CN100419375C - 侧面照明的三维边缘定位方法 - Google Patents

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Abstract

用于定位部件的边缘以便对部件进行验收测试的设备和方法。白光源(12)照亮了安装在支承件(14)上并相对于光源转动的部件。由部件反射的光沿着部件的边缘产生了部件的轮廓。通过照相机(16)来观察该部件以便获得包括其边缘的部件的图像。处理器(18)分析该图像以便在三维空间中定位部件的边缘。图像的分析包括：在部件相对于光源转动时，在部件的边缘处确定包括所观察到的图像的像素的数量。该部件具有一个以上的边缘，并且每个边缘利用该方法定位。部件的边缘的位置现在用于一坐标系中以便定位部件的其他表面结构。

Description

侧面照明的三维边缘定位方法
技术领域和背景技术
在用于测量三维(3D)物体的物理特性的非接触式测量系统中，该物体例如为航空发动机中所用的涡轮叶片，经常遇到的一个问题是精确地定位物体的边缘。
在具有复杂的部件形状的部件例如压缩机叶片的验收测试中，通常不可以利用常规的严格的计量技术来获得精确的信息。相反，采用了三维(3D)表面测量技术，其使用了结构化光学系统。在这样的系统中，经受测试的部件利用一系列的条状激光线来照明，而表面结构信息被映射或寄存在一坐标系中。接着该结果例如与部件的CAD定义进行比较以确定其可接受性。
在使用这种3D测量技术时，遇到的一个问题是精确地定位部件的边缘。在这个方面，将会理解，该边缘不必是尖锐的边缘，而是成圆角的；即，它们具有圆的轮廓。常规的3D系统不能很好地定位成圆角部件的边缘。如果不能精确地获得一个边缘(或多个边缘)的位置，那么不能以所需的确定性建立起坐标系中的部件的其他表面结构的位置以便确保获得精确的部件数据，根据该数据接受或淘汰部件。
迄今为止，当3D系统已经用于测试目的时，通过进行由观察系统获得的数据的最佳配合已经试验了边缘的位置。虽然这种方法在边缘尖锐时是有用的，但是它在边缘轻微弯曲时是无效的。另一种方法是从背后照亮部件，并且通过部件在基座或支承件上转动时所产生的最终轮廓定位该边缘。这种方法不仅需要对观察系统所获得的图像数据进行附加的处理，而且所得到的结果不像由其3D方法所得的那些结果那样精确。
本发明的方法和设备将发散(白)光源结合到结构化的(激)光系统中以便获得高度精确的边缘位置信息，从而提供更可靠的部件测试结果。
发明内容
简短地说，本发明的方法用于定位部件的边缘以便对部件进行验收测试。白光源照亮该部件，该部件安装在支承件上以便相对于光源移动。由部件反射的光沿着部件的边缘产生了部件的轮廓，并且利用结构化激光系统观察该部件，该激光系统提供了包括部件边缘的部件的图像。处理器分析该图像以便定位边缘。该图像的分析包括：在部件相对于光源转动时，在部件的边缘处确定包括观察到的图像的像素的数量。这种分析使用本领域中公知的三角测量技术在三维空间中提供了边缘的位置。通常该部件具有一个以上的边缘，并且每个边缘使用这种方法来定位。一旦已经确定了边缘的位置，这些边缘的位置现在就用于一坐标系中以便定位部件的其他表面结构。
通过结合附图阅读下面的说明，本发明的前述和其他目的、特征和优点以及其目前优选的实施例将变得更明显。
附图说明
