CN104249217B - 用于精确的结构标记和标记辅助结构定位的装置和方法 - Google Patents

用于精确的结构标记和标记辅助结构定位的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于精确的结构标记和标记辅助结构定位的装置和方法。一种作业设备包括经配置在结构上的作业位置对所述结构作业的工具，所述结构具有在已知位置所施加的标记，所述已知位置与所述作业位置具有已知关系。计算机***经配置确定所述结构的布置，以及因此将所述工具安置为与作业位置至少局部对准，以及在至少一种情况下，所述工具与第二偏离位置对准。照相机经配置捕捉所述结构的图像并包括所述标记，以及进一步包括与所述工具对准的第二位置。并且所述计算机***经配置处理所述图像，以定位所述作业位置，从所述第二位置重新定位所述工具并重新定位为与所定位的作业位置更对准，以及控制所述重新定位的工具以在所定位的作业位置对所述结构作业。

Description

用于精确的结构标记和标记辅助结构定位的装置和方法
技术领域
本公开主要涉及制造产品，并且具体涉及利用施加于产品的标记制造产品。
背景技术
自动化制造设备能够对部件作业的精度很大程度取决于与所述设备一起使用的位置和方向信息的质量。例如，利用关于部件的不佳位置和/或方向信息，现有技术水平的制造设备的大多数仅能够以最低限度的方式对所述部件作业。相反，利用精确的位置和方向信息，设备的边界片能够很好地工作。
要求适量精确性的自动化制造工艺不需要超出已知部件已被安置在标准部位的特定的部件位置和方向信息。对于这些工艺，标准部件安置的精度允许部件以足够的精度作业。在这些工艺中，例如，待作业部件可以被安置在可应用的自动化机器中的标准位置中或靠近可应用的自动化机器的标准位置中，例如通过使所述部件的预定边缘毗连作业平台的预定边缘以及所述机器可以通过编程在所述标准位置对所述部件作业。在只要求适度精度的工艺中，标准部件布置和机器操作足够精确达到预期的效果。
要求高精度水平的自动化制造工艺需要在部件已被安置后进行部件定位和/或取向。某些工艺要求自动化机器以非常高的精度对部件作业。例如，在正在使用可互换的孔图案的情况下需要非常高的精度。可互换的孔图案是在产品的使用寿命内可能进行互换的产品部件中所制造的那些孔图案。例如，虽然航空器的大多数其他部件不需要变化，但是可以确定特定的门一般需要在航空器的寿命内替换至少一次。在这个示例中，飞机的门配对特性和门安装位置必须更紧密地位于标准公差内。
虽然航空器的部件通常在相同或大致相同的时间以及往往在相同的工厂制造，但是航空器及其要替换的部件可以在不同的工厂和相距甚远的时间制造。例如，航空器制造商可能会将替换部件制造外包给供应商。虽然在相同地点和时间重复执行的工艺中的各种制造误差可以彼此抵消或在可接受的限度内累积，但是在不同位置在几十年后制造的部件不大可能具有这些益处。例如，在第一部件形成中的制造误差很有可能具有对应于在同一天在相同机器上在第二部件中制造的互补误差的误差。
虽然许多部件定位和取向工艺是足够的，但是通常希望具有考虑到上面讨论的至少某些问题以及其他可能问题的改善***和方法。
发明内容
本公开的示例实施通常针对的是激光标记***、作业设备以及标记辅助结构定位的有关方法。在传统的加工中，结构可以被带到作业设备以对所述结构作业。随着结构的尺寸增大，作业设备反而更经常地被带到结构处，以在选定区或作业空间中对所述结构作业。在完全自动化和灵活的制造环境中，本公开的示例实施可以通过观看施加于结构(例如大尺寸结构)的一个或更多个标记使作业设备能够将其坐标***对准待作业的所述结构的坐标***。
根据示例实施的一个方面，所述激光标记***包括激光源和转向组合件，所述激光源经配置发出激光束，所述转向组合件经配置使激光束转向到待作业的结构上。所述激光标记***还包括连结到所述激光源和转向组合件的计算机***。所述计算机***经配置引导所述激光源的操作，以发出具有一个或更多个可控参数的激光束，从而将持久标记施加于所述结构。所述计算机***还经配置引导所述转向组合件的操作，以将所述激光束转向到所述结构上施加所述标记处的已知位置，相应位置具有与对所述结构作业处的作业位置的已知关系。
在一个示例中，所述转向组合件可以包括连结到反射镜的检流计，所述反射镜经配置反射所述激光束。所述检流计和反射镜可以是可控旋转的，以使所述激光束在特定方向转向。并且所述转向组合件可以包括连结到所述计算机***和检流计的光电旋转编码器，并且光电旋转编码器经配置测量所述检流计的角位置。在这方面，所述计算机***可以经配置基于测量结果确定所述激光束在所述结构上的位置，以及基于所确定的位置将所述激光束转向到已知的位置。
在一个示例中，所述激光标记***可以进一步包括(第一)照相机，其连结到所述计算机***以及经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像和包括所述结构上的或靠近所述结构的一个或更多个目标。或所述激光标记***可以包括激光扫描仪，其经配置测量所述结构表面上的点，根据所测量的点，所述结构的3D模型是可生成的。在这个示例中，所述计算机***可以经配置处理所述图像或3D模型，以确定所述结构的布置，以及定位基于所述结构的布置施加所述标记处的已知位置。
在一个示例中，所述已知位置可以是预期位置，并且在至少一种情况下所述标记可以偏离所述预期位置。在这个示例中，所述激光标记***可以进一步包括(第二)照相机，其连结到所述计算机***并且所述(第二)照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像和包括所述预期位置和标记。所述计算机***可以经配置处理所述图像，以定位所述预期位置，以及确定所述标记与所定位的预期位置的偏移。
在进一步示例中，所述(第二)照相机可以具有所述转向组合件可转向的视场，以及所述计算机***可以经配置引导所述转向组合件的操作，以使所述视场转向到所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标被定位在其中的一个或更多个区域。对于所述(一个或更多)区域，所述(第二)照相机可以经配置捕捉所述结构的至少一部分的一个或更多个图像以及包括所述目标。并且所述计算机***可以经配置处理所述图像，以确定所述结构的布置，以及定位基于所述结构的布置施加所述标记处的已知位置。
在一个示例中，所述激光标记***可以进一步包括第二激光源，所述第二激光源经配置在发出所述激光束之前在所述位置将激光图像投影到所述结构上，以在相应位置将持久标记施加到所述结构。
在某些示例中，所述激光标记***可以进一步包括连结到所述计算机***的一个或更多个计量***，并且包括激光***、测距传感器或振动传感器中的一个或更多个。所述激光***可以经配置将一个或更多个可转向激光束投影到在已知位置在所述结构上或靠近所述结构的反光/回射目标上，以及提供从所述目标反射的一个或更多个光束的测量，用于确定所述结构的布置。所述测距传感器可以经配置提供所述激光标记***与结构之间的距离测量结果，以用于所述激光源操作的初始焦点或焦距的计算或所述焦距的动态调整。所述振动传感器可以经配置提供所述结构或包括布置在其上的振动传感器的激光标记***的振动的测量结果，用于补偿所述结构或激光标记***的振动运动。
根据示例实施的另一个方面，所述作业设备包括经配置在结构上的作业位置对所述结构作业的工具，所述结构具有在已知位置所施加的标记，已知位置与作业位置具有已知关系。所述作业设备可以包括计算机***，其连结到所述工具和经配置确定所述结构的布置以及根据所述结构的布置，将所述工具安置为与所述作业位置至少局部对准。在至少一种情况下，所述工具可以与偏离所述作业位置的第二位置对准。所述作业设备可以进一步包括(第二)照相机，所述(第二)照相机连结到所述计算机***并且经配置捕捉所述结构的至少一部分的(第二)图像并包括所述标记，以及进一步包括与所述工具对准的第二位置。接着，所述计算机***可以经配置处理所述图像以定位所述作业位置，从所述第二位置重新安置所述工具并重新安置为与所定位的作业位置更对准，以及控制所述重新安置的工具在所定位的作业位置对所述结构作业。
在一个示例中，所述照相机是经配置捕捉第二图像的第二照相机。在这个示例中，所述作业设备可以进一步包括连结到所述计算机***的第一照相机，并且所述第一照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的第一图像并且包括所述结构上的或靠近所述结构的一个或更多个目标。接着，所述计算机***可以经配置处理所述第一图像，从而确定所述结构的布置。
在一个示例中，所述作业设备可以进一步包括连结到所述计算机***并包括端部执行器和所述工具的可移动端部执行器组合件。在这个示例中，所述照相机可以被固定到所述端部执行器组合件。还在这个示例中，所述计算机***可以经配置安置所述端部执行器组合件以及从而安置所述工具，以及所述照相机从而也被安置，使得所述照相机的视场包围所述标记。
在一个示例中，所述(第二)照相机具有划分为增加尺寸的多个同心区的视场，多个同心区围绕与所述工具对准的所述第二位置。在这个示例中，所述区包括限定可接受偏移量的第一区，以及限定不可接受偏移量的位于第一区外侧的更大第二区。还在这个示例中，在所定位的作业位置在所述第一区内的情况下，所述计算机***可以经配置控制所述工具对所述结构作业，而不需要重新安置，或在所定位的作业位置在所述第二区内的情况下，在控制所述工具对所述结构作业之前重新安置所述工具。
