CN104006751A

CN104006751A - 用于借助于2d照片通过3d表面检测系统进行物体标记的方法和系统

Info

Publication number: CN104006751A
Application number: CN201410064399.XA
Authority: CN
Inventors: 罗尼·扬克; 特里斯坦·施策普雷克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-08-27
Also published as: EP2770296A1; US20140240490A1

Abstract

本发明涉及一种用于进行物体标记的系统（30），其具有3D表面检测系统（1），所述测系统至少具有：测量台（10），在所述测量台（10）上能够安置有用于3D检测的部件（4，120，130）；至少一个相机（7’，7”，……），其拍摄所述部件（4，120，130）的二维的照片；计算机，借助其能够将所述二维的照片与所存储的3D模型进行比较，以及借助于二维的照片和所存储的3D模型的最佳拟合而产生待测量的所述部件（4，120，130）的3D模型；至少一个投影器（23），其能够在所述部件（4，120，130）上产生标记（26，26’，26”，……）或者测量点图案，所述测量点图案具有至少多个参考标识。本发明还一种对部件进行三维的物体标记的方法和一种用于测量部件的方法。

Description

用于借助于2D照片通过3D表面检测系统进行物体标记的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种借助于二维照片通过3D表面检测系统来进行物体标记的方法。

背景技术

在多个构件中，需要对整个三维的构件表面进行100%的光学检查。这例如在涡轮机叶片的情况下包括冷却空气孔的位置和完整的覆层。

已知的三维的检测系统是非常耗费时间的并且是成本昂贵的。

在对具有复杂的几何形状的空心构件（如在涡轮机叶片的情况下）进行壁厚测量时，找出预设的测量位置是困难的，因为在任何方面都不存在参考面。但是由于复杂的内部结构（由于内部的散热片），在测量壁厚时强制性地要求精确地（大致1mm）定位传感器。

在这种手动的检查中，构件由于其形状和大小必须多次运动/转动，以便能够到达所有的测量点。

迄今为止为标记测量点使用由塑料或金属构成的模板。这些模板在各个测量位置上具有孔并且在置于构件上之后能够借助销实现对构件表面上的测量点的标记。紧接着，将模板再次从构件移除并且将传感器安置在所标记的位置上。在结束测量后，标记再次被移除。

发明内容

因此本发明的目的在于，简化所述处理方法。

所述目的通过一种根据本文所述的用于进行物体标记的系统、一种根据本文所述的用于物体标记的方法和一种本文所述的测量方法来实现。

测量点借助于投影器、特别是LED投影器被投射到部件的表面上。在这里需考虑的是，在检查期间构件必须多次运动或者转动，以便到达所有的测量点。借助于简单的数码相机来实现对部件的位置的相应必要的确定。

在下文中列举其它有利的措施，所述措施能够彼此任意组合，以便实现其它的优点。

该优点在于系统的简单的操作和更精确的测量。

附图说明

附图示出：

图1至7示出本发明的实施例。

图8示出涡轮机叶片。

说明书和附图仅示出本发明的实施例。

具体实施方式

图1示出3D表面检测系统1。

3D表面检测系统1具有测量台10，在所述测量台上存在待检查的部件4、120、130。

围绕部件4、120、130存在至少一个相机7’，所述相机的位置被改变或者使用多个优选固定地安装的相机7’、……、7^V、……。

相机7’、7”设置为，使得它们检测部件4、120、130的背离测量台10的整个表面。

相机7’、7”、……的安装能够根据部件的类型变化。对于不同大小、类型的涡轮机叶片120、130（转子叶片120或者导向叶片130）能够应用相机7’、7”、……的相同的、固定的安装。

