CN106969703A - 用于自动成型冷却孔测量的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

自动测量系统（400）包含多轴线成像器（500），其配置成接收工件（100）的图像，其中图像包含关于多个聚焦面（140‑152）处工件（100）的视觉信息或关于在至少两个聚焦面（140‑152）之间工件（100）的视觉信息。多轴线成像器（500）还配置成确定多个3D数据点（600）的点云，其中多个3D数据点（600）中的每个代表多个聚焦面（140‑152）中的一个与工件（100）的表面的相交或在至少两个聚焦面（140‑152）之间的散焦区域中的工件（100）的位置信息。多轴成像器（500）进一步配置成确定工件（100）的特征的多个维度并且将特征的确定的多个维度与对应于特征的确定的多个维度中的至少一些的制造规范比较。

Description

用于自动成型冷却孔测量的方法和系统
技术领域
该描述涉及自动计量，并且更特定地，涉及用于对要测量的特征生成视图计划、实现该视图计划来生成视图数据以及分析该视图数据来生成特征的维度数据的方法和系统。
背景技术
确定特征（例如涡轮机叶片中的冷却孔）是否满足维度要求的至少一些已知方法要使用测量工具（例如销规）来度量特征。如本文使用的，维度要求指物体（例如，涡轮机叶片或其他工件）的特征的大小、间距和距离特性。然而，冷却孔采用要求更完整的孔和扩散器区域映射的更复杂设计形成。对翼型进行总气流测试，但这仅提供空气体积测试并且不一定提供孔的冷却性能的良好映射。仅以有限的成功尝试了各种测量方法，其包含X射线计算机断层摄影（CT）、同轴(in-line)和三角测量激光点探头、触摸式探头法和基于结构光的3D光学法。X射线CT能够看到孔，但没有用来足够准确地映射非常小的孔来证实维度测量满足制造或维护规范的分辨率。点探测法（光学或触摸式）要求探头的某一形式的机械扫描。对于机械扫描的需要从对孔的访问、适合孔和速度方面引入挑战。为了改进使用点探测的速度，通常做出孔是圆的并且居中的假设。以这样的方式，仅需要获取有限数量的轮廓。然而，该假设对于最佳冷却所需要的孔几何形状的公差(tolerance)水平可并不是正确的。使用特定聚焦面(focus plane)的其他显微镜方法提供孔的不完整图，这能够错过感兴趣的关键转变点，除非花时间用于更多聚焦面。
发明内容
在一个方面中，提供自动测量系统。该自动测量系统包含多轴线成像器，其配置成接收工件的图像，其中图像包含关于多个聚焦面处工件的视觉信息或关于在至少两个聚焦面之间工件的视觉信息。多轴线成像器还配置成确定多个3D数据点的点云，其中多个3D数据点中的每个代表多个聚焦面中的一个与工件的表面的相交或在至少两个聚焦面之间的散焦区域中的工件的位置信息。多轴线成像器进一步配置成确定工件的特征的多个维度并且将特征的确定的多个维度与对应于特征的确定的多个维度中的至少一些的制造规范比较。
在另一个方面中，提供用于自动测量多个成型冷却孔的维度参数的方法。该方法使用耦合于用户界面和存储器设备的计算机设备来实现。该存储器设备包含接收从每个冷却孔采集的点的3D位置数据，其中每个冷却孔包含计量器部分和扩散器部分。方法还包含提取代表计量器部分和扩散器部分的表面的细化形状的自由边界、使用提取的自由边界确定计量器部分的自由边界以及使用计量器部分的确定的自由边界确定初始孔轴线。方法还包含使用3D位置数据点的迭代高斯滤波来改进初始孔轴线、通过二次离群值消除来消除与高斯滤波的计量器部分轴线偏差以及输出确定的孔轴线和半径。