在示例实施的其他方面，提供用于对结构施加标记以及基于所述标记定位所述结构或所述结构上的位置的方法。本文所述特征、功能和优点可以在本公开的各个示例实施中单独实现，或可以在其他示例实施中组合实现，其进一步细节可以通过参照下列具体实施方式和附图了解到。
根据本公开的方面，提供激光标记***，其包括：激光源，所述激光源经配置发出激光束；转向组合件，所述转向组合件经配置使所述激光束转向到待作业的结构上；以及连结到所述激光源和转向组合件的计算机***，所述计算机***经配置引导所述激光源的操作，使所述激光源发出具有一个或更多个可控参数的激光束，以施加持久标记到所述结构，其中所述计算机***还经配置引导所述转向组合件的操作，将所述激光束转向到施加所述标记处的所述结构上的已知位置，相应位置具有与对所述结构作业处的作业位置的已知关系。有利地，所述激光标记***是一种其中的转向组合件包括下列装置的***，其中所述转向组合件包括：连结到经配置反射激光束的反射镜的检流计，所述检流计和反射镜被可控旋转以将所述激光束转向到特定方向；以及连结到所述计算机***和检流计以及经配置测量所述检流计角位置的光电旋转编码器，以及其中所述计算机***经配置基于所述测量结果确定所述激光束在所述结构上的位置，以及基于所确定的位置，将所述激光束转向到已知的位置。有利地，所述激光标记***进一步包括：连结到所述计算机***的照相机或激光扫描仪，所述照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标，以及所述激光扫描仪经配置测量结构表面上的点，所述结构的3D模型利用所测量的点是可生成的，其中所述计算机***经配置处理所述图像或3D模型以确定所述结构的布置，以及定位基于所述布置施加所述标记处的所述已知位置。有利地，所述激光标记***是其中的已知位置是预期位置的***，并且在至少一种情况下所述标记偏离所述预期位置，以及其中所述激光标记***进一步包括：照相机，其连结到所述计算机***以及经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括预期的位置和标记，其中所述计算机***经配置处理所述图像以定位所述预期位置，以及确定所述标记离所定位的预期位置的偏移量。有利地，所述激光标记***是其中的照相机具有通过所述转向组合件可转向的视场的一个***，所述计算机***经配置引导所述转向组合件的操作，将所述视场转向到所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标被定位在其中的一个或更多个区域，其中对于所述一个或更多个区域，所述照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的一个或更多个图像并包括所述一个或更多个目标，以及其中所述计算机***经配置处理所述一个或更多个图像，以确定所述结构的布置，以及基于所述布置定位所述标记施加于此处的所述已知位置。有利地，所述激光标记***进一步包括：第二激光源，所述第二激光源经配置在发出所述激光束之前，将激光图像投影到所述位置的结构上，以将持久标记施加到所述结构的相应位置。有利地，所述激光标记***进一步包括：激光***，其经配置将一个或更多个可转向激光束投影到在已知位置所述结构上或靠近所述结构的回射目标上，以及提供从所述目标反射的一个或更多个光束的测量，用于确定所述结构的布置。有利地，所述激光标记***进一步包括：测距传感器，其经配置提供所述激光标记***与结构之间的距离测量结果，用于针对所述激光源操作的初始焦点或焦距的计算，或所述焦距的动态调整。有利地，所述激光标记***进一步包括：振动传感器，其经配置提供所述结构或包括布置在其上的振动传感器的所述激光标记***的振动的测量，用于补偿所述结构或激光标记***的振动运动。
根据本公开的另一个方面，存在一种作业设备，包括：工具，所述工具经配置在结构上的作业位置对所述结构作业，所述结构具有在已知位置所施加的标记，所述已知位置与所述作业位置具有已知的关系，连结到所述工具的计算机***，并且所述计算机***经配置确定所述结构的布置，以及根据所述布置将所述工具安置为与所述作业位置至少局部对准，在至少一种情况下所述工具与偏离于所述作业位置的第二位置对准；以及连结到所述计算机***的照相机，并且所述照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述标记，并且进一步包括与所述工具对准的第二位置，其中所述计算机***经配置处理所述图像以定位所述作业位置，从所述第二位置重新安置所述工具并安置为与所定位的作业位置更对准，以及控制所述重新安置的工具在所定位的作业位置对所述结构作业。有利地，所述作业设备是其中的照相机是经配置捕捉第二图像的第二照相机的作业设备，以及所述作业设备进一步包括：连接到所述计算机***的第一照相机，并且所述第一照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的第一图像并包括所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标，其中所述计算机***经配置处理所述第一图像，从而确定所述布置。有利地，所述作业设备进一步包括：连结到所述计算机***并包括端部执行器和所述工具的可移动端部执行器组合件，其中所述照相机被固定到所述端部执行器组合件，以及其中所述计算机***经配置安置所述工具包括经配置安置所述端部执行器组合件以及从而安置所述工具，所述照相机从而也被安置，使得所述照相机的视场包围所述标记。有利地，所述作业设备是其中的照相机具有划分为增加尺寸的、围绕与所述工具对准的第二位置的多个同心区的视场的作业设备，所述区包括限定可接受偏移量的第一区，以及限定不可接受偏移量的位于所述第一区外侧的更大第二区，以及其中在所定位的作业位置在所述第一区内的情况下，所述计算机***经配置控制所述工具对所述结构作业而不需要重新安置，或在所定位的作业位置在所述第二区内的情况下，在控制所述工具对所述结构作业之前重新安置所述工具。
根据本公开的又一方面，其提供的方法包括：引导激光源的操作以发出激光束到待作业结构上，所发出的激光束具有一个或更多个可控参数，从而将持久标记施加于所述结构，以及引导转向组合件的操作，将所述激光束转向到所述结构上施加所述标记处的已知位置，相应位置具有与对所述结构作业处的作业位置的已知关系。有利地，所述方法是一种这样的方法，其中引导所述转向组合件的操作包括：可控旋转连结到经配置反射激光束的反射镜的检流计，所述检流计和反射镜被可控旋转，以将所述激光束转向到特定方向；以及通过连结到检流计的光电旋转编码器测量所述检流计的角位置；以及基于测量结果确定所述激光束在所述结构上的位置，以及基于所确定的位置，将所述激光束转向到已知的位置。有利地，所述方法进一步包括：捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标，或测量结构表面上的点，根据所测量的点，所述结构的3D模型是可生成的；以及处理所述图像或3D模型以确定所述结构的布置，以及定位基于所述布置施加所述标记处的所述已知位置。有利地，所述方法是其中的已知位置是预期位置的方法，以及在至少一种情况下所述标记偏离于所述预期位置，以及其中所述方法进一步包括：捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括预期的位置和标记；以及处理所述图像以定位所述预期位置，以及确定所述标记与所定位的预期位置的偏移量。有利地，所述方法是其中由具有由所述转向组合件可转向的视场的照相机捕捉图像的方法，以及所述方法进一步包括：引导所述转向组合件的操作，以将所述视场转向到所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标被定位在其中的一个或更多个区域；对于所述一个或更多个区域捕捉所述结构的至少一部分的一个或更多个图像并且包含所述一个或更多个目标；以及处理所述一个或更多个图像，以确定所述结构的布置，以及定位基于所述布置施加所述标记处的所述已知位置。有利地，所述方法进一步包括：在发出所述激光束之前将激光图像投影到所述结构的位置，以将持久标记施加到所述结构的相应位置。有利地，所述方法进一步包括：将一个或更多个可转向激光束投影到在已知位置的所述结构上或靠近所述结构的回射目标上，以及提供从所述目标反射的一个或更多个光束的测量结果，以用于所述结构的布置的确定。有利地，所述方法是其中的激光源和转向组合件是激光标记***的组件的方法，并且其中所述方法进一步包括：提供所述激光标记***与结构之间的距离测量结果，以用于所述激光源操作的初始焦点或焦距的计算，或所述焦距的动态调整。有利地，所述方法是其中的激光源和转向组合件是激光标记***的组件的方法，以及其中所述方法进一步包括：振动传感器提供对所述结构或包括被布置在其上的振动传感器的所述激光标记***的振动的测量，用于补偿所述结构或激光标记***的振动运动。