在根据图1的测量台上优选存在至少一个参考标识13’、13”、……（如在图2至图6中示出的），在这里优选存在八个参考标识。

3D表面检查优选按如下方式进行：

1.提供由测量台10、相机系统（一个或多个相机7’、7”、……）和照明装置8’、8”组成的装置；

2.将参考标识13安置在测量台10上或者测量台10已经具有所述参考标识；

3.如果部件构成为是长形的，那么将部件4、120、130定位在测量台10上；最好是平面地定位；

4.通过全部所使用的、固定安装的相机7’、7”、……或者一个相机7’在不同位置中拍摄单个图像；

5.从多个单个图像中对部件4、120、130进行位置识别；

6.通过最佳拟合分析进行部件相对于已知的3D模型的精密对准；

7.将单个图像映射到所属的3D模型上；

8.通过平均化、对比度调节或者边缘锐化对重叠的图像区域进行优化；

9.翻转部件4、120、130并且从步骤3开始重复；

10.将单个照片（2D）与已知的所存储的3D模型组合为“部件的3D轮廓”。

可选择地，借助于投影的光结构、特别是通过条带进行部件4、120、130的表面检测，以至于更好地检测部件4、120、130的棱边。

可选择地对部件4、120、130特别是借助于光束器（Beamer）进行选择性的照明，以至于强烈地反射的区域不被照明或者较少地被照明。这在涡轮机叶片120、130中例如是叶片根部183、400（图8）。

优选通过单色照明和图像分析来进行外来光抑制。

优选使用相机镜头上的环形光和/或使用侧向的暗场照明，以便突出小的缺陷，如划痕、不平整、压伤处。

参考标识13、13’优选环形地构成和/或设置并且具有标记14’至14^IV。标记14’、……14^IV能够是线状的或者点状的（图3、4、5、6）。

图2至6示出不同的参考标识，所述参考标识能够设置或者引入在测量台10上。

图2示出具有两个径向地从圆形线16延伸的线状的标记14’、14”和两个V形的标记14”、14”’的参考标识13，所述V形的标记的尖端同样径向地延伸。参考标识13的不同的标记14’、……14^IV的顺序是不重要的（在图5中也是一样）。

图3示出参考元素13的圆形的结构，所述圆形的结构通过至少两个、在这里是四个弯曲的线状的标记14’、……14^IV形成，所述标记在这里优选形成圆形的结构。

能够存在外部封闭的、圆形的线16或者仅示出假设的线，所述假设的线示出标记14’、14”、……的布置的走向。

根据图3的线状的标记14’、14”的替选方案是，根据图4的多个点状的标记14’、14”、……表示参考元素13，13’、13”、……，所述多个点状的标记同样形成圆形或者椭圆形。

同样可考虑由线状的和圆形的（点）标记14’、14”组成的组合，所述组合优选围成圆形的或者椭圆形的结构，如这在图5中所示出。

标记14’、14”、……也能够正方形地或者矩形地设置。

图6示出测量台10，在所述测量台上优选设置有两个参考标识13’、13”。

参考标识13、13’在这里是线状的元素，所述线状的元素优选设置在测量台10的端侧上。

在测量台10的角部中根据图2、3、4、5或6同样能够设置有至少两个或优选四个参考标识13、13’、13”、13”’（未示出）。

可选择地，能够实现参考标识13’、13”、……的可借助于相机7’、7”识别的标志（二进制编码）。

可选择地，也能够借助于光束器将参考标识投影到任意的台上并且紧接着（用卷尺）测量。该选项优选使用在没有编码的检验台的移动式系统中。

参考标识13用于当部件的位置发生改变、特别是转动时，确定部件4、120、130的位置（步骤9）。因此，从两侧将部件4、120、130的照片彼此结合。在部件4、120、130上不需要任何参考标识，