在还有另一个方面中，提供一个或多个非暂时性计算机可读存储媒体，其具有在其上体现的计算机可运行指令。在由至少一个处理器运行时，计算机可运行指令促使处理器接收工件的电子表示、确定视图计划用于使用多轴线成像器并且基于接收的工件的电子表示执行表面和子表面特征的检查。视图计划包含用于使用多轴线成像器观察一个或多个表面和子表面特征的确定路线。计算机可运行指令还促使处理器根据视图计划定位工件、在多个视平面处采集在视图计划中的每个表面和子表面特征的图像以及使用采集的图像生成每个表面和子表面特征的三维（3D）点云。在各种实施例中，维度是用来在某一限定“空间”中定位点所需要的坐标网格的独立组成。在三维空间中，坐标系能够使用笛卡尔坐标（X，Y，Z坐标）、球面坐标（r，θ，φ）、圆柱坐标（r，θ，z）等来定位点。在二维空间（例如，表面）中，仅需要两个独立坐标来唯一定位表面上的点。计算机可运行指令进一步促使处理器使用生成的点云确定表面和子表面特征的维度。
在又一个实施例中，确定对工件的表面具有开口的子表面特征的边界的方法包含确定子表面特征的开口的预期位置并且确定多个3D数据点的点云，其中每个3D数据点代表成像器的多个聚焦面中的一个与工件的表面或子表面特征的表面的相交。方法还包含去除多个3D数据点中在远离子表面特征的开口的距离阈值外的3D数据点并且沿z方向对多个3D数据点中余下的3D数据点分类。方法进一步包含：基于分类的3D数据点的分类位置将分类的3D数据点分配给子表面特征的一部分，其中子表面特征包含工件表面部分、扩散器部分和计量器部分；以及提取限定工件表面部分、扩散器部分和计量器部分中的至少一个的形状的参数。
本发明提供一组技术方案,如下:
1. 一种自动测量系统，包括：
多轴线成像器，配置成：
接收工件的图像，所述图像包含关于多个聚焦面处的所述工件的视觉信息以及关于在至少两个聚焦面之间的所述工件的视觉信息中的至少一个；
确定多个3D数据点的点云，所述多个3D数据点中的每个代表所述多个聚焦面中的一个与所述工件的表面的相交和在所述至少两个聚焦面之间的散焦区域中的所述工件的位置信息中的至少一个；
使用所述多个3D数据点的所述点云确定所述工件的特征的多个维度；
将所述特征的确定的多个维度与对应于所述特征的所述确定的多个维度中的至少一些的制造规范比较；以及
输出超出预定阈值的至少比较的指示。
2. 如技术方案1所述的系统，进一步包括夹具，所述夹具包括：
工件接口，配置成接纳工件，所述工件包含具有预定位置和维度的表面特征和子表面特征；以及
定位设备，配置成使所述工件绕所述夹具的至少一个轴线旋转和使所述工件沿路径平移中的至少一个。
3. 如技术方案2所述的系统，其中所述多轴线成像器包括视线成像设备，其包括接收器，所述多轴线成像器配置成从多个视角接收所述工件的图像，所述多个视角的每个视角通过所述工件和所述多轴线成像器的所述接收器的相对位置确定。
4. 如技术方案3所述的系统，进一步包括控制器，所述控制器配置成：
接收所述工件的电子表示；
确定视图计划用于使用所述多轴线成像器并且基于接收的所述工件的电子表示来执行表面特征和子表面特征的检查，所述视图计划包含用于使用所述多轴线成像器观察一个或多个表面特征和子表面特征的确定路线；
根据所述视图计划自动定位所述工件；
在多个视平面处自动采集在所述视图计划中的每个表面特征和子表面特征的图像；
使用采集的图像生成每个表面特征和子表面特征的3维（3D）点云，所述3D点云包含多个3D位置数据点；以及
使用生成的点云确定所述表面特征和子表面特征的维度。
5. 如技术方案4所述的系统，其中所述表面特征和子表面特征限定涡轮机叶片中的冷却孔。
6. 如技术方案4所述的系统，其中确定的视图计划包含用于进而相对于所述多轴线成像器的所述接收器定位所述表面特征和子表面特征中的每个的指令。
7. 如技术方案4所述的系统，其中所述表面特征包含扩散器部分并且所述子表面特征包含从所述扩散器部分延伸到所述工件中的膛，所述膛限定延伸通过其的中心线并且其中所述确定的视图计划包含用于进而相对于所述多轴线成像器的所述接收器非正交定位膛中的每个的指令。
8. 如技术方案4所述的系统，其中所述控制器进一步配置成使所述3D位置数据点细化来创建代表所述扩散器部分的侧壁的三角面的网格。