根据本公开的又一方面，其提供用于确定结构的布置的方法，其中所述结构具有在已知位置施加于所述结构的标记，所述已知位置与所述结构上的作业位置具有已知的关系；根据所述布置将工具安置为与所述作业位置至少局部对准，在至少一种情况下所述工具与偏离于所述作业位置的第二位置对准；捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述标记，以及进一步包括与所述工具对准的第二位置；以及处理所述图像以定位所述作业位置，从所述第二位置重新安置所述工具并安置为与所定位的作业位置更对准，以及控制所述重新安置的工具在所定位的作业位置对所述结构作业。有利地，所述方法是其中所述图像是由第二照相机捕捉的第二图像的方法，以及其中确定所述布置包括：通过第一照相机捕捉所述结构的至少一部分的第一图像并包括所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标；以及处理所述第一图像，从而确定所述布置。有利地，所述方法是其中可移动端部执行器组合件包括端部执行器和所述工具的方法，其中所述图像通过被固定到所述端部执行器组合件的照相机进行捕捉，以及安置所述工具包括安置所述端部执行器组合件以及从而安置所述工具，所述照相机从而也被安置，使得所述照相机的视场包围所述标记。有利地，所述方法是其中图像通过具有划分为增加尺寸的多个同心区的视场的照相机进行捕捉的方法，同心区围绕与所述工具对准的第二位置，所述区包括限定可接受偏移量的第一区，以及限定不可接受偏移量的位于所述第一区外侧的更大第二区，以及其中重新安置所述工具并控制所述重新安置的工具对所述结构作业包括：在所定位的作业位置在所述第一区内的情况下，控制所述工具对所述结构作业而不需要重新安置，或在所定位的作业位置在所述第二区内的情况下，在控制所述工具对所述结构作业之前重新安置所述工具。
附图说明
因此，已概括地描述了本公开的示例实施，现参考附图，所述附图不一定按比例绘制，以及其中：
图1和2示出根据本公开的相应示例实施的***；
图3-6示出根据各种示例实施的相对于结构的结构标记***的相应设置；
图7示出根据一个示例实施的激光标记***；
图8示出根据一个示例实施的旋转编码器；
图9示出根据一个示例实施的作业设备；
图10示出根据一个示例实施的照相机的视场；
图11-16示出根据其他相应示例实施的激光标记***；
图17示出装置，所述装置根据各种示例实施可以经配置作为或另外实施一个或更多个***、作业设备或其组件；
图18和19是描述在根据各种示例实施的方法中各种步骤的流程图；
图20示出根据一个示例实施的航空器制造和维护方法的流程图；以及
图21示出根据一个示例实施的航空器的框图。
具体实施方式
在下文中，通过参考附图，将更全面描述本公开的某些实施，其中示出了某些而非所有的本公开的实施。事实上，本公开的各种实施可以在许多不同形式中体现，其不应构成对本文所阐述的实施的限制；相反，本公开提供的这些示例实施使得本公开彻底和完整，并且将全面地给本领域技术人员表达本发明的范围。自始至终相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出根据本公开的一个示例实施的***100。如图所示，***100可以包括结构标记***102和作业设备104，该作业设备104对在一个或更多个作业空间，例如制造或生产作业空间108中的一个或更多个结构106(例如，航空器部件)操作。在某些示例中，结构标记***102和作业设备104可以分开封装；或在其他示例中，结构标记***102和作业设备104可以共同位于集成封装中。
结构标记***102通常可以经配置而施加一个或更多个持久标记110，例如线性测量标记(例如，类似于标尺)、基准标记等，以用于精确的结构定位和/或取向，(一个或更多)标记在相应的一个或更多个已知位置112处被施加于结构106。出于简化，图1示出一个标记110在相应位置112的施加，虽然可以施加更多个标记。进一步地，标记110可以具有若干不同的几何形状，例如圆形、多边形(例如，三角形、矩形、正方形、星形)等中的任意一个。
在一个示例中，结构标记***102经配置基于包括限定结构106和指定位置112的信息的文件114，确定结构106上施加标记110的位置112。虽然被称为“文件”，但是应当理解，本文的这个和任何其他文件可以以若干不同方式中的任意一种进行格式化，例如以一个或更多电子文件、一个或更多个数据库等的方式。
作业设备104通常经配置对结构106作业，以及可以包括用于在结构106上的一个或更多个作业位置118对结构106作业的一个或更多个工具116(一个作为示例被示出)。结构106可以具有在已知位置112所施加的标记110，该已知位置112具有与作业位置118的已知关系。在某些示例中，作业位置118可以与所标记的位置112一致或根据所标记的位置112确定。作业设备104可以包括计算机***120，计算机***120经配置确定结构106的位置和方向，从而确定其布置(由所述结构的位置和方向限定)。接着，计算机***120可以经配置根据所述结构的布置，将工具116安置为与作业位置118至少局部对准。不过在某些情况下，所安置的工具116仍然可以与作业位置118至少轻微偏离。即，工具116可以与偏移于作业位置118的另一个(第二)位置122对准。
根据本公开的示例实施，作业设备104可以包括照相机124(例如，数字照相机、激光照相机、红外照相机、热成像照相机、深度感知或测距照相机、立体照相机)，该照相机124经配置捕捉结构106的至少一部分的图像并包括标记110。计算机***120可以经配置引导照相机124捕捉图像，在某些示例中，所述图像也可以包括与工具116对准的其他位置122。计算机***120可以处理所述图像，以更加精确地在结构106上定位作业位置118。接着，计算机***120可以从其他位置122重新安置工具116并将其安置为与所定位的作业位置118更对准。接着，计算机***120可以控制所述重新安置的工具116，使其在相应位置118对结构106作业。
作业设备104可以经配置以若干不同方式中的任意一种对结构106作业，其中对所述结构作业的每一种情况通常包括一个或更多个制造或生产操作。在某些示例中，作业设备104可以包括适当的工具116，工具116用于在作业位置118钻孔，在相应位置118的孔中安装紧固件等。在另一个示例中，作业设备104可以包括适当的工具116，工具116沿包括作业位置118的线切割结构106。在又一个示例中，作业设备104可以包括适当的工具116，工具116用于确定/找出包括作业位置118的结构106的一部分。
如图1所示，结构标记***102和作业设备104可以在公共作业空间108对结构106操作。然而，图2示出另一个例子，其中结构标记***102和作业设备104中的每一个可以在相应的作业空间108对结构106操作。如图2所示，在这个其他示例中，结构标记***102可以经配置在第一作业空间200(例如，制造作业空间)中对结构106施加标记110。其后，结构106可以被运到和放置在第二作业空间202，在此作业设备104可以经配置安置其工具116并且对结构106作业。
结构标记***102和结构106可以以若干不同方式中的任意一种被设置，以实施所述标记施加。例如，如图3所示，结构标记***102可以被装配在机床300上，机床300经配置从原材料302加工结构106。合适的机床300的示例包括铣床、车床、钻床等。在另一个示例中，如图4所示，机器人可以包括具有端部执行器402(例如，可拆卸的端部执行器)的可移动臂400，结构标记***102可以被装配在该端部执行器402上并相对于被加工结构106移动。图5示出另一个示例，其中结构标记***102可以被装配在固定头顶***500上，结构106在该固定头顶***500下面是可移动的或以其他方式通过可移动支撑件502运载。相反，图6示出结构标记***102可以被装配在可移动头顶***600上的示例，该可移动头顶***600可以经配置在结构106上方移动，该结构106可以是固定的或以其他方式通过固定支撑件602运载。
结构标记***102可以经配置根据若干不同工艺中的任意一个在结构106上的位置112施加标记110。合适工艺的示例包括激光标记、化学蚀刻、光蚀刻、喷墨印刷、机械冲压、铭牌、铸造/成型、气动针或点喷丸标记、振动铅笔、CO2激光掩模标记等。图7示出根据一个示例实施的激光标记***700，并且该激光标记***700可以是图1的***100的结构标记***102的一个示例。如图所示，激光标记***700包括激光源702，激光源702经配置发出通过透镜组合件706(例如，物镜)和到结构708(例如，结构106)上的激光束704。
激光标记***可以包括转向组合件710，转向组合件710经配置使激光束704转向到结构708上。如图所示，例如，转向组合件710可以包括第一和第二检流计712、714，第一和第二检流计712、714通过例如检流计712、714的相应第一和第二检流计轴720、722连结到相应的第一和第二反射镜716、718。所示出的转向组合件710能够使激光束704在封套724内在多个方向(例如，笛卡儿x、y坐标)转向。在其他示例中，转向组合件710可以只包括使激光束704在x或y方向中任一个方向转向的第一检流计712和反射镜716，或第二检流计714和反射镜718。并且在某些示例中，透镜组合件706可以包括动态聚焦模块(DFM)，以进一步使激光束704能够在z方向转向。
激光源702可以连结到经配置管理其操作的激光控制器726。同样，转向组合件710可以包括连结于检流计712、714并经配置分开管理或一起管理其操作的一个或更多个检流计控制器728。如图所示，激光标记***700还可以包括连结于控制器726、728的计算机***730。计算机***730可以经配置引导激光源702和检流计712、714的操作，以使激光束704从激光源702转向。在某些示例中，包括其每一个组件的激光标记***700可以相对于结构708被设置在一起(例如，图3-6)。在其他示例中，计算机***730可以与其他组件分开布置，以及可以经配置通过有线或无线与其他组件通信。
