一種用於在自動化過程控制工件檢查應用中提供熱紅外成像快照動作的裝置及方法
2023-06-19 02:32:06
專利名稱：一種用於在自動化過程控制工件檢查應用中提供熱紅外成像快照動作的裝置及方法
本申請案依據並主張優先於2001年5月21日提出申請的美國臨時專利申請案第60/292,421號。
背景技術：
本申請案涉及一種用於在自動化過程控制工件檢查應用中提供熱紅外成像快照動作的裝置及方法。更具體而言，本發明是關於在高速機器可視檢查系統中使用快照模式鉛鹽區域陣列成像傳感器作為成像前端。使用快照或間斷動作模式鉛鹽基圖像採集傳感器可實現各種各樣的自動化過程控制或工件檢查應用。
儘管本發明特別針對高速自動化生產檢查技術領域，且本文因而將具體參照該技術領域說明本發明，然而應了解，本發明也可應用於其它領域及應用中。舉例而言，本發明可用於其它在高速控制過程中需使用快照動作的應用中。
作為發明背景，使用攝像機或基於視頻的自動化檢查技術來幫助製造商或生產商進行質量或過程控制作業已為此項技術領域所熟知。舉例而言，名稱為「機器可視檢查裝置及方法」的美國專利第4,760,444號曾介紹一種與基於照相機的機器對牙刷器的可視檢查相關的裝置及方法。該專利對使用螢光燈來照亮目標進行了論述。其還提及攝像機對檢查區域/牙刷的反射率數據的測量。作為另一現代技術的實例，美國專利第4,882,498號曾對使用脈衝式LED照明來檢查樣品進行了論述。
在許多現有技術的自動化檢查實施方案中，通常使用基於電荷耦合器件(CCD)的攝像機。舉例而言，名稱為「用於CCD圖像傳感器的電子快門(Electronic shutter for a CCD Image Sensor)」的美國專利第4,875,100號曾介紹一種對現有技術CCD器件架構的改造，該改造將其功能度擴展至包括一電子快門功能。該附加功能使基於CCD的視頻成像儀可提供「間斷動作」功能(該動作發生於快速變化的圖像景物中)而無需同步、脈衝照明。許多後繼基於CCD的自動化機器可視系統實施方案也已為人們所熟知。
需要限制並在時間上同步被成像信號光子的採集是高速自動化檢查的一個基本要求。無論選擇用於一特定機器可視應用中的圖像傳感器的工作波長如何，該論點均成立。人們知道，目前已存在可用於電磁波譜(介於2微米與12微米之間)熱IR區域並具備停止快速演變的空間景物動作能力的攝像機。舉例而言，由Raytheon公司製造的輻照率HSX高性能成像攝像機即意在支持快照模式採集。然而，在機器可視應用中使用該種類型的攝像機存在若干缺點，因此難以在機器可視應用中對熱IR攝像機進行商業化推廣應用。該些缺點包括價格較高且不具備此種類型的斯特林循環冷卻的銻化銦基攝像機所具有的堅固耐用性。
近來已出現一種較新類型的熱紅外攝像機/傳感器。從種屬上可將該類型的紅外成像儀描述為是基於微輻射熱計的設備。基於微輻射熱計的熱IR成像儀的關鍵特性包括其無需低溫冷卻即可運行之事實及其可使用標準矽CMOS IC製造設備及工藝來製作之事實。該些特性有助於消除成本較高及不具備歷史上原有紅外成像技術所具有的堅固耐用性的缺陷。名稱為「紅外檢測器(Infrared Detector)」的美國專利第5,021,663號及名稱為「用於IR靈敏度的微結構設計(MicrostructureDesign for High IR Sensitivity)」的美國專利第5,286,976號曾介紹適宜的輻射熱計像素點構造及適用於檢測空間變化熱紅外信號的像素陣列配置。名稱為「微輻射熱計設備單元信號處理電路(Microbolometer Unitcell Signal Processing Circuit)」的美國專利第5,489,776號曾展示如何使用標準的及眾所周知的CMOS製造工藝在每一像素基礎上併入其它信號處理功能(除信號檢測功能外)。