9. 如技术方案8所述的系统，其中所述三角面的网格的所述三角面的至少一部分彼此共享边界边缘，自由边缘除外,在所述自由边缘中三角面没有任何公共近邻并且自由边缘的折线段形成所述三角面的网格的边界段。
10. 如技术方案8所述的系统，其中所述控制器进一步配置成：
在其中所述多轴线成像器的视线终止到所述工件的内腔中的所述扩散器部分的底部区段处使所述表面特征和子表面特征内部的3D位置数据点细化；
使用细化数据中的自由边界估计超出所述多轴线成像器的所述视线的底部自由边界测量点；
使用底部自由边界测量点的估计确定所述表面特征和子表面特征的实际取向位置和直径；以及
从所述表面特征和子表面特征的确定的实际取向位置和直径估计轴线对称形状和形状轴线。
11. 如技术方案10所述的系统，其中所述控制器进一步配置成：
提取在相对于估计的轴线对称形状的距离阈值内的所有3D位置数据点来进一步改进所述形状轴线的估计；
将提取的点的3D笛卡尔坐标（x，y，z）映射成3D圆柱坐标（r，θ，z），由此限定多个r值；以及
基于它们的θ值将所述点分配到多个θ仓中的一个中。
12. 如技术方案11所述的系统，其中所述控制器进一步配置成：
将所述多个θ仓中的每个的所述点的所述r值与在阈值内的估计的轴线对称形状半径比较，以具有最高z值的点开始并且按z值的递减顺序对所有点继续；
保留具有在所述估计的轴线对称形状半径的所述阈值内的r值的所述点；以及
丢弃所述点的余下部分。
13. 如技术方案1所述的系统，其中所述工件的所述特征包括具有预定位置和维度的表面特征和子表面特征。
14. 如技术方案1所述的系统，其中所述多轴线成像器进一步配置成：
接收所述多轴线成像器的透镜的电子表示；以及
使用所述透镜的所述电子表示确定代表在所述至少两个聚焦面之间的散焦区域中的所述工件的位置信息的所述多个3D数据点。
15. 一种用于自动测量多个成型冷却孔的维度参数的计算机实现方法，所述方法使用耦合于用户界面和存储器设备的计算机设备实现，所述方法包括：
从每个冷却孔接收3维（3D）位置数据点，每个冷却孔包含近似轴线对称型的计量器部分和非圆柱扩散器部分；
提取代表所述近似轴线对称型计量器部分和所述非圆柱扩散器部分的侧壁的表面的细化形状的自由边界；
使用提取的自由边界确定轴线对称形状的自由边界；
使用所述轴线对称形状的确定自由边界确定初始冷却孔轴线；
使用所述3D位置数据点的迭代高斯滤波来改进所述初始冷却孔轴线；
通过二次离群值消除来消除与所述高斯滤波的轴线偏差；以及
输出确定的冷却孔轴线和半径。
16. 如技术方案15所述的方法，进一步包括确定燃气涡轮机引擎叶片中的多个冷却孔的轴线和半径。
17. 如技术方案15所述的方法，进一步包括在所述数据采集期间实时接收所述3D位置数据点和从所述存储器设备检索存储的3D位置数据点中的至少一个。
18. 如技术方案15所述的方法，其中通过二次离群值消除来消除与所述高斯滤波的轴线偏差包括：
（a）将所述3D位置数据点从笛卡尔表示变换为圆柱坐标表示（r，θ，z）；
（b）基于所述3D位置数据点θ值的值将所述3D位置数据点划分成单独仓；
（c）基于所述3D位置数据点的z值在每个仓中对所述3D位置数据点分类；
（d）使用每个3D位置数据点的r值消除分类的3D位置数据点中的离群值；
（e）确定分类的3D位置数据点中的任一个是否被消除；
（f）如果所述分类的3D位置数据点中的任一个被消除，返回到步骤（a）；以及
（g）如果所述分类的3D位置数据点中没有一个被消除，输出确定的冷却孔轴线和半径。
19. 如技术方案18所述的方法，其中使用每个3D位置数据点的r值消除离群值包括将每个3D位置数据点的r值与所述圆柱的估计半径比较。
20. 一个或多个非暂时性计算机可读存储媒体，其具有在其上体现的计算机可运行指令，其中在由至少一个处理器运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器：