在操作中，计算机***730可以向激光控制器726传送控制信号，激光控制器726可以接收所述控制信号并促使激光源702发出具有一个或更多个可控参数例如功率、波长等的激光束704。激光束704可以被引导通过透镜组合件706并且到第一反射镜716上，反射到第二反射镜718上，以及照射到结构708上。计算机***730可以向检流计控制器728传送一个或更多个附加的控制信号。检流计控制器728可以接收所述附加的控制信号并且可控地安置检流计712、714，检流计712、714依次可控安置相应的反射镜716、718，以使激光束704转向。在一个示例中，每一个检流计712、714可以被控制在大约40°的范围内旋转到任何位置。激光束704从而以在x和y方向的预期角度范围的被控矢量方向离开第二反射镜718。
为了使激光标记***700以增加的精度转向激光束704，第一和第二检流计712、714可以连结到相应的第一和第二位置反馈编码器732、734，例如绝对光电旋转编码器(透射式或反射式)。编码器732、734可以连结到经配置分开或一起管理其操作的一个或更多个编码器控制器736。位置反馈编码器732、734可以经配置测量检流计712、714或更具体地，其相应轴720、722的角位置，以及经由编码器控制器736向计算机***730传送所述角位置测量值。计算机***730可以经配置基于所述角位置测量值，依次确定激光束704在结构708上的位置(例如，笛卡尔x、y坐标)，以及基于所确定的位置使激光束704转向到已知的位置112。在某些示例中，激光标记***700可以包括帮助引导激光束704到结构704上的其他光学组件(例如，潜望镜、棱镜等)，其能够实现激光束704的视线和视线之外的安置。
图8示出根据一个示例实施的透射式光电旋转编码器800，并且其可以是图7的激光标记***700的位置反馈编码器732、734的一个示例。如图所示，旋转编码器800包括具有在其圆周布置的一个或更多个代码图案804的圆形、透明且可旋转的编码器板802(有时候被称为盘)。旋转编码器800还包括在编码器板802的相应相对侧810a、810b上彼此对准的光源806(例如，发光二极管)和光电检测器808，光源806和光电检测器808相对于编码器板802的旋转保持静止。光源806可以经配置使光束810直接发射到编码器板802上，或如图所示通过聚光器组合件812。激光束810可以照射到与光源806对准的代码图案804的一部分上，以及基于所述图案的密度，一定量的光810可以穿过代码图案804，以及依次穿过透明编码器板802。穿过编码器板802的光810的量可以通过光电检测器808直接进行检测，或如图所示，通过固定掩膜814进行检测。并且光电检测器808可以经配置产生表示穿过编码器板802的光量大小的电信号。
还如图所示，编码器板802可以被安装在可旋转轴816上，可旋转轴816进而可以被安装到检流计轴818(例如，轴720，722)。从而这可以提供与检流计轴818以及被连结于该检流计轴818的其反射镜(例如，反射镜716，718)的旋转一致的编码器板802的旋转。在反射镜改变位置时，编码器板802可以旋转，从而增大或减小由光电检测器808检测到的光束的强度。代码图案804可以被设计为指示编码器板802的绝对位置，并且轴816和818可以彼此连结，其相应的编码器板802和反射镜处于相对彼此的已知位置。检测到的光束814的强度从而可以提供编码器板804的位置的指示，这进而可以提供连结于检流计轴818的反射镜的位置指示。
返回图7，激光源702可以包括能够产生激光束704的若干不同类型激光器中的任意一种，进而该激光束704能够产生在结构708上的位置740(例如，位置112)处的标记738(例如，标记110)。合适的激光器类型示例包括气体激光器(例如，CO激光器、CO2激光器、准分子激光器)、固态激光器(例如，Nd：YAG激光器)、半导体激光器、光纤激光器等。激光标记***700可以经配置根据若干不同激光标记工艺中的任意一种对结构708标记，所述工艺可以通过控制激光源702的激光束704的参数(例如，功率、波长)而变化。在某些示例中，合适的激光标记工艺可以取决于形成结构708的材料。某些合适材料的示例包括金属(例如，不锈钢、铝、金、银、钛、青铜、铂、铜)、塑料制品(例如，ABS、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、具有激光添加剂的塑料制品)、涂覆金属、涂覆塑料、涂料、木材、玻璃、纤维复合材料、金属箔、薄膜、包装、层压制品等。
合适激光标记工艺的示例包括激光雕刻、去除、染色、退火和发泡。激光雕刻通常包括使用激光束704熔化和汽化结构708的表面，以产生在表面中的印痕。去除通常包括通过使用激光束704去除施加于结构708的表面的一个或更多个顶涂层，在所述顶涂层和结构708具有不同颜色的情况下，这可以产生对比。染色通常包括，激光束704生成引起结构708表面上的化学反应的热效应，这会导致表面的变色。根据各种染色工艺，光束能量可以被调整，以改变涂层的表面特性，虽然所反射的能量也可以用于这个目的。
在退火工艺中，激光束704的热效应可以引起结构708的表面下的氧化，这会导致所述表面的变色。发泡工艺通常使用激光束704熔化结构708，在其表面产生气泡。所述气泡可以散射光，以产生比表面的其他区域颜色浅的区域。
计算机***730可以经配置控制来自激光源702的激光束704的参数，以根据预期的标记工艺在结构708上施加标记738。计算机***730还可以经配置根据可以限定在结构708上施加标记738的位置的扫描图案控制检流计712、714。计算机***730可以手动或自动操作以控制检流计712、713，从而施加标记738。
在一个示例中，计算机***730可以连结到工程师站742或经配置实施工程师站742，该工程师站742可以与激光标记***700布置在一起或分开布置并(通过有线或无线)与激光标记***700通信。工程师站742可以经配置执行适当的软件，例如Unigraphics、CATIA或另一种CAD/CAM类型应用程序，以允许用户(例如，设计工程师)创建有关结构708的设计主文件744。设计主文件744可以规定与限定结构708的结构几何形状(例如，点、角、线)相关的结构边缘信息。在一个示例中，所述结构边缘信息可以包括用于结构708的每一个边缘的信息，在曲线图中可连接以形成所述边缘的图像的一系列点对象。
设计主文件744还可以包括校正点信息，结构708的布置通过所述校正点信息可以被确定，以实现激光束704与施加标记738处的位置740的精确对准。如下面所解释的，该信息还可以实现对结构708作业的工具(例如，工具116)的对准。在一个示例中，校正点信息可以提供结构708上或靠近结构708的多个目标的已知位置。在各个示例中，这些目标可以包括结构708的拐角、边缘或其他特征，其可以与标记738不同。
设计主文件744还可以规定用于标记结构708和对结构708作业的位置信息。所述位置信息可以识别在此处标记结构708的一个或更多个位置740。所述位置信息还可以识别用于对所述结构作业的一个或更多个作业位置746，例如用于钻孔、安装紧固件、切割、路由选择等的位置。在一个示例中，所述位置信息可以通过绝对坐标(例如，笛卡尔x、y、z坐标)，或相对于要被标记和作业的结构708的一个或更多个拐角、边缘或其他特征的坐标或距离提供。如上面所解释的，作业位置746可以与标记738一致或以其他方式根据在其已知位置740的标记738可确定。因此，在一个示例中，作业位置746可以通过相对于一个或更多个标记738的坐标或距离提供。
不管设计主文件744的确切内容，工程师站742、计算机***730或连结于工程师站742或计算机***730中的任一个或两个的另一个设施可以处理和/或重新格式化设计主文件744，以产生一个或更多个激光标记输出文件748(例如，文件114)。激光标记输出文件748可以包括计算机***730所理解的格式的结构边缘信息、校正点信息以及用于标记结构708的位置信息。在某些示例中，激光标记输出文件748还可以包括激光束704的参数，以实施预期标记工艺。在其他示例中，计算机***730可以单独接收所述参数，或激光源702可以经更直接配置产生具有所述参数的激光束704。
在某些示例中，激光标记输出文件748可以从工程师站742或其他设施转移到计算机***730(下载或上传)。在其他示例中，设计主文件744可以从工程师站742转移到计算机***730(下载或上传)，其中计算机***730自身产生激光标记输出文件748(或促使其他设施产生激光标记输出文件748)。一旦计算机***730已经接收(或产生)激光标记输出文件214，计算机***730可以使用激光标记输出文件742用于激光束704在结构708上的对准和投影，以在结构708上的位置740施加标记738。
图9示出根据一个示例实施的作业设备900(机电机器)，并且该作业设备900可以是图1的***100的作业设备104的一个示例。在一个示例中，作业设备900可以被实施为固定或移动机器人。如图所示，作业设备900可以包括具有端部执行器组合件904的臂902。端部执行器组合件904包括端部执行器906和与端部执行器906集成在一起或以其他方式固定到端部执行器906的工具908(例如，工具116)。端部执行器组合件904围绕一个或更多个轴(x、y、z)是可旋转的(直接地，或经由臂902)，以相对于结构910(例如，结构106、708)安置用于对结构910作业的工具908，如上面所解释的，端部执行器组合件904通常可以包括一个或更多个制造或生产操作(例如，钻孔、安装紧固件、切割、路由选择)。