該專利介紹了全部製成於基於矽的微輻射熱計單元內的電容器及電晶體元件以及電氣互連件的用途。該些像素點結構用於將所接收的熱能變換為代表已被成像至微輻射熱計陣列表面上的景物的有序電信號。名稱為「用於產生視頻輸出信號的攝像機，用於此種攝像機的紅外焦平面陣列包，及用於根據一半導體基材上的無源焦平面元件陣列產生視頻信號的方法及裝置(Camera for Producing Video Output Signal，Infrared Focal Plane ArrayPackage for Such Camera，and Method and Apparatus for GeneratingVideo Signals from Passive Focal Plane Array of Elements on aSemiconductor Substrate)」的美國專利第5,420,419號曾介紹一種可在一運轉的紅外攝像機內配置現有微輻射熱計成像陣列的方式。
儘管已具備知識體系，然而現代技術水平的微輻射熱計裝置的構建方式卻均未滿足快照模式圖像採集所需的特定像素級功能度。此外，目前微輻射熱計技術所具有的測量靈敏度及固有像素點響應時間尚無法滿足與極簡訊號集成、快照模式採集相關的要求。
幾十年來，在各種涉及紅外能量檢測的應用中，一直使用單一元素鉛鹽檢測器，尤其是硫化鉛(PbS)及銫化鉛(PbSe)。當在室溫下使用鉛鹽檢測器時，可獲得有用的檢測靈敏度，而當裝置運行溫度降低時，可獲得提高的靈敏度，而且在許多涉及鉛鹽檢測器的應用中，使用1級或2級溫差電冷卻器。
然而，當使用該類型的熱IR檢測器時，不需要使用昂貴且非人們所希望的低溫冷卻。況且，近年來，可將有源式兩維鉛鹽感光單元陣列與矽基控制電子裝置緊密融合或整合的能力已使得可以開始使用PbS及PbSe來製造大面積兩維IR成像陣列。
因缺乏一種具備可滿足要求的溫度分辨性能且無需使用低溫冷卻的成本有效的快照模式熱IR攝像機，熱IR成像前端在現代技術機器可視系統中的應用已受到限制。本文所揭示的發明涵蓋一種用於克服已知限制的系統及方法。
發明內容
本發明旨在提供一種檢查工件的系統及方法，其特別適合於通過一輸送裝置以較高動態速度製造及/或提供工件的應用中。該系統包括一圖像處理子系統，該圖像處理子系統構造用於自一攝像機或成像儀子系統接收圖像並產生一與所接收圖像相關的工件質量或合格水平的總結性狀態報告。
在本發明的一個方面中，與本發明配套的攝像機或成像儀子系統基於一專門構造用於支持快照模式圖像採集的鉛鹽區域陣列的操縱。
本發明的一個優點是能夠在電磁波譜熱IR部分的一部分(2-5微米)內提供對工件的低成本、聯機表面及次表面檢查。
本發明的另一優點是能夠提供對在電磁波譜的可見及近IR部分內大體透明的工件及物件進行非常穩健的結構整體性檢查的能力。
本發明的另一優點是能夠提供高靈敏度、高速度及紅外成像而無需採用昂貴或不穩健的冷卻技術。
本發明的再一優點是能夠提供對工件的自動化、低成本溫度曲線繪製。
根據下文所提供的詳細說明將易知本發明的其它適用範圍。然而應了解，儘管該些詳細說明及具體實例表示本發明的較佳實施例，但卻僅以舉例說明方式給出，因為相關技術領域的技術人員將易於得出各種歸屬於本發明主旨及範疇內的變化及修改。
本發明存在於本裝置各個部件的構造、布置及組合以及本方法的各步驟中，由此可實現如下文所更完整論述及附圖所展示的本發明所涵蓋的目的，附圖中圖1為一展示一本發明系統的方框圖；圖2為一展示一本發明成像儀的方框圖；圖3(a)及(b)為一本發明熱成像儀備選方案的一陣列及一單個像素點的方框圖；及圖4為一展示一本發明方法的流程圖。
