摄影测量组件114包括一个或多个摄影测量照相机216和传感器226，所述一个或多个摄影测量照相机216和传感器226也可以在污染物被照射时检测荧光。

激光投影仪212如上所述使绿色激光束211朝向板层的位置投射。在一个实施例中，激光束211包括在每遍扫描时覆盖更大的表面积的线形焦点。如上面还阐述的，绿色激光束211对荧光材料的激励使得摄影测量组件214的照相机216能够区分污染物22和板层20。另外，摄影测量组件214以与美国专利no.9,200,899中进一步说明的识别反光镜(未示出)的位置类似的方式、通过荧光的三角测量来识别污染物22的位置。摄影测量组件然后用信号向计算机23通知污染物24的位置。

一旦污染物22已经被找出，激光投影仪212通过扫描污染物24周围的环或框218来描画污染物22的位置。激光投影仪212还可选地继续照射污染物，以使得摄影测量组件214可以继续监视荧光。一旦操作者移除了污染物，摄影测量组件214就不再检测荧光，并且激光投影仪212终止在荧光最初被检测到的区域周围扫描框218。摄影测量照相机216包括传感器226，传感器226适于选择性地对环境光进行滤光以使得如图3中所表示的那样实现荧光检测。

现在对检测污染物的方法的步骤进行说明。下面的描述仅仅是示例性的，而非意图限制为本发明的组件10、100、200的各种使用。操作者首先确定一片板层20的方位以使得背衬材料面对检测组件10、100、200。检测组件10、100、200可选地扫描背衬材料以扫描衬纸上的条形码(未示出)从而验证正确的板层20已经被与预先编程的装配步骤序列相关地选择。在验证之后，操作者移除背衬材料。操作者然后以如上述的方式发起检测序列，检测系统开始验证全部材料已经与板层20分离。如果任何量的荧光被检测到，则计算机24向监视器发信号以向操作者通知识别污染物的位置。监视器在与组件10、100、200交互时产生板层20的增强图像，如共同未决的美国专利申请no.15/058,867中更详细地描述的那样，该申请的内容通过引用并入本文。组件10、100、200继续进行检测序列，直到没有进一步的荧光被检测到为止。一旦没有进一步的荧光被检测到，被编程到计算机24中的或者被用信号向合作计算机通知的进程日志记录与检测到的条形码相对应的该片板层20是无污染物的。所述进程日志中的记录协助防止操作者错误。

当检测组件120与光学叠层激光投射系统110集成时，组件120和系统110被对齐到由摄影测量组件114、214或等同物建立的公共坐标系。因此，检测系统120可以被编程为通过在放置一片板层20之前照射叠层来在放置之前验证没有杂质或污染物22存在。检测是在次要照相机124或摄影测量系统114、214的整个视场中实现的。视场内的非关键位置中的污染物22的检测可选地被削弱，而同时确保没有污染物剩余在一片板层20将被放置的区域中。更进一步地，光学模板系统110能够通过激光投影仪112投射在叠层的相关区域上来隔离检测到的污染物22的位置。

已经以说明性的方式描述了本发明，并且要理解已经使用的术语意图为用词或描述的性质，而非限制。显而易见的是，本发明的许多修改和变化根据以上教导是可能的。因此要理解，在本说明书内，标号仅仅是出于方便，而不是任何方式的限制，并且本发明可以以除了具体描述的方式之外的方式实施。因此，本发明可以以除了预期的权利要求的范围内具体描述的方式之外的方式实施。