作业设备900可以经配置在结构910上的一个或更多个作业位置912(例如，位置118，746)对结构910作业，一个或更多个作业位置912可以与在相应一个或更多个已知位置916(例如，位置112、740)的一个或更多个标记914(例如，标记110，738)一致，或以其他方式根据在相应一个或更多个已知位置916处的一个或多个标记914可确定。为了使所述作业设备能够将其工具908安置为与作业位置912对准，作业设备900还可以包括一个或更多个照相机，例如一个或更多个数字照相机、激光照相机、红外照相机、热成像照相机、深度感知或测距照相机、立体照相机或经配置捕捉电子图像的类似装置。如图所示，例如，作业设备900可以包括第一和第二照相机918、920，其经配置捕捉相应的第一和第二视场922、924内的相应图像。在某些示例中，第一照相机918可以在相对于作业设备900的固定位置，而第二照相机920可以被固定到端部执行器组合件904。
臂902、端部执行器906和/或工具908可以连结到经配置管理其操作的一个或更多个控制器926。作业设备900还可以包括连结到控制器926的计算机***928(例如，计算机***120)以及照相机918、920。计算机***928可以经配置引导照相机918、920捕捉和提供结构910的图像。计算机***928可以经配置处理所述图像以确定结构910的布置(位置和方向)以及定位在此处对结构910作业的作业位置912。计算机***928还可以经配置基于结构910的布置和作业位置912，引导控制器926将工具908安置为与作业位置912对准。并且计算机***928可以引导控制器926进而控制工具908在位置912对结构910作业。接着，对于任何其他作业位置912，相同或相似安置和作业工艺可以重复。
根据各个特定示例，计算机***928可以向第一照相机918传送控制信号，第一照相机918可以接收所述控制信号和捕捉覆盖第一视场922的结构910的第一图像，一个或更多个目标可以位于该第一视场922内。如上面所建议的，合适目标的示例包括结构910的拐角930、边缘932或其他特征。第一照相机918可以向计算机***928传送第一图像，计算机***928可以处理第一图像以确定结构910的布置。
在某些示例中，计算机***928可以连结到与工程师站742相同或类似的工程师站934或经配置实施工程师站934。类似于工程师站742，工程师站934可以与作业设备900设置在一起或与作业设备900分开设置并与其通信(通过有线或无线)。还类似于工程师站742，工程师站934可以用于创建与设计主文件744相同或类似的主设计文件936。如上所述，主设计文件936可以规定与结构几何形状有关的结构边缘信息，以及包括具有目标930、932的已知位置的校正点信息。在一个示例中，计算机***928可以通过使用主设计文件936处理第一图像。
在一个示例中，除了或代替第一照相机918以外，作业设备900可以包括激光扫描仪938(例如，3D扫描器)。在这个示例中，激光扫描仪926可以起类似于第一照相机918的作用，使得计算机***928能够确定结构910的布置。激光扫描仪938可以经配置扫描结构910和提供结构910的表面上的点的测量值。激光扫描仪938可以向计算机***928传送所述测量值，计算机***928可以处理所述测量值以生成结构910的点云或其他3D模型。计算机***928可以接着处理所述3D模型以确定结构910的布置。并且与之前类似，在一个示例中，计算机***928可以通过使用主设计文件936处理所述测量值或3D模型。
还如上所述，主设计文件936还可以规定识别作业位置912的位置信息。在一个示例中，计算机***928可以向控制器926传送附加的控制信号，以基于结构910的布置和作业位置912安置工具908。在这方面，控制器926可以接收所述控制信号并且可控地安置端部执行器组合件904，从而将工具908可控安置为与位置912至少局部对准。不过在某些情况下，所安置的工具908仍然可以与作业位置912有至少轻微偏离。即，工具908可以与从作业位置912偏移的另一个位置940(例如，位置122)对准。
根据示例实施，第二照相机920(例如，照相机124)能够重新安置工具908，以移动其与其他位置940的对准到作业位置912(或更靠近作业位置912)。在某些示例中，计算机***928可以向第二照相机920传送控制信号，第二照相机920可以接收所述控制信号以及捕捉覆盖第二视场924的结构910的第二图像，标记914可以位于该第二视场924内，以及第二视场924还可以包括其他位置940。第二图像从而可以包括标记914。在第二照相机920可以被固定到端部执行器组合件904的一个示例中，第二视场924可以比第一视场922小。在这个示例中，被安置为即使与作业位置912不对准的工具908还可以安置第二照相机920，以便其视场924包含标记914。第二照相机920可以向计算机***928传送第二图像，计算机***928可以处理所述第二图像以更精确地在结构910上定位作业位置912。在一个示例中，标记914的几何形状可以指示对结构910作业的方式，以及在这个示例中，计算机***928可以进一步处理所述第二图像以确定对结构910作业的相应方式。在某些示例中，主设计文件936的位置信息除了识别作业位置912以外，可以进一步识别标记914的位置916。在这些示例中，计算机***928可以通过使用主设计文件936再次处理所述第二图像。
在定位作业位置912后，计算机***928可以向控制器926传送进一步的控制信号，基于所定位的作业位置912重新安置工具908。与之前所述类似，控制器926可以接收所述控制信号并且可控地安置臂902和/或端部执行器组合件904，从而将工具908可控安置为与位置912更对准。在相同或其他控制信号中，计算机***928还可以引导控制器926进而控制工具908在位置912对结构910作业。在某些示例中，根据标记914的几何形状所指示的方式，控制器926可以被指示控制工具908对结构910作业。接着，用于任何其他作业位置912的相同或相似安置和作业工艺可以重复。
在某些示例中，计算机***928可以经配置在工具908的对准位置940到作业位置912的偏移大于预定阀值的情况下重新安置工具908。图10示出第二照相机920的视场924，并且包括位置940，工具908与位置940，而不是作业位置912对准。视场924可以被划分为增加尺寸的围绕所对准位置940的多个同心区，在一个示例中，所述多个同心区包括第一区1000、位于第一区100外侧的更大第二区1002以及位于第二区1002外侧的甚至更大第三区1004。所述区可以根据针对对准位置940与作业位置912的可接受偏移量或不可接受偏移量的预期阀值设定大小。例如，第一区1000可以限定可接受的偏移量，以及第二和第三区1002、1004可以限定不可接受的偏移量。
在作业位置912在第一区1000内的情况下，作业设备900可以控制工具908对结构910作业而不需要重新安置。相反，在作业位置914在第二区和/或第三区1002、1004内的情况下，作业设备900可以反而在对结构910作业之前重新安置工具908。在一个或更多个特定示例中，作业设备900可以在作业位置912在第二区1002内的情况下，重新安置工具908。在所述作业位置在第三区1004内的情况下，除了或代替重新安置工具908以外，作业设备900还可以向操作员产生视觉和/或听觉的误差通知。
如图9所示及所描述的，作业设备900可以包括用于布置结构910和将工具908安置和/或重新安置为与结构910的作业位置912对准的照相机918和920。在某些示例中，激光标记***700可以进一步包括使激光标记***700同样布置结构708，以及进一步使激光标记***700检查施加在相应的一个或更多个位置740的一个或更多个标记738的一个或更多个照相机。图11示出类似于图7激光标记***的激光标记***1100的一个示例，但是进一步包括连结于计算机***730并经配置捕捉相应的第一和第二视场1106、1108内的相应图像的第一和第二照相机1102、1104。在某些示例中，第一视场1104可以被固定，而第二视场1106是可转向的。在所示示例中，第二照相机1104可以被安置，其视场1108被引导到与激光束704成直线的滤光器1110的。滤光器1110可以经配置穿过光束704，以及向第二照相机1104反射光。在这个示例中，第二视场1108可以以与激光束704类似的方式通过转向组合件710可转向。
在类似于上述关于图9的方式中，计算机***730可以经配置引导第一照相机1102捕捉和提供包括一个或更多个目标，例如结构708的拐角1112、边缘1114或其他特征的该结构708的第一图像。类似于作业设备900，在一个示例中，除了或代替第一照相机1102以外，激光标记***1100可以包括激光扫描仪1116(例如，3D扫描器)。类似于激光扫描仪938，激光扫描仪1116可以经配置扫描结构708和提供结构708的表面上的点的测量结果，计算机***730利用所述测量结果可以生成结构708的点云或其他3D模型。计算机***730可以处理所述第一图像或3D模型以确定结构708的布置(位置和方向)。