具體實施例方式
現在參照附圖，其中附圖所展示內容僅用於展示本發明的較佳實施例，而非用於限定本發明。圖1提供一本發明較佳的整體系統12的視圖。如圖所示，對一成像儀(較佳為一快照模式鉛鹽成像儀)20進行定位，以便當受檢查物體或工件50在一輸送裝置90的作用下移動通過一指定的圖像採集區30時獲得該些物體的紅外圖像數據。一控制用電子設備模塊80用於協調包含於該系統內的各功能部件(例如一成像儀處理器10，一狀態顯示器60，一熱能激勵源70，成像儀20，及一部件檢測裝置40)的運行。部件檢測裝置40可在一物體或工件50朝圖像採集區30運動時檢測出其存在。
在一個較佳實施例中，提供熱能激勵源70以將適當的熱能傳遞給正接受檢查的物體或工件。當然，倘若工件的特性使其可藉助例如生產工藝或類似工藝儲存並隨後釋放可用於檢查的足夠且可接受的熱能，則無需使用激勵源。然而，較佳地，熱能激勵源70(其被展示為具有兩個相對於輸送裝置90相互對置的元件)執行一種與包含於傳統機器可視系統中的照明系統類似的功能。亦即，由熱能激勵源70提供可區分缺陷工件與可接受工件的激勵源。受控照明激勵源成功應用於被檢查物體是一通常與至少某些傳統檢查應用的成功相關的特徵。因此，一種較佳的熱能激勵源應向受檢查物體50提供受控的恆定熱能，以增強各種諸如結合本發明所述的機器可視應用及系統內的熱紅外成像特性。
在一較佳形式中，成像儀20為1維或2維的鉛鹽感光單元陣列，其被設計為對影像至其表面上的介於約2至5微米範圍的熱紅外能量敏感。較佳地，鉛鹽為硫化鉛(PbS)或銫化鉛(PbSe)。該快照模式鉛鹽成像儀20較佳地同時整合或獲取所有像素或單元中的熱紅外光子，由此支持間斷動作成像。該陣列較佳地滿足了與工業機器可視應用相關的典型要求，例如成本低、堅固耐用、響應時間短、具有可支持快照模式信號集成的較佳靈敏度及不使用低溫冷卻等。
存在多種對使用一1維或2維成像陣列獲得的圖像數據進行存取的方法。一種技術是將支持圖像信息所需的適當信號處理資源用於陣列中的每一像素。在這種情況下，陣列中的每一像素點均包括執行諸如電流或電荷/電壓轉換或模擬/數字轉換等功能所需的資源。同時還為陣列中的每一像素提供一輸出插針或埠。
對於像素總數非常少的陣列，此一構造是可接受的。然而，對於較大的陣列，該構造卻不太可行。在這些情況下，最好利用一單組輸出資源(有時使用2個、4個或8個輸出埠)，然後以順序性方式將各像素點多路復用或切換至該些資源。將一多路復用器輸出架構用於快照模式信號積分意味著仍需在傳感器設計中包含某些類型的按像素信號存儲裝置。就此而言，如此項技術領域所熟知，可在獨立的矽晶片內製造合適的集成電路來執行所需的按像素電荷存儲及多路復用功能。可使用類似技術製成用於傳統機器可視系統中的矽基圖像傳感器。
通過將產生於鉛鹽紅外光電池內的光子感應電流或電荷與一合適的矽基信號處理/讀出電路(如上所述)緊密聯接，可實現一種適用的快照模式熱紅外成像儀。用於將形成於鉛鹽光電池內的由光子所產生的信號與矽讀出電路聯接的備選方法包括將鉛鹽化合物直接沉積於矽讀出電路上，或者使用銦凸塊粘合技術將鉛鹽焦平面結合至一矽讀出電路。根據本發明，攝像機及採集技術的此種總體進步可實現熱IR攝像機前端在聯機機器可視系統內的新穎應用。
現在參見圖2，一較佳成像儀20包括一外殼25，在該外殼25中設置有一透鏡21、一鉛鹽焦平面陣列22及合適的讀出電路23。外殼25內還包含有一攝像機控制及輸出調節電路24。該圖還展示了與圖像處理器10及控制用電子設備模塊80的連接。