接收包含一个或多个表面特征和子表面特征的工件的电子表示；
确定视图计划用于使用所述多轴线成像器并且基于接收的所述工件的电子表示执行所述表面和子表面特征的检查，所述视图计划包含用于使用所述多轴线成像器观察一个或多个表面特征和子表面特征的确定路线；
根据所述视图计划定位所述工件；
在多个视图平面处采集在所述视图计划中的每个表面和子表面特征的图像；
使用采集的图像生成每个表面和子表面特征的三维（3D）点云，所述3D点云包含多个3D位置数据点；以及
使用生成的点云确定所述表面特征和子表面特征的维度。
21. 如技术方案20所述的计算机可读存储媒体，其中所述表面特征包含扩散器部分，所述计算机可运行指令进一步促使所述处理器使所述3D位置数据点三角化来创建代表所述扩散器部分的侧壁的三角面的网格。
22. 如技术方案20所述的计算机可读存储媒体，其中所述三角面的网格的三角面彼此共享边界边缘，所述自由边缘除外，在所述自由边缘中三角面没有任何公共近邻并且自由边缘的折线段形成所述三角面的网格的边界段。
23. 如技术方案20所述的计算机可读存储媒体，其中所述控制器进一步配置成：
在其中所述多轴线成像器的视线终止到内腔中的所述扩散器部分的底部区段处使所述表面特征和子表面特征内部的3D位置数据点细化；
使用细化数据中的自由边界估计超出所述多轴线成像器的视线的底部自由边界测量点；以及
使用估计确定所述表面特征和子表面特征的实际取向位置和直径。
24. 如技术方案20所述的计算机可读存储媒体，其中所述控制器进一步配置成：
提取在相对于估计的圆柱的距离阈值内的所有3D位置数据点来进一步改进所述圆柱轴线的估计；
将提取的点的3D笛卡尔坐标（x，y，z）映射成3D圆柱坐标（r，θ，z），由此限定多个r值；以及
基于它们的θ值将所述点分配到多个θ仓中的一个中。
25. 如技术方案20所述的计算机可读存储媒体，其中所述控制器进一步配置成：
将每个θ仓中的所述点的所述r值与在阈值内的估计的圆柱半径比较，以具有最高z值的点开始并且按z值的递减顺序对所有点继续；
保留具有在所述估计的圆柱半径的所述阈值内的r值的所述点；以及
丢弃所述点的余下部分。
26. 一种确定对工件的表面具有开口的子表面特征的边界的方法，所述方法包括：
确定所述子表面特征的所述开口的预期位置；
确定多个3D数据点的点云，每个3D数据点代表成像器的多个焦平面中的一个与所述工件的表面或所述子表面特征的表面的相交；
去除所述多个3D数据点中在远离所述子表面特征的所述开口的距离阈值外的3D数据点；
沿z方向对所述多个3D数据点中所述余下的3D数据点分类；
基于分类的3D数据点的分类的位置将分类的3D数据点分配给所述子表面特征的一部分，其中所述子表面特征包含工件表面部分、扩散器部分和计量器部分；以及
提取限定所述工件表面部分、所述扩散器部分和所述计量器部分中的至少一个的形状的参数。
27. 如技术方案26所述的方法，其中确定所述子表面特征的预期位置包括使用所述工件的电子表示确定所述子表面特征的预期位置。
28. 如技术方案26所述的方法，进一步包括迭代添加在提取参数中的在适合所述工件表面部分、所述扩散器部分和所述计量器部分的相应部分的预期形状的预定阈值内的3D数据点。
29. 如技术方案26所述的方法，进一步包括使用k邻域点距离检验来证实任何底部离群值3D数据点。
附图说明
在参考附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中遍及所有图中相似的符号代表相似零件,其中：
图1是配置为转子叶片的示范性涡轮机引擎组件的侧视图；
图2是图1中示出的转子叶片的一部分的放大图；
图3是图2中示出的转子叶片的一部分的剖面图；
图4是用于检查组件（例如图1中示出的转子叶片）的一个或多个孔径或冷却孔的自动非接触式测量系统的示意图；
图5是可与图4中示出的非接触式测量系统一起使用的自动多轴线成像系统的透视图；