计算机***730可以基于所述结构的布置定位施加标记738处的位置740，以及引导转向组合件710将激光束704安置为与相应的位置740对准。以及计算机***730可以引导激光控制器726进而控制激光源702，以产生将标记738施加于位置740处的激光束704。接着，对于任何其他标记738的，相同或相似安置和标记工艺可以重复。
在激光标记***1100施加标记738时或施加标记738之后，激光标记***1100可以使用第二照相机1104检查所施加的标记738，例如所施加标记738的固有几何形状、位置等。在某些示例中，标记738可以被施加于偏离于其预期位置740(参见作业位置912)的另一个位置(参见位置940)。接着，以类似于上述参照图9的方式，计算机***730可以经配置引导第二照相机1004捕捉和提供可以包括预期位置704和施加于其他位置处的标记的第二图像。计算机***730可以经配置处理所述第二图像，以在结构708上精确定位预期位置740，以及确定标记738与所定位的预期位置740的任何偏移量。在某些示例中，在预定阀值内(例如，在第一区1000内)的偏移量可以认为是可接受的，而计算机***730可以在所述偏移量大于所述预定阀值的情况下(例如，在第二区或第三区1002、1004内)，向操作员产生视觉和/或听觉的误差通知。
在其他示例中，类似于第二照相机1104的照相机不仅用于检查所施加的标记738，而且用于布置结构708。图12示出根据另一个示例实施的示例激光标记***1200。图12的激光标记***1200类似于图11的***1100，但是包括具有可转向的视场1204的单一照相机1202。在这个示例中，计算机***730可以引导转向组合件710将所述照相机的视场1204转向到一个或更多个目标可以被定位在其中的一个或更多个区域。与上面类似，合适目标的示例包括结构708的拐角1112、边缘1114或其他特征。所述计算机***可以引导照相机1202在每一个区域捕捉结构708的图像，所述计算机***利用所述图像可以以与上述类似但是利用第一图像的方式布置结构708。接着，可以在标记738施加于所述结构期间或之后使用相同的照相机1202。
在某些示例中，在施加标记738之前，激光标记***700、1100、1200可以进一步将位置740的临时激光图像投影到结构708上，这可以有助于在标记738施加之前该标记738的布置的视觉检查。图13示出可以与任何一个前述激光标记***700、1100、1200的实施相对应——但是显示为没有适当的照相机1102、1104、1202或滤光器1110的示例激光标记***1300。如图所示，激光标记***1300可以包括第二激光源1302，第二激光源1302经配置投影被引导到与激光束704成直线的滤光器1306(与滤光器1110相同或不同)的激光图像1304。滤光器1306可以经配置穿过光束704，以及反射激光图像1304。激光图像1304可以以类似于激光束704的方式通过转向组合件710转向。即，激光图像1304可以通过转向组合件710在封套1306内的多个方向转向，封套1306可以与封套724一致。在这个示例中，激光图像1304可以在激光束704之前转向到位置740，以及从而可以提供在标记738被施加之前的位置740的视觉指示。
在某些示例中，激光标记***700、1100、1200、1300可以进一步包括一个或更多个计量***，例如激光***、测距传感器、振动传感器等，这可以进一步促进结构708和/或标记738的布置。图14示出可以与任何一个前述激光标记***700、1100、1200、1300的实施相对应——但是显示为没有适当的照相机1102、1104、1202、滤光器1110或激光源1302的示例激光标记***1400。如图所示，激光标记***1400可以包括一个或更多个激光***1402，其经配置将一个或更多个可转向激光束1404转向到在已知位置的结构708上或靠近结构708的回射目标1406(与标记738不同)上。目标1406可以将(一个或多于一个)光束反射回到(一个或多于一个)激光***1402，这可以测量所反射的光束并向计算机***928提供所述测量结果。计算机***928可以处理激光***1402的测量结果，以确定结构708的布置。激光***1402可以提供非常精确的测量结果，利用所述测量结果，可以确定结构708的精确布置。包括激光***1402的示例对例如在大型和/或不规则结构708上的希望高精度标记的情况特别有益。
图15示出可以与任何一个前述激光标记***700、1100、1200、1300、1400的实施相对应——但是示出为没有适当的照相机1102、1104、1202、滤光器1110、激光源1302或激光***1404的示例激光标记***1500。如图所示，激光标记***1500可以包括一个或更多个测距传感器1502，其经配置提供激光标记***1500与结构708之间的距离测量结果，或更精确地，所述测距传感器与结构708之间的距离测量结果。合适测距传感器的示例包括激光测距仪、LiDAR(光检测和测距)传感器、声纳传感器、照相机或其它视觉传感器等。对于平直结构，测距传感器1502对于计算用于激光源702的操作的初始激光焦点或焦距是有用的。测距传感器1502对激光标记***1500在凹凸不平结构708上的各个点施加标记738时动态调整所述焦距也是有用的。
图16示出可以与任何一个前述激光标记***700、1100、1200、1300、1400、1500的实施相对应——但是显示为没有适当的照相机1102、1104、1202、滤光器1110、激光源1302或激光***1404或测距传感器1502的示例激光标记***1600。如图所示，激光标记***1600可以包括一个或更多个振动传感器1602，其经配置提供结构708的振动的测量结果，或激光标记***1600包括布置在其上的振动传感器1602。合适的振动传感器的示例包括若干不同类型的测振仪、激光多普勒测振仪(LDV)等中的任一个。振动传感器1602对补偿结构708和/或激光标记***1600的任何振动运动是有用的，这可以有助于标记738的精确施加。
根据本公开的示例实施，包括其结构标记***102和作业设备104的***100可通过各种手段实施。同样，包括其每一个相应组件的激光标记***700、1100、1200、1300、1400、1500和作业设备900的示例可以根据示例实施，通过各种手段实施。用于实施***100、700、1100、1200、1300、1400、1500、1600和作业设备900及其相应组件的手段可以包括硬件，所述硬件可以是单独的硬件或一个或更多个计算机程序代码指令，源自计算机可读存储介质的程序指令或可执行的计算机可读程序代码指令的指导下的硬件。
在一个示例中，可以提供经配置作为或以其他方式实施示例激光标记***700、1100、1200、1300、1400、1500、1600中任一个的控制器726、728、736、计算机***730和/或工程师站742中的一个或更多个的一个或更多个装置。同样，可以提供经配置作为或以其他方式实施示例作业设备900的控制器926、计算机***928和/或工程师站934中的一个或更多个的一个或更多个装置。在包括不止一个装置的示例中，相应装置可以以若干不同方式例如经由有线或无线直接或间接地彼此连接或以其他方式彼此通信。
现参照图17，其示出示例装置1700，示例装置1700可以经配置作为或以其他方式实施示例激光标记***700、1100、1200、1300、1400、1500、1600中任一个的前述组件的一个或更多个，和/或示例作业设备900的前述组件的一个或更多个。通常，本公开的示例实施的装置1700可以包括、包含或体现为一个或更多个固定或便携式电子设备。装置1700可以包括若干组件(例如，连接到存储器1704的处理器1702)的每一个中的一个或更多个。
处理器1702通常是能够处理信息例如像数据、计算机可读程序代码、指令等(一般是“计算机程序”，例如软件，固件等)，和/或其他合适电子信息的任何计算机硬件块。处理器由电子电路的集合组成，所述电子电路的某些可以封装为集成电路或多个互连集成电路(有时候集成电路更通常被称为“芯片”)。处理器1702可以经配置执行存储在处理器1702上或存储在(相同或另一个装置1700的)存储器1704中的计算机程序。
根据特定实施，处理器1702可以是若干处理器、多处理器核或某其他处理器类型。进一步地，处理器1702可以利用若干异构处理器装置实施，其中主处理器与一个或更多个从处理器存在于单个芯片上。作为另一个说明性示例，处理器1702可以是包括多个相同类型的处理器的对称多处理器装置。在又一个示例中，处理器1702可以具体化为一个或更多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或以其他方式包括上述电路。因此，虽然处理器1702能够执行计算机程序以完成一个或更多个功能，但是各种示例的处理器1702能够在不需要计算机程序辅助的情况下完成一个或更多个功能。
存储器1704通常是能够临时和/或持久存储信息例如像数据、计算机程序和/或其他合适信息的任何计算机硬件块。在一个示例中，存储器1704可以经配置在一个或更多个数据库中存储各种信息。存储器1704可以包括易失性和/或非易失性存储器，以及可以是固定的或可移动的。合适存储器1704的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器，闪存存储器、拇指驱动器、可移动的计算机磁盘、光盘、磁带或上述的某组合。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)、DVD等。在各种情况下，存储器1704可以被称为计算机可读存储介质，其作为能够存储信息的非暂态设备与计算机可读传输介质，例如能够从一个位置携带信息到另一个位置的电子暂态信号是可区别的。本文所述计算机可读介质一般是指计算机可读存储介质或计算机可读传输介质。