外殼25可採用多種形式，但較佳具有可支持圖2所示部件的構造。此外，外殼25還較佳具有此種特性其可為焦平面陣列22提供足夠的熱穩定性以適應充分成像的需要。
同樣，透鏡21也可具有多種構造。可對紅外信號進行充分聚焦的透鏡已為人們熟知。然而，應了解，所用的特定透鏡可視焦平面陣列的構造及該應用的視場要求而定。
陣列22及讀出電路23較佳按照上述方式構造。攝像機控制及輸出調節電路24則構造用於處理來自讀出電路的數據(例如電信號)並與控制用電子設備模塊80及圖像處理器10進行通信。
在工作過程中，透鏡21接收來自一正在輻射熱能的工件或物體50的紅外信號光子並將這些光子聚焦於陣列22上。焦平面陣列22的像素可對信號光子進行積分並將其轉換為電信號。讀出電路23以順序性方式訪問該些電信號並將其作為輸入傳遞至攝像機控制及輸出調節電路24。然後，電路24根據該些電信號向圖像處理器10提供一輸出信號(例如一兩維紅外空間圖像或數據集等圖像數據)。應了解，控制及輸出調節電路24還從控制用電子設備模塊80接收一採集控制信號及一積分時間控制信號。
如圖2所示，較佳成像儀20內配置一溫差電冷卻裝置26，該溫差電冷卻裝置26可採用多種形式。裝置26的主要功能是將焦平面陣列22保持在一穩定的運行溫度。此一功能具有可改善成像儀20的圖像採集性能的有利效果。應了解，當在室溫下使用鉛鹽檢測器時可獲得有效的檢測靈敏度。此外，當降低檢測器的運行溫度時，可獲得提高的測量靈敏度。因此，有可能構造一有效的成像儀20，其中可將焦平面陣列22設定至自室溫至冷卻溫度範圍內的任一運行溫度。與本發明的總體範疇相一致，當焦平面陣列22以相同於2級或3級固態溫差電冷卻部件的溫度運行時，即可在成像儀成本、壽命及測量靈敏度之間獲得一較佳的折衷。溫差電冷卻器的應用在此項技術中已眾所熟知。
圖3(a)及(b)對流至焦平面陣列22上的功能性及物理性信號光子流及由此產生的流出讀出電路23的圖像信號流進行了更詳細說明。在圖3(a)中，一實例性陣列22被展示為具有若干位於讀出電路23上的光敏元件22′。當然，元件22′的數量因系統而異。所示陣列僅為一用於舉例說明目的的實例——元件22′的典型數量通常遠大於此值。參見圖3(b)，該圖展示陣列中的單個像素感光單元，一像素感光單元內出現的由信號誘發的變化被從由鉛鹽製成的光敏元件22′導入至包含於該像素點內的矽基信號處理區27內。該信號用於將光敏陣列22內出現的由信號誘發的電子變化轉換為一種形式，該形式可首先被存儲於像素的信號存儲28部分中，然後可使用信號多路復用電路29移出像素陣列。應了解，如上所述，儘管提供了多路復用電路旨在以一種可簡化電路的形式對來自所有感光單元的信號進行多路復用，然而需要為每一感光單元專門提供電路27及28。此處提供該功能說明旨在為舉例說明目的展示一備選熱成像儀的一般功能度。絕不應將其解釋為本文所揭示發明的範疇僅限於符合該具體說明的焦平面陣列及讀出電路實施方案。
現在重新參見圖1，圖像採集區30可採用多種形式來支持較佳的快照模式圖像採集。舉例而言，其可僅為一沿輸送裝置90的特別有利於成像儀20實施檢測的區域。或者，區域30可包含一檢查件被輸送通過的外殼或隧道。假若具有一較佳系統的特性，該檢查區較佳包含一輻射隔板結構35，該輻射隔板結構35用於阻擋或屏蔽諸如不期望的、雜散的或特定的熱輻射(例如由非受控或非較佳的源輻射出的熱輻射)等有害能量不從被檢查件反射出來並進入成像儀20的視場。當然，所需熱輻射既不會受到如圖所示結構35的阻擋，也不會在所屬技術領域的技術人員易於得出的各種其它構造中受到阻擋。此外，隔板結構35可改善信噪比。在某些情況下，隔板結構35可改善信噪比，以便將具備可接受性能的系統與不具備可接受性能的系統區分開來。此外，包含於檢查區30中的隔板結構35應具有較高的熱吸收特性及較低的自發射。通過如下方式可較佳地獲得該些性質使用一具有高表面比輻射率的輻射隔板35，然後以某種方式(例如使用溫差電冷卻器)將其冷卻至一明顯低於被檢查件50或被監測工藝溫度的溫度。應了解，為實現本發明目的，隔板結構35可採用多種形式。