优点是：

●不需要对部件4、120、130进行3D测量；

●对表面进行完整的检测，因为没有因夹紧设置而引起的遮盖；

●相机的自由的定位是可行的（通过参考标识来调准）；

●不需要耗费时间的3D测量；

●在试样上没有因参考标识引起遮盖。以3D的方式对试样表面的所有的异常处进行精确的位置显示；

●在3D模型上进行后续的测量是可行的；

●相对于常规的3D照片（>100MB）的少量的数据量（<<10MB）；

●在3D模型上对2D的单个图像进行快速的显示。

图7示出根据本发明的用于物体标记的系统30。

除图1之外，系统30具有投影器23，所述投影器能够产生辐射25并且能够在构件部件120、130、4上产生标记点26：26’、26”。

系统30此外优选具有：

-测量计算机

测量计算机33能够是正常的工作站计算机、手提计算机、微控制器或者专用的图像处理单元。

在测量计算机33中存储有用于所有的部件4、120、130的参考图像以及所属的测量点图案26：26’、26”、……。其涉及在创建图像时部件4、120、130的参考位置。

测量计算机33装配有允许经由相机7进行图像检测的接口。此外测量计算机33装配有允许经由投影器23进行图像输出的接口。

-相机-投影器布置7、23

相机7和投影器23优选设置在共同的基板上，所述基板确保这两个部件彼此间固定的角度。这两者7、23固定地设置在测量台10之上。该布置被选择为，使得测量面F（测量台10内部的矩形的线）既能够被相机7的视场完全覆盖也能够被投影器23的图像区域完全覆盖。相机7和投影器23的布置能够在各次测量之前借助于相机7通过对参考图案的投影和拍照来检验/校正。

-图像检测

部件120、130、4位于测量台10上。在这里选择一个背景，部件在光学上从所述背景中较好地突出。在需要时，部件120、130、4能够借助于投影器23以可变的亮度分布来照明。由相机7在图像中检测具有位于其中的部件120、130、4的测量面F。图像被传送给测量计算机33。

-图像处理

所检测的图像在测量计算机33中被处理。在这里识别图像中的部件并且确定其在测量面F内部的位置。对此，执行对存储于计算机中的参考图像的最佳拟合。在此确定位移X、Y以及转动D。

-测量点图案26的投影

存储于计算机中的测量点图案26以通过计算算出的方式移动/转动量值X、Y、D。从中计算出新的投影图像：

具有移动/转动的测量点图案的投影图像此时借助于投影器23投影到部件4、120、130的表面上。

-确定参考图像

构件部件4、120、130安置在测量面F的内部并且必要时借助于投影器来照明。

紧接着借助于数码相机7产生参考图像。替选地，参考图像由CAD模型产生。

-确定参考点图案26：26’，26”

1.具有测量点标记的部件4、120、130

如果存在具有测量点标记的参考构件，那么能够借助于相机7检测所标记的测量点。紧接着测量点26：26’、26”优选借助于图像处理程序来优化，例如通过调节对比度或者改变颜色来优化。

2.CAD模型&测量点坐标

测量点在CAD程序中被标记在CAD模型的表面上。紧接着，部件4、120、130在测量台10上移动/转动到实际的部件4、120、130的位置中。测量点26’、26”此时被输出到图像文件中。

图8以立体图示出流体机械的沿着纵轴线121延伸的转子叶片120或导向叶片130。

所述流体机械可以是飞机的或用于发电的发电厂的燃气轮机，也可以是蒸汽轮机或压缩机。

叶片120、130沿着纵轴线121相继具有：固定区域400、邻接于固定区域的叶片平台403以及叶身406和叶片梢部415。作为导向叶片130，叶片130可以在其叶片梢部415处具有另一平台（没有示出）。

在固定区域400中形成有用于将转子叶片120、130固定在轴或盘上的叶片根部183（没有示出）。叶片根部183例如构成为锤头形。作为枞树形根部或燕尾形根部的其它设计方案是可行的。

叶片120、130对于流过叶身406的介质具有迎流棱边409和出流棱边412。

在传统叶片120、130中，在叶片120、130的所有区域400、403、406中使用例如实心的金属材料、尤其是超合金。例如由EP 1 204 776 B1、EP1 306 454、EP 1 319 729 A1、WO99/67435或WO00/44949已知这样的超合金。在这种情况下，叶片120、130可以通过铸造法，也可以借助定向凝固、通过锻造法、通过铣削法或其组合来制造。