除了存储器1704以外，处理器1702还可以但不需要连接到一个或更多个接口用于显示、传送和/或接收信息。接口可以包括一个或更多个通信接口1706和/或一个或更多个用户接口。通信接口1706可以经配置传送和/或接收信息，例如向其他装置、网络等传送信息，和/或从其他装置、网络等接收信息。通信接口1706可以经配置通过物理(通过线路)和/或无线通信链路传送和/或接收信息。合适通信接口的例子包括网络接口控制器(NIC)、无线NIC等。
用户接口可以包括显示器1708和/或一个或更多个用户输入接口1710。显示器1708可以经配置向用户呈现信息或以其他方式向用户显示信息，该显示器的合适示例包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、等离子显示面板(PDP)等。用户输入接口1710可以是有线或无线的，并且可以经配置自用户接收信息到装置1700中，例如用于处理、存储和/或显示。用户输入接口1710的合适示例包括麦克风、图像或视频捕获设备、键盘或小键盘、操纵杆、触敏表面(与触摸屏分开或集成到触摸屏中)、生物传感器等。用户接口可以进一步包括用于与外设，例如打印机、扫描仪等通信的一个或更多个接口。
如上所指示的，程序代码指令可以存储在存储器中，并由处理器执行，以实施本文所述***、装置及其相应元件的功能。应当明白，任何合适程序代码指令可以从计算机可读存储介质加载到计算机或其他可编程装置上，以产生特定机器，使得所述特定机器成为实施本文指定功能的手段。这些程序代码指令还可以存储在计算机可读存储介质中，以引导计算机、处理器或其他可编程装置以特定方式起作用，从而生成特定机器或特定制造产品。存储在计算机可读存储介质中的指令可以生产制造产品，其中所述制造产品成为实施本文所述功能的手段。程序代码指令可以从计算机可读存储介质中检索并加载到计算机、处理器或其他可编程装置中，以配置计算机、处理器或其他可编程装置执行在所述计算机、处理器或其他可编程装置上待执行的操作或通过所述计算机、处理器或其他可编程装置执行的操作。
程序代码指令的检索、加载和执行可以连续执行，使得每次检索、加载和执行一个指令。在某些示例实施中，检索、加载和/或执行可以并行执行，使得多个指令一起进行检索、加载和/或执行。程序代码指令的执行可以产生计算机实施的过程，使得由计算机、处理器或其他可编程装置执行的指令提供用于实施本文所述功能的操作。
处理器指令的执行或在计算机可读存储介质中指令的存储支持用于执行指定功能的操作的组合。应当理解，一个或更多个功能以及功能的组合可以由执行具体功能的基于专用硬件的计算机***和/或处理器实施，或由专用硬件与程序代码指令的组合实施。
图18示出根据本公开的示例实施的方法1800中的各个步骤。方法1800可以包括捕捉待被作业的结构708的至少一部分的图像，以及包括结构708上或靠近结构708的一个或更多个目标1112、1114，如块1802所示。或在另一个示例中，所述方法可以包括测量该结构表面上的点，利用所述点，该结构的3D模型是可生成的。方法1800还可以包括处理该图像或3D模型，以确定结构708的布置，以及基于该结构的布置，定位在此处施加持久标记738的已知位置740，如块1804所示。在一个示例中，方法1800可以包括将激光图像投影到结构708上的位置740，如块1806所示。
方法1800可以包括引导转向组合件710的操作，以将激光束704转向到结构708上的施加标记738处的已知位置740，如块1808所示。相应的位置740可以具有与对结构708作业处的作业位置746的已知关系。方法1800可以包括引导激光源702的操作，使激光源702将激光束704发射到结构708上，如块1810所示。可以发出具有一个或更多个可控参数的激光束704，以施加持久标记738到结构708上。
在一个示例中，引导转向组合件710的操作可以包括可控旋转连结到反射镜716、718的检流计712、714，反射镜716、718经配置反射激光束704，检流计712、714和反射镜716、718可控旋转，使得激光束704以特定方向(例如，x、y)转向。在这个示例中，检流计712、714的角位置可以通过连结于检流计712、714的光电旋转编码器732、734进行测量。并且基于测量结果可以确定结构708上的激光束704的位置，以及激光束704可以基于所确定的位置转向到已知位置740。
在一个示例中，该已知位置740是预期的位置，并且在至少一种情况下该标记738从该预期位置740偏移。在这个示例中，方法1800可以进一步包括捕捉结构708的至少一部分的图像以及包括预期位置740和标记738，如块1812所示。该图像可以被处理以定位预期位置740，以及标记738与所定位的预期位置740的偏移量可以被确定，如块1814所示。这可实现施加于结构708的标记738的检查。
在进一步示例中，该图像可以由具有转向组合件710可转向的视场1204的照相机1202捕捉。在这个示例中，方法1800可以进一步包括引导转向组合件710的操作，将视场1204转向到结构708上或靠近结构708的一个或更多个目标1112、1114被定位在其中的一个或更多个区域。还在这个示例中，方法1800可以包括捕捉所述一个或更多个区域，结构708的至少一部分的一个或更多个图像并包括目标1112、1114。接着，图像可以被处理，以确定结构708的布置，以及施加标记738处的已知位置740可以基于该结构的布置进行定位。
然后该工艺可以重复以在任何其他预期位置740处施加标记738，如块1816所示。
图19示出根据本公开的其他示例实施的方法1900中的各个步骤。方法1900可以包括确定结构910的布置，结构910具有在已知位置916所施加的标记914，已知位置916与结构910上的作业位置912具有已知的关系，如块1902所示。方法1900可以包括根据该结构的布置，将工具908安置为与作业位置912至少局部对准，如块1904所示。不过，在至少一种情况下，工具908可以与和作业位置912偏离的另一个位置940对准。方法1900还可以包括捕捉结构910的至少一部分的图像并包括标记914，以及进一步包括与工具908对准的其他位置940，如块1906所示。
在一个示例中，该图像是由第二照相机920捕捉的第二图像。在这个示例中，确定该结构的布置可以包括由第一照相机918捕捉结构910的至少一部分的第一图像并包括结构910上或靠近结构910的一个或更多个目标930、932。接着，第一图像可以被处理，从而确定该结构的布置。
在一个示例中，可移动的端部执行器组合件904可以包括端部执行器906和工具908，该图像可以由被固定到端部执行器组合件904的照相机920捕捉。在这个示例中，安置工具908可以包括安置端部执行器组合件904，以及从而安置工具908，照相机920从而也被安置，使得照相机920的视场924包围标记914。
方法1900可以进一步包括处理(第二)图像，以定位作业位置912，如块1908所示。有时，该方法可以包括将工具908从其他位置940重新安置并安置为与所定位的作业位置912更对准，以及控制所重新安置的工具908在所定位的作业位置912对结构910作业。在该图像由照相机920捕捉的一个示例中，照相机920的视场924可以划分为增加尺寸的多个同心区，多个同心区围绕与工具908对准的其他位置940。所述区可以包括限定可接受偏移量的第一区1000，以及限定不可接受偏移量的位于第一区1000外侧的更大第二区1002。接着，重新安置工具908和控制所重新安置的工具908以对结构910作业可以包括在所定位的作业位置在第二区内的情况下，在控制工具908对结构910作业之前，重新安置工具908，如块1910和块1912所示。或在所定位的作业位置912在第一区1000内的情况下，控制工具908对结构910作业而不需要重新安置工具908，如块1912所示。
然后可以重复这个工艺对结构910上的其他作业位置912进行作业，例如使用包括相同或其他标记914的相同或其他图像，如块1914所示。
本公开的实施可以发现在各种潜在应用中的用途，特别是在交通运输行业，包括例如，航空航天、船舶和汽车应用。因此，现参照图20和图21，示例实施可以用于如图20所示的航空器制造和维护方法2000，以及如图21所示的航空器2100的背景下。在预生产期间，该示例方法可以包括航空器2100的规范和设计2002、制造顺序和处理规划2004以及材料采购2006。所公开的方法可以指定在例如材料采购2006期间使用。
在航空器2100的生产期间，进行部件和子组合件制造2008和***集成2010。所公开的***和方法可以用于对部件和子组合件制造过程2008或***集成2010中的任一个或两个中航空器2100的结构做标记和/或对所标记的结构作业。此后，航空器2100可以通过认证和交付2012，以便投入使用2014。在由客户使用2014时，航空器2100被安排进行常规的维修和维护2016(其还可以包括修补、重新配置、翻新等)。根据所公开的方法，在使用2014期间，以及在一个示例中的维修和维护2016期间，航空器2100的结构可以被标记和/或作业。