圖像處理器10也可採用多種形式。能夠處理電格式或數字格式圖像數據的圖像處理器在所屬技術領域中已眾所熟知。此外，根據預定準則來分析圖像數據並確定圖像特徵的圖像處理器也同樣眾所熟知。一用於實施本發明的合適圖像處理器應能夠實現本文所述的本發明目的，但其可為任一種已知類型。
在一較佳實施例中，部件檢測裝置40為一在該行業中眾所熟知的光電型開關。然而，其同樣可為能夠檢測到受檢查工件50的存在並以電子方式將該狀態傳輸至控制用電子設備模塊80的任一種類型的傳感器部件。
工件或物體50可採取任一可被適當輸送及檢查且較佳在自動化過程控制環境中高速輸送及檢查的工件形式。舉例而言，該些物體可為不同構造的容器。然而，無論工件或物體50為何種形式，其較佳均應具有此種性質可儲存及輻射在生產過程中產生的或通過採用一熱能激勵源(例如由70所表示的熱能激勵源)產生的熱能。
在一較佳實施例中，狀態顯示器60是一種機械式廢品剔出裝置，例如一空氣閥或電磁閥，其用於每當圖像處理器10判定出工件低於一預定質量等級時將該些工件從其正常的動態流程中剔除。或者，可將狀態顯示器60構建為一用於提供一逐一部件質量報告及/或工件質量累積檔案的列印或顯示報表寫入裝置。作為另一選擇方案，狀態顯示器可被構建為一標記裝置，其用於每當判定出工件低於或者高於一預定質量等級時以某種規定方式對工件進行標記。
現在，我們已知各種用於向受檢查物體施加能量的方式及裝置。因此，熱能激勵源70可採取多種形式。已知技術包括使用感應原理(例如感應式加熱器)、超聲波(例如超聲波加熱器)及微波。通過自然對流及/或強制空氣流動進行能量交換的黑體輻射源，例如燈具(例如石英滷素燈)及灼熱棒。其它合適的裝置包括石英燈、紅外輻射源、爐、高功率雷射器(例如空間制導高功率雷射器)及可制導的超聲波裝置。也可通過激勵任一與該部件相關的有源電氣部件的方式向受檢查物體50施加熱能。通過自身電加熱而有利激勵部件的實例包括電動機、變壓器及電子電路板。
儘管一較佳實施例包括用於向受檢查物體50施加受控熱能的裝置，然而應了解，本發明主旨還包含那些應用領域，其中在一或多個正常製造工藝步驟中所正常產生的包含於部件內的熱能自身足以滿足缺陷屬性檢測要求。同樣，本發明還包括構建主要用於保證被檢查物體內的熱能正確分布於該物體內以改善其成像的裝置。
同樣，儘管一較佳實施例論述了使用一快照模式鉛鹽成像儀20來從運動中的物體採集圖像，然而應了解，正確配置於一機器可視系統內的此一成像儀也適用於採集靜止物體的圖像。具體而言，此一紅外攝像機可根據需要的採集及積分持續時間信號調整其圖像採集作業的能力使其能夠採集發生於所關心物體中的動態熱事件的有用信息。在熱紅外範圍內進行時間緊要成像作業可用於確定所製造產品合格程度的一實例包括在動態加電狀態下檢查運行的電子組件。指示攝像機在該組件加電後以預定的、嚴格受控的時間周期採集電子電路圖像的能力使得能夠觀測到某些類型的故障運行。
控制用電子設備模塊80可具有多種構造(既包括硬體構造也包括軟體構造)，但較佳應根據來自部件檢測裝置40的信令並依據輸送裝置90的瞬時運動或裝置90所輸送部件的瞬時運動來執行精確的定時功能，並將圖像採集控制信號(例如一採集信號及一積分時間信號)應用於快照模式鉛鹽成像儀20。