图6是具有图1中示出的冷却孔（网格化为三角网格）的示范性扩散器的多个示范性3D位置数据点的简图；
图7是从图1中示出的冷却孔中的一个的多个图像提取的数据的3D点云的示范性边界曲线点；
图8是用来构造计量器部分轴线估计的示范性底部边界点的简图；
图9示出相对于估计的计量器部分形状的距离阈值内的所有3D位置数据点被提取来进一步改进计量器部分轴线估计；
图10示出这些提取点的3D（x，y，z）笛卡尔坐标映射成示范性3D圆柱坐标表示（r，θ，z）；
图11示出基于点的theta(θ)值将它们分配到theta(θ)仓(bin)中；
图12示出在以具有最高z值的点开始的每个theta(θ)仓内，将它们的r值与在阈值内的估计的圆柱半径比较。具有在估计的圆柱半径内的r值的那些被保留，并且余下部分被丢弃；
图13示出通过注意扩散器孔的一般形状从冷却剂侧上的圆柱转变到热气侧上的非圆柱来执行点分类；
图14是确定可与图4中示出的非接触式测量系统一起使用的多个冷却孔的轴线和半径的方法的流程图；以及
图15是确定对工件的表面具有开口的子表面特征的边界的方法的流程图。
除非另外指示，本文提供的图意味着图示本公开的实施例的特征。认为这些特征在包括本公开的一个或多个实施例的各种各样的系统中是可适用的。因此，图不意味着包含由本领域中的技术人员已知的用于实施本文公开的实施例所要求的所有常规特征。
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求书中，将参考许多术语，其应定义成具有下面的含义。
除非上下文另外清楚地指出，单数形式“一”、"一个"和“该”包含复数个参考。
“可选的” 或“可选地” 意味着随后描述的事件和情况可能发生或可能不发生，并且该描述包含其中发生事件的实例和其中不发生事件的实例。
如本文使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语（例如“处理设备”、“计算设备”和“控制器”）不限于只是本领域中称为计算机的那些集成电路，而广泛称为微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器（PLC）和专用集成电路以及其他可编程电路，并且这些术语在本文可互换地使用。在本文描述的实施例中，存储器可包含但不限于计算机可读媒介，例如随机存取存储器（RAM）、计算机可读非易失性媒介（例如闪速存储器）。备选地，还可使用软盘、压缩盘只读存储器（CD-ROM）、磁光盘（MOD）和/或数字多功能盘（DVD）。而且在本文描述的实施例中，附加输入通道也可以是但不限于与操作者界面关联的计算机外围设备，例如鼠标和键盘。备选地，还可使用其他计算机外围设备，其可包含例如但不限于扫描仪。此外，在示范实施例中,附加输出通道可包含但不限于操作者界面监测器。
此外，如本文使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包含存储在存储器中的任何计算机程序用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器的运行。
如本文使用的，术语“非暂时性计算机可读媒体”意图代表采用用于信息（例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或任何设备中的其他数据）的短期和长期存储的任何技术方法实现的任何有形的基于计算机的设备。因此，本文描述的方法可编码为有形的非暂时性计算机可读媒介中体现的可运行指令，该媒介包含但不限于存储设备和/或存储器设备。这类指令在由处理器运行时促使该处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文使用的，术语“非暂时性计算机可读媒体”包含所有有形的计算机可读媒体，其包含但不限于非暂时性计算机存储设备，该非暂时性计算机存储设备包含但不限于易失性和非易失性媒体，以及诸如固件、物理和虚拟存储设备、CD-ROM、DVD的可移动和不可移动媒体和诸如网络或互联网的任何其他数字源，以及有待开发的数字部件，其中唯一例外是暂时性传播信号。