示例方法2000的每一个过程可以由***集成商、第三方和/或操作方(例如，客户)完成或执行。出于此描述的目的，***集成商可以包括例如任意数量的航空器制造商和主***承包商；第三方可以包括例如任意数量的厂商，子承包商和供应商；以及操作方可以包括例如航空公司、租赁公司、军事实体及服务组织等等。
如图21所示，通过示例方法2000生产的示例航空器2100可以包括具有多个***2104和内部2106的机身2102。根据所公开的方法和***标记和/或作业的结构可以用于机身2102和该内部中。高级***2104的示例包括推进***2108、电气***2110、液压***2112、环境***2114等中的一个或更多个。可以包括任何数量的其他***2104。虽然航空航天的示例被示出，但是本公开的原理可以应用于其他行业，例如船舶和汽车行业。
本文所述的***、装置和方法可以用在示例生产和使用方法2000的任意一个或更多个阶段中。例如，在航空器2100投入使用2014时，对应于生产过程2008的部件或子组合件可以根据所公开的方法进行标记和/或作业。而且，在生产阶段2008和2010期间，一个或更多个示例***实施、装置实施、方法实施或其组合可以被用于对结构标记和/或对所标记的结构作业，这一点在极大加快了航空器2100的组装或减少航空器2100的成本。同样，一个或更多个***实施、装置实施、方法实施或其组合可以在例如航空器2100投入使用2014期间使用。
此处阐述的本公开的许多更改和其他实施将会使本领域的技术人员想到具有在前述描述和相关附图中呈现的教义的好处的那些公开。因此，应当理解，本公开并不限于所公开的特定实施，许多更改和其他实施旨在包括在所附权利要求的范围内。而且，虽然前述描述和相关附图描述了在特定元件和/或功能组合示例的背景下的示例实施，但是应当明白，所述元件和/或功能的不同组合可以在不偏离所附权利要求范围的前提下由替代实施提供。在这方面，例如，与上述描述明确不同的所述元件和/或功能的不同组合也被认为是可以在某些所附权利要求中阐述。虽然本文采用了特定术语，但是其仅仅以一般性和描述性的意义被使用，而不是为了限制的目的。

Claims (18)

1.一种激光标记***，其包括：
经配置发出激光束的激光源；
转向组合件，所述转向组合件经配置将所述激光束转向到待作业的结构上；以及
计算机***，所述计算机***连结到所述激光源和转向组合件并且经配置引导所述激光源的操作，以发出具有一个或更多个可控参数的所述激光束，从而将持久标记施加于所述结构上，
其中所述计算机***还经配置以根据设计主文件的内容引导所述转向组合件的操作，以将所述激光束转向，所述设计主文件包括定义所述结构的几何形状并且指定所述结构上施加所述标记处的已知位置和对所述结构作业的作业位置的信息，所述已知位置具有与所述作业位置的已知关系。
2.根据权利要求1所述的激光标记***，其中所述转向组合件包括：
连结到反射镜的检流计，所述反射镜经配置反射所述激光束，所述检流计和反射镜可控地旋转，使所述激光束以特定方向转向；以及
光电旋转编码器，其连结到所述计算机***和检流计以及经配置测量所述检流计的角位置，以及
其中所述计算机***经配置基于测量结果确定所述激光束在所述结构上的位置，以及基于所确定的位置将所述激光束转向到所述已知位置。
3.根据权利要求1或2所述的激光标记***，其进一步包括：
连结到所述计算机***的照相机或激光扫描仪，所述照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标，以及所述激光扫描仪经配置测量所述结构的表面上的点，利用所测量的点，所述结构的3D模型是可生成的，
其中所述计算机***经配置处理所述图像或3D模型，以确定所述结构的布置，以及基于所述布置，定位施加所述标记处的所述已知位置。
4.根据权利要求1或2所述的激光标记***，其中所述已知位置是预期位置，并且在至少一种情况下所述标记偏离于所述预期位置，以及其中所述激光标记***进一步包括：
照相机，所述照相机连结到所述计算机***以及经配置捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述预期位置和标记，
其中所述计算机***经配置处理所述图像，以定位所述预期位置，以及确定所述标记离所定位的预期位置的偏移量。
5.根据权利要求4所述的激光标记***，其中所述照相机具有通过所述转向组合件可转向的视场，所述计算机***经配置引导所述转向组合件的操作，使所述视场转向到所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标被定位在其中的一个或更多个区域，
其中对于所述一个或更多个区域，所述照相机经配置捕捉所述结构的至少一部分的一个或更多个图像并包括所述一个或更多个目标，以及
其中所述计算机***经配置处理所述一个或更多个图像，以确定所述结构的布置，以及基于所述布置，定位施加所述标记处的所述已知位置。
6.根据权利要求1或2所述的激光标记***，其进一步包括：
第二激光源，所述第二激光源经配置在所述激光束被发出之前将激光图像投影到所述结构上的所述已知位置，以在相应位置将所述持久标记施加到所述结构。
7.根据权利要求1或2所述的激光标记***，其进一步包括：
激光***，其经配置将一个或更多个可转向激光束投影到所述结构上或靠近所述结构的在已知位置的回射目标上，以及提供从所述目标反射的一个或更多个光束的测量结果，用于确定所述结构的布置。
8.根据权利要求1或2所述的激光标记***，其进一步包括：
测距传感器，其经配置提供所述激光标记***与结构之间的距离测量结果，用于针对所述激光源的操作的初始焦点或焦距的计算，或所述焦距的动态调整。
9.根据权利要求1或2所述的激光标记***，其进一步包括：
振动传感器，其经配置提供所述结构或所述激光标记***的振动的测量结果，用于补偿所述结构或激光标记***的振动运动，所述激光标记***包括布置在其上的所述振动传感器。
10.一种确定结构的布置的方法，其包括：
引导激光源的操作，以发出激光束到待作业的结构上，所发出的激光束具有一个或更多个可控参数，以施加持久标记于所述结构；以及
根据设计主文件的内容引导转向组合件的操作，以将所述激光束转向，所述设计主文件包括定义所述结构的几何形状并且指定所述结构上施加所述标记处的已知位置和对所述结构作业的作业位置的信息，所述已知位置与所述作业位置具有已知关系；
将配置为对所述结构作业的工具安置成和所述作业位置至少局部对准。
11.根据权利要求10所述的方法，其中引导所述转向组合件的操作包括：
可控旋转连结到反射镜的检流计，所述反射镜经配置反射所述激光束，所述检流计和反射镜被可控旋转，以使所述激光束以特定方向转向；
通过连结到所述检流计的光电旋转编码器测量所述检流计的角位置；以及
基于测量结果确定所述激光束在所述结构上的位置，以及基于所确定的位置将所述激光束转向到所述已知位置。
12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标，或测量所述结构的表面上的点，利用所测量的点，所述结构的3D模型是可生成的；以及
处理所述图像或3D模型，以确定所述结构的布置，以及基于所述布置，定位施加所述标记处的所述已知位置。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述已知位置是预期位置，并且在至少一种情况下所述标记偏离于所述预期位置，以及其中所述方法进一步包括：
捕捉所述结构的至少一部分的图像并包括所述预期位置和标记；以及
处理所述图像，以定位所述预期位置，以及确定所述标记离所定位的预期位置的偏移量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述图像由具有通过所述转向组合件可转向的视场的照相机进行捕捉，以及所述方法进一步包括：
引导所述转向组合件的操作，以将所述视场转向到所述结构上或靠近所述结构的一个或更多个目标被定位在其中的一个或更多个区域；
对于所述一个或更多个区域，捕捉所述结构的至少一部分的一个或更多个图像并包括所述一个或更多个目标；以及
处理所述一个或更多个图像，以确定所述结构的布置，以及基于所述布置，定位施加所述标记处的所述已知位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
在发出所述激光束之前，将激光图像投影到所述结构上的所述已知位置，以在相应位置将所述持久标记施加到所述结构。
16.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
将一个或更多个可转向激光束投影到已知位置处所述结构上或靠近所述结构的回射目标上，以及提供从所述目标反射的一个或更多个光束的测量结果，以用于所述结构的布置的确定。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述激光源和转向组合件是激光标记***的组件，以及其中所述方法进一步包括：
提供所述激光标记***与结构之间的距离测量结果，以用于所述激光源的操作的初始焦点或焦距的计算，或所述焦距的动态调整。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述激光源和转向组合件是激光标记***的组件，以及其中所述方法进一步包括：
由振动传感器提供所述结构或所述激光标记***的振动的测量结果，用于补偿所述结构或激光标记***的振动运动，所述激光标记***包括布置在其上的所述振动传感器。
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