将带有一个或多个单晶结构的工件用作机器的在运行中承受高的机械的、热的和/或化学的负荷的构件。这种单晶工件的制造例如通过由熔融物的定向凝固来进行。在此，这涉及一种浇注法，其中液态金属合金凝固为单晶结构、即单晶工件，或者定向凝固。在这种情况下，枝状晶体沿热流定向，并且形成柱状晶体的晶粒结构（柱状地，这就是说在工件的整个长度上分布的晶粒，并且在此根据一般的语言习惯称为定向凝固），或者形成单晶结构，这就是说整个工件由唯一的晶体构成。在这些方法中，必须避免过渡成球形（多晶的）凝固，因为通过非定向的生长不可避免地构成横向和纵向晶界，所述横向和纵向晶界使定向凝固的或单晶的构件的良好特性不起作用。

如果一般性地提到定向凝固组织，则是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶和确实具有沿纵向方向分布的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。第二种所提到的晶体结构也称为定向凝固组织（directionallysolidified structures）。由US-PS6,024,792和EP0892090A1已知这样的方法。

叶片120、130同样可以具有抗腐蚀或抗氧化的覆层，例如（MCrAlX；M是铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）中的至少一种元素，X是活性元素并代表钇（Y）和/或硅和/或至少一种稀土元素，或铪（Hf））。由EP0486489B1、EP0786017B1、EP0412397B1或EP1306454A1已知这样的合金。密度优选地是理论密度的95%。在（作为中间层或最外层的）MCrAlX层上形成保护性氧化铝层（TGO=thermal grown oxide layer（热生长氧化层））。

优选地，层成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si或Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y。除这些钴基保护覆层外，也优选地使用镍基保护层，例如Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re或Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re或Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。

在MCrAlX上还可以有隔热层，隔热层优选是最外层并例如由ZrO₂、Y₂O₃-ZrO₂组成，即，隔热层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、部分稳定或完全稳定。隔热层覆盖整个MCrAlX层。通过例如电子束气相淀积（EB-PVD）的适当的覆层方法在隔热层中产生柱状晶粒。其它覆层方法也是可以考虑的，例如大气等离子喷涂（APS）、LPPS（低压等离子喷涂）、VPS（真空等离子喷涂）或CVD（化学气相沉积）。隔热层可以具有多孔的、有微观裂缝或宏观裂缝的晶粒，用于更好地耐热冲击。因此，隔热层优选地比MCrAlX层更为多孔。

再处理（Refurbishment）意味着在使用涡轮叶片120、130之后，必要时必须将保护层从涡轮叶片120、130上去除（例如通过喷砂）。接着，进行腐蚀和/或氧化层及腐蚀和/或氧化产物的移除。必要时，还修复在涡轮叶片120、130中的裂缝。然后，进行涡轮叶片120、130和热屏蔽元件155的再覆层以及涡轮叶片120、130的重新使用。