輸送裝置90較佳為一具有可使物體移動的移動帶或皮帶的常規輸送機系統。舉例而言，該輸送裝置可包含一用於快速、連續地為檢查/過程控制系統動態提供一連串部件的自動化輸送裝置。然而，所用系統較佳構造為可容納熱能激勵源。還應了解，儘管較佳將物體輸送入一檢查區內，然而也可使用一可相對於物體輸送成像設備的系統來取代輸送裝置90。
在一較佳作業中，沿輸送裝置90並通過一熱能激勵源70輸送物體或工件50。然後，部件檢測裝置40檢測該工件。一旦工件50處於圖像採集區30內，成像儀20即會因電子控制設備模塊80響應一來自部件檢測裝置40的信號而產生的圖像採集信號採集到一該物體的圖像。該採集信號通知成像儀20一部件正處於圖像採集區30內的正確位置上並且應開始對紅外信號光子進行積分或收集。然後，快照模式鉛鹽成像儀20較佳開始根據積分時間控制信號在一特定時間周期內同時對包含於其焦平面陣列(如圖2所示)內的所有像素中的信號光子進行積分。
在成像儀20已採集信號光子達一預定曝光時間後，信號積分將以電子方式終止且已收集的圖像數據較佳以某種方式傳遞至圖像處理器10。圖像處理器10對成像儀20提供的圖像數據進行處理，以產生一與所接收圖像相關的工件的總結性狀態報告。該總結性狀態報告既可直接也可間接(通過電子控制設備模塊80)被傳輸至狀態顯示器60以便採取措施。亦即，圖像處理器以一種可減小由成像儀所產生的兩維紅外空間圖像或數據集的方式接收熱紅外成像儀的輸出並將其處理成具體的一組與被檢查部件或過程相關的有關質量或過程的特性。
更具體而言，現在參見圖4，該圖展示一反映上述作業的基本步驟的較佳方法。首先，在被檢查物體50進入檢查區30之前對物體50施加熱能(步驟302)。應了解，熱能既可由熱能激勵源70提供，也可能是物體因一製造或控制過程而固有的。此外，提供激勵源可能僅用於確保紅外能量適當地分布於物體內。然後，輸送該物體並在其進入一檢查區或圖像採集區30時檢測該物體(步驟304及306)。部件檢測裝置40實施對物體的檢測，並同時向模塊80發送一檢測信號。
然後，模塊80根據該檢測信號向快照模式鉛鹽成像儀20傳送適當的信令(即一圖像採集信號及一積分時間控制信號)，以便成像儀20的焦平面陣列像素收集該物體所輻射的紅外能量並對紅外信號光子進行一預定時間周期的積分，以獲得合適的圖像數據(步驟308)。然後，成像儀20的控制電路24將該圖像數據提供至圖像處理器10(步驟310)。接著，圖像處理器使用此項技術中眾所熟知的技術來處理該圖像數據(步驟312)。處理的目的既可能是檢測物體中的缺陷，也可能是僅確定該物體的整體狀態。然後，根據對圖像數據的處理產生一狀態報告(步驟314)。
該狀態報告被直接或間接(例如通過模塊80)提供至狀態顯示器60(步驟316)。應了解，一旦狀態顯示器收集到該狀態報告，即可隨之採取多種步驟。舉例而言，如果圖像採集的目的是檢測被檢查物體中的缺陷，則狀態顯示器可採用一部件剔出或接受裝置的形式，並接著藉助例如一機械式廢品剔出裝置(例如一用於自輸送路徑剔除工件的空氣閥或電磁閥)剔除該物體。或者，可僅將狀態顯示器簡單地構建為一用於提供逐一部件質量報告及/或工件質量累積報告的列印或顯示機構。此外，亦可將狀態顯示器構建為其它形式，例如標記裝置(如上所述)或一可採用一種有利於對製造過程實施閉環控制的方式以電子方式傳輸部件或過程狀態的模塊。
儘管通過一較佳實施例論述了一寬帶熱IR檢查系統所具有的一般優點及詳細實施方式，然而應認識到，在某些情況下，也可使用一種成像儀20的前端額外配置有選擇性光譜濾光器的基本相同的系統。可將系統靈敏度限定至熱IR區內特定波長(已知與被檢查部件或過程相關的重要信息存在於該特定波長範圍內)的能力往往會提高系統的總體信噪比。這具有使系統所作決定更準確可靠的有利效果。