在形成本说明书的部分的附图中：
图1是本发明的设备的简化表示，该设备用于精确地定位部件的边缘；以及
图2是部件的外形，该部件被转动或定位成表现部件的轮廓以便表现出用于观察的部件边缘。
在附图的几个图中，相对应的参考标记表示相对应的部件。
具体实施方式
以下详细说明通过实例并且不限制地表示本发明。该说明能够清楚地使本领域普通技术人员制造和使用本发明，描述了本发明的几个实施例、适应性修改、变型、替换方案和用途，包括的内容目前被认为是实施本发明的最佳方式。
参考附图，例如，部件P是压缩机叶片。该部件具有复杂的部件形状，部件的轮廓不易于使用严格的计量措施来测量。具体地说，该部件具有需要精确定位的各个边缘E1和E2。用于进行这样的工作的本发明的设备在图1中总体表示为10。设备10首先包括白光源12。该光源定位成照亮部件的整个表面。该部件又安装在支承件或基座14上，该支承件或基座可以移动以便相对于光源转动该部件。成像装置16包括照相机或其他的成像装置以便获得被照亮的部件的图像。由光学系统获得的图像由处理器18进行处理，该处理器使用基于三角测量的方法以便利用由处理器进行分析的图像数据来限定部件的边缘。
在实践本发明的方法时，白光源12定位在压缩机叶片的侧面。光源的定位或者部件在其支承件14上的运动是这样的，以便产生如图2中所示的部件轮廓。虽然光学系统16是通常用于产生光条的激光源的结构化光学系统，但是使用光源12的优点在于该光是不定向的。由于部件的边缘E1、E2是窄的很好限定的表面，所以照在边缘表面上的白光将照亮整个表面。如果该部件相对于光源12适当地定位，则照在边缘上的光将从边缘产生可观察到的镜面反射，而不会从部件上的其他表面产生类似的反射。如果没有看到这样的反射，那么该部件和/或光源就转动离开部件的中心轴线，直至观察到反射为止。
当部件的边缘相对于光源适当地定位时，在边缘的位置处应该出现整齐干净的线，而部件的表面不会被照亮并且因此将显得黑暗。在通过处理器18分析图像时，该处理器确定包括边缘处的线宽的像素的数量。通过转动部件以便以这种方式从多个位置观察边缘，或者通过使用多个照相机来观察边缘，就在三维空间中确定了边缘位置。这种类型的处理在本领域中是公知的并且不再描述。本领域普通技术人员将会理解，被用在结构化光学系统中以便沿三维定位一条线的其他方法也可以用在这种应用中，而不会背离本发明的范围。重要的是，一旦形成了部件的边缘，边缘的位置就参照一种坐标系，在光的计量程序期间通过该坐标系随后定位部件的表面结构。由于部件P具有两个边缘E1和E2，所以每个边缘以上述方式定位并且两个边缘的边缘信息参照该坐标系。
本发明的方法和设备的重要特征首先在于，部件的边缘利用结构化光学系统的3D分析而精确地定位。简单的发散白光源12的使用增加了用于测量部件的表面结构的3D结构化(激)光系统的性能。其次，边缘位置参照与部件的其他表面结构的位置相同的坐标系。边缘位置提供了边界，通过该边界，表面结构信息可以与CAD数据或其他数据相比较，通过这种方法确定了部件的可接受性。
考虑到以上说明，将会看到，实现了本发明的几个目的并且获得了其他有利的结果。由于在以上结构中可以作出各种变型而不会背离本发明的范围，所以计划的是，包含在以上说明中或者表示在附图中的所有内容应该被解释为示例性的，而不是限制性的。

Claims (17)