叶片120、130可以构造成空心的或实心的。如果要冷却叶片120、130，则叶片为空心的并且必要时还具有薄膜冷却孔418（由虚线表示）。

Claims

1.一种用于进行物体标记的系统（30），

所述系统具有3D表面检测系统（1），

所述3D表面检测系统至少具有：

测量台（10），在所述测量台（10）上能够安置有用于3D检测的部件（4，120，130）；

至少一个相机（7’，7”，……），

特别是多个相机（7’，7”，……），

所述相机拍摄所述部件（4，120，130）的二维的照片；

计算机，

借助所述计算机能够将所述相机（7’，7”，……）的所述二维的照片与所存储的3D模型进行比较，以及

借助于二维的照片和所存储的3D模型的最佳拟合而产生待测量的所述部件（4，120，130）的3D模型；

至少一个投影器（23），

特别是仅一个投影器（23），

所述投影器能够在所述部件（4，120，130）上产生标记（26，26’，26”，……）或者测量点图案，

所述测量点图案具有至少多个参考标识（13’，13”，……），

特别是其中所述测量台（10）具有所述参考标识（13’，13”）。

2.根据权利要求1所述的系统，

所述系统为了表面检查而具有能够实现投影的光结构的、特别是条带结构的照明装置（8’，8”），

和/或所述系统具有能够实现对所述部件（4，120，130）进行选择性照明的照明装置（8’，8”）。

3.根据权利要求1或2中一项或两项所述的系统，

所述系统具有外来光抑制，

特别是通过单色照明和图像评估来进行外来光抑制。

4.根据权利要求1所述的系统，

其中至少一个所述参考标识（13’，13”，……）具有多个标记（14’，14”，……）。

5.根据权利要求1或4中一项或两项所述的系统，

其中所述标记（14’，14”，……）以弯曲的形状、圆形或者椭圆形来设置。

6.根据权利要求1、4或5中一项或多项所述的系统，

其中至少一个所述参考标识（13’，13”，……）具有相同的或者不同的几何标记（14’，14”，……），

特别是虚线或点。

7.根据权利要求1、4、5或6中一项或多项所述的系统，

其中所述参考标识（13’，13”，……）设置在所述测量台（10）的端侧上。

8.根据权利要求1至7中一项或多项所述的系统，

其中一个所述相机（7’）或者多个所述相机（7’，7”）的相机镜头具有环形光，

和/或

所述相机镜头具有照明装置（8，8’），

所述照明装置能够实现侧向的暗场照明。

9.根据上述权利要求中一项或多项所述的系统，

其中所述相机（7’，7”，……），

特别是所有的相机（7’，7”，……）都固定地安装。

10.一种用于对部件（4，120，130）进行三维的物体标记的方法，

其中特别是使用根据权利要求1至10中的一项或多项所述的系统（30），

其中部件（4，120，130）在测量台（10）上的不同的位置中，

特别是在两个位置中，

由相机（7’，7”，……）二维地检测，并且

通过与所述部件（4，120，130）的已知的3D模型的最佳拟合来确定所述部件（4，120，130）的实际的三维度，

以及在构件（4，120，130）上产生测量点图案（26：26’，26”，……）以用于在所述测量点图案（26’，26”，……）的点上实施测量方法。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中一次性地改变、特别是翻转、更特别是仅一次性地翻转所述部件（4，120，130）的位置。

12.根据权利要求10或11中一项或两项所述的方法，

其中

在所述部件（4，120，130）在所述测量台（10）上的位置改变之后，特别是翻转之后，使用参考标识（13’，13”，……），以便确定所述部件（4，120，130）在所述测量台（10）上的位置。

13.根据权利要求10至12中一项或多项所述的方法，

其中

-提供由测量台（10）、相机系统、特别是一个或多个相机（7’，

7”，……）和照明装置（8’，8”）组成的装置，

-将参考标识（13）安装在测量台（10）上或者测量台（10）已经具有所述参考标识，

-如果部件构成为是长形的，那么将所述部件（4，120，130）中的一个定位在所述测量台（10）上，最好是平地定位在所述测量台上，

-通过全部所使用的、固定安装的相机（7’，7”，……）或者一个相机（7’）在不同位置中拍摄多个单个图像，

-从多个所述单个图像中进行所述部件（4，120，130）的位置识别，

-通过最佳拟合分析实现所述部件相对于已知的3D模型的精密对准，

-将单个图像映射到所属的所述3D模型上，

-通过平均化、对比度调节或者边缘锐化对重叠的图像区域进行优化，

-翻转所述部件（4，120，130）并且从将所述部件（4，120，130）定位在所述测量台（10）上开始重复，

-将单个照片（2D）与已知的所存储的3D模型组合为所述部件（4，120，130）的3D轮廓。

14.一种用于测量部件（4，120，130）的方法，

其中在所述部件（4，120，130）上产生测量点图案（26，26’，26”），

特别是根据权利要求10至13中一项或多项所述的方法来产生，

更特别是借助系统（30）根据权利要求1至10中一项或多项所述的方法来产生，

并且在所述测量点图案（26，26’，26”）的测量点上实施测量、

特别是实施壁厚测量。