本文中的說明集中於與工件或物體50相關的檢查及/或控制過程。然而應了解，一本發明系統也可用於監測一具有多個所關心熱區域的複雜過程或系統。
此外，如在一較佳實施例中所述，系統所收集的數據足以對一部件或過程的合格程度作出判定。然而應了解，一本發明系統所收集的數據可能僅包含一用於作出判定的數據集的一部分。
上述說明僅提供對本發明特定實施例的揭示內容，並非意欲將本發明限定於此。因此，本發明並非僅限於上述實施例。而是，應認識到，所屬技術領域的技術人員可構想出歸屬於本發明範疇內的替代實施例。
權利要求
1.一種用於在自動化過程控制工件檢查應用中提供熱成像快照動作的系統，該系統包含一構造用於支持快照模式圖像採集的鉛鹽基熱紅外成像儀；一構造用於支持對一部件或過程進行快照模式圖像採集的圖像採集區；一圖像處理器，其構造為以一種可減小所述成像儀所產生的兩維紅外空間圖像或數據集的方式接收所述成像儀的輸出並將其處理成具體的一組與所述圖像採集區內所述部件或過程相關的有關質量或過程的特性；及一構造用於在所述系統內提供圖像採集控制信號的控制用電子設備模塊。
2.根據權利要求1所述的系統，其進一步包含一用於快速、連續地向所述系統動態提供一連串部件的自動化輸送裝置。
3.根據權利要求2所述的系統，其進一步包含一部件檢測或存在感測裝置，該部件檢測或存在感測裝置與所述控制用電子設備模塊接口並為所述系統提供存在需要檢查的部件的指示。
4.根據權利要求1所述的系統，其進一步包含一熱隔板，所述熱隔板位於所述檢查區內以保護所述成像儀不受非受控或非較佳源輻射出的有害熱紅外能量的影響。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述熱隔板包含高輻射率表面，以利於吸收所述有害熱紅外能量。
6.根據權利要求5所述的系統，其中所述熱隔板被有效冷卻以降低熱紅外能量的自發射。
7.根據權利要求6所述的系統，其中使用溫差電冷卻器來冷卻所述熱隔板。
8.根據權利要求1所述的系統，其進一步包含一熱能激勵源，所述熱能激勵源用於向所述部件或過程施加熱能以將缺陷部件與合格部件區分開來。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述熱能激勵源被構建為一感應式加熱器。
10.根據權利要求8所述的系統，其中所述熱能激勵源被構建為一超聲波加熱器。
11.根據權利要求8所述的系統，其中所述熱能激勵源被構建為一微波源。
12.根據權利要求8所述的系統，其中所述熱能激勵源被構建為一空間制導高功率雷射器。
13.根據權利要求8所述的系統，其中所述熱能激勵源被構建為一黑體輻射源。
14.根據權利要求13所述的系統，其中所述黑體輻射源被構建為一燈具。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述燈具被構建為一石英滷素燈。
16.根據權利要求14所述的系統，其中所述由所述燈具輻射出的熱能通過自然對流方式進行熱交換。
17.根據權利要求14所述的系統，其中由所述燈具輻射出的熱能通過強制空氣流動方式進行熱交換。
18.根據權利要求13所述的系統，其中所述黑體輻射源被構建為一灼熱棒。
19.根據權利要求18所述的系統，其中由所述灼熱棒輻射出的能量通過自然對流方式進行熱交換。
20.根據權利要求18所述的系統，其中由所述灼熱棒輻射出的熱能通過強制空氣進行熱交換。
21.根據權利要求1所述的系統，其中通過電激勵與所述部件相關的元件來向所述部件施加熱紅外能量。