1. 一种用于定位部件(P)的边缘(E1或E2)以便使用结构化光学系统对部件进行验收测试的方法，其包括：
将发散光源(12)定位在部件的附近并且利用从该光源发射的光来照亮部件；
将部件相对于光源转动，因而由部件反射的来自光源的光沿着部件的边缘产生了部件的轮廓；
利用成像装置(16)观察该部件以便获得部件的边缘的图像；以及
处理该图像以便利用通过分析图像产生的数据在三维空间中定位部件的边缘；
用部件的边缘在一坐标系中的位置来定位部件的其他表面结构和计算该部件的表面结构信息；
其中对该部件的表面结构信息的计算确定该部件的接受性。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光源(12)是白光源。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，成像装置(16)包括照相机。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分析该图像产生的数据以定位部件的边缘的步骤包括：在部件相对于光源转动时，确定包括由成像装置观察到的反射图像的像素的数量。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，分析该图像产生的数据的步骤包括：在沿着部件的边缘的各点处确定像素数量。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该部件具有一个以上的边缘，并且该方法用于定位部件的每个边缘。
7. 一种用于定位部件(P)的边缘(E1或E2)以便对部件进行验收测试的方法，其包括：
将发散的白光源(12)定位在部件的附近并且利用从该光源发射的光来照亮部件；
将部件相对于光源转动，因而由部件反射的来自光源的光沿着部件的边缘产生了部件的轮廓；
利用成像装置(16)观察该部件以便获得部件的边缘的图像；以及
处理该图像以便利用通过分析图像产生的数据在三维空间中定位部件的边缘；
用部件的边缘在一坐标系中的位置来定位部件的其他表面结构和计算该部件的表面结构信息；
其中对该部件的表面结构信息的计算确定该部件的接受性。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使用结构化的激光系统(10)。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，分析该图像产生的数据以定位部件的边缘的步骤包括：在部件相对于光源转动时，在部件的边缘处确定包括由成像装置观察到的反射图像的像素的数量。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该部件具有一个以上的边缘，并且该方法用于定位部件的每个边缘。
11. 一种用于定位部件(P)的边缘(E1或E2)以便对部件进行验收测试的设备(10)，其包括：
发散光源(12)，该光源定位在部件的附近并且利用从该光源发射的白光来照亮部件；
上面安装着部件的支承件(14)，该支承件可以转动以便将部件相对于光源转动，因而反射离开部件的来自光源的光沿着部件的边缘产生了部件的轮廓；
成像装置(16)，用该成像装置观察该部件以便获得部件的边缘的图像；以及
处理器(18)，该处理器处理该图像以便利用通过分析图像产生的数据在三维空间中定位部件的边缘；
该处理器用部件的边缘在一坐标系中的位置来定位部件的其他表面结构和计算该部件的表面结构信息；
其中对该部件的表面结构信息的计算确定该部件的接受性。
12. 根据权利要求11所述的设备，其特征在于，光源(12)是白光源。
13. 根据权利要求11所述的设备，其特征在于，通过在部件相对于光源转动时，在部件的边缘处确定包括反射图像的像素的数量，处理器(18)分析部件的图像产生的数据以定位部件的边缘。
14. 根据权利要求13所述的设备，其特征在于，该部件具有一个以上的边缘，并且该设备在部件相对于光源转动时定位部件的每个边缘。
15. 一种用于测量部件(P)的表面结构的结构化激光系统，其中，其包括：
发散光源(12)，该光源定位在部件的附近并且利用从该光源发射的白光来照亮部件；
上面安装着部件的支承件(14)，该支承件可以转动以便将部件相对于光源转动，因而反射离开部件的来自光源的光沿着部件的边缘(E1、E2)产生了部件的轮廓；
照相机(16)，用该照相机观察该部件以便获得部件的边缘的图像；以及
处理器(18)，该处理器处理该图像以便利用通过分析图像产生的数据在三维空间中定位部件的边缘，分析该图像产生数据的步骤包括：在部件相对于光源转动时，在部件的边缘处确定包括反射图像的像素的数量，并且该处理器用部件的边缘在一坐标系中的位置来定位部件的其他表面结构和计算该部件的表面结构信息；
其中对该部件的表面结构信息的计算确定该部件的接受性。
16. 根据权利要求15所述的结构化激光系统，其特征在于，该部件具有一个以上的边缘，并且该系统在部件相对于光源转动时定位部件的每个边缘。
17. 根据权利要求16所述的结构化激光系统，其特征在于，光源(12)是白光源。
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