22.根據權利要求1所述的系統，其進一步包括一用於指示所述被檢查部件或過程的狀態的狀態顯示器。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述狀態顯示器被構建為一機械式廢品剔出機構，所述機械式廢品剔出機構用於在特定部件被判定為低於或者高於一預定質量等級時將該些部件從一製造過程中剔除。
24.根據權利要求23所述的系統，其中所述廢品剔出機構為一空氣閥。
25.根據權利要求23所述的系統，其中所述廢品剔出機構為一電磁致動器。
26.根據權利要求22所述的系統，其中所述狀態顯示器被構建為一標記裝置，所述標記裝置用於標記被判定為低於或者高於一預定質量等級的部件。
27.根據權利要求22所述的系統，其中所述狀態顯示器被構建為用於提供逐一部件質量報告的列印或顯示報表寫入裝置。
28.根據權利要求22所述的系統，其中所述狀態顯示器被構建為一用於提供一工件質量累積檔案的列印或顯示報表寫入裝置。
29.根據權利要求22所述的系統，其中所述狀態顯示器被構建為一以一種有利於對一製造過程實施閉環控制的方式來以電子方式傳輸部件或過程狀態的模塊。
30.一種用於在一自動化過程控制工件檢查應用中提供熱紅外成像快照動作的方法，所述方法包含下列步驟根據由一電子設備控制模塊提供的圖像採集控制信號對一鉛鹽基成像儀的所有像素點中的熱紅外信號同時進行積分；根據所述像素點積分將一兩維紅外空間圖像或數據集提供至一處理器；及將所述兩維紅外空間圖像或數據集處理成一組與一被檢查部件或過程相關的有關質量或過程的特性。
31.根據權利要求30所述的方法，其進一步包括將擬檢查的物體自動輸送入一檢查區的步驟。
32.根據權利要求30所述的方法，其進一步包括向被檢查部件施加熱能以便將缺陷部件與合格部件區分開的步驟。
33.根據權利要求30所述的方法，其進一步包括根據所述處理產生一狀態報告的步驟。
34.根據權利要求33所述的方法，其進一步包括將所述狀態報告提供至一狀態顯示器的步驟。
35.根據權利要求34所述的方法，其進一步包括使用所述狀態報告來自動修改一製造過程參數的步驟。
36.一種用於在一自動化過程控制工件檢查應用中提供熱紅外成像快照動作的方法，所述方法包含下列步驟通過向一被檢查部件或過程內的元件施加一受控電壓或電流來激勵所述元件；根據由一電子設備控制模塊提供的圖像採集控制信號對一鉛鹽基成像儀的所有像素點中的熱紅外信號同時進行積分；根據所述像素點積分將一兩維紅外空間圖像或數據集提供至一處理器；及將所述兩維紅外空間圖像或數據集處理成一組與一被檢查部件或過程相關的有關質量或過程的特性。
37.根據權利要求36所述的方法，其進一步包括根據所述處理產生一狀態報告的步驟。
38.根據權利要求37所述的方法，其進一步包括將所述狀態報告提供至一狀態顯示器的步驟。
39.根據權利要求38所述的方法，其進一步包括使用所述狀態報告來自動修改一製造過程參數的步驟。
全文摘要
本申請案涉及一種用於在自動化過程控制工件檢查應用中提供熱紅外成像快照動作的裝置及方法。更具體而言，本發明是關於在高速機器可視檢查系統(12)中使用快照模式鉛鹽區域陣列成像傳感器(20)作為成像前端。較低的成本、在相同於溫差電冷卻裝置的溫度下具有的良好測量靈敏度及以快照模式運行的能力使鉛鹽基圖像採集傳感器(20)可用於眾多自動化過程控制及工件檢查應用中。
文檔編號G01N25/72GK1547666SQ02810270
公開日2004年11月17日 申請日期2002年5月21日 優先權日2001年5月21日
發明者D·W·科克倫, S·D·切赫, D W 科克倫, 切赫 申請人:派拉斯科技術公司