如本文使用的，术语“实时”指关联事件的发生时间、预定数据的测量和收集的时间、用来处理数据的时间和系统响应于事件和环境的时间中的至少一个。在本文描述的实施例中，这些活动和事件基本上即刻发生。
如本文使用的，制造规范代表限定生产给定产品所必需的过程、材料和方法的信息集合；其包含将原始材料、组件或零件转换成WIP（半成品）或成品。例如，在各种实施例中，制造规范限定过程（例如激光打孔、放电加工）以专门在涡轮机组件或一般在工件中产生冷却孔，其具有特定几何形状，例如孔直径或形状(例如圆的、椭圆的或钟形)、与表面成一定角度和在零件上的位置。
下面的详细描述通过示例并且未通过限制来图示本公开的实施例。预期本公开对在工业、商业和住宅应用中测量工件中的表面特征的分析和方法实施例具有一般应用。
本文描述用于测量工件的表面特征的传感器系统的实施例。该传感器系统提供用来表征或测量在诸如涡轮机械的系统中使用的小的冷却孔的关键维度参数的方法。冷却孔包含用于使空气跨零件外表面扩散来实现最有效冷却的目的的孔的入口周围的区域和以相对于零件表面一定角度的孔。如果冷却孔没有正确的几何形状，从孔出来的气流可未沿着零件表面而相反远离零件升起并且由此未有效地冷却零件表面。如果零件未适当冷却，表面可迅速熔融或退化，从而引起零件失效。朝制作零件（例如具有较小冷却孔的涡轮机叶片）的进程意味着先前的检查方法在生产或大修检查期间的使用可接受的时间量中未提供良好映射。此外，高级冷却孔设计意味着简单的销规未提供足够信息。
典型的热气组件零件（例如飞机引擎的叶片和喷嘴）具有加工到它们中的几百个扩散器孔。为了证实这些加工孔的蓝图特性，描述快速非接触式计量系统。此外，从3D测量数据的设计参数的自动计算和提取是实现技术的关键，因为3D光学计量数据的手动分析是极为劳动力密集型的并且并未充分可重复。本文描述的特征提取方法在用于从3D光学计量数据计算蓝图特性的全自动算法的开发中使用成像设备528和孔设计特性。来自光学或类似工具的密集数据可包含广泛的噪声因素，其可以是实际表面纹理或传感器噪声，这两者都能够使最佳可孔直径和中心的计算退化。使用迭代方法，其使这些噪声因素最小化来获得更加一致的直径和轴线测量。
本公开的一些实施例采用三维（3D）显微镜法，其基于焦点分集法(focusdiversity method)。一个这种焦点分集法通过单步调试(step through)一系列焦点移位、产生一系列图像来获得3D信息，该一系列图像包含对焦(in-focus)区以及失焦(out offocus)区的视觉信息，其中该视觉信息包含能够凭借收集在对人可见的光谱部分中的光而视觉上或光学上辨别的信息。成像系统的数学模型允许将对焦和失焦区映射成连续3D体积，描述在零件表面上分辨的每个点的（x，y，z）位置。该3D模型用来映射冷却孔、孔周围的扩散区域以及这些区域之间的转变点。在各种实施例中，3D方法使用多轴线成像器实现，该多轴线成像器配置成接收工件的图像，其中图像包含关于多个聚焦面处的工件的视觉信息和/或关于在至少两个聚焦面之间的工件的视觉信息。多轴线成像器还配置成确定多个3D数据点的点云，其中在一些实施例中，多个3D数据点中的每个代表多个聚焦面中的一个与工件的表面的相交。在其他实施例中，多个3D数据点中的每个代表至少两个聚焦面之间的散焦区域中的工件的位置信息。3D数据点包含散焦图像信息，其偏离清楚或锐焦点或未被清晰限定或其中特征表面上的点的图像未清晰聚焦。多轴线成像器还配置成使用多个3D数据点的点云确定工件的特征的多个维度并且将特征的确定的多个维度与对应于特征的确定的多个维度中的至少一些的制造规范比较。多轴线成像器进一步配置成输出超出预定阈值的至少比较的指示。
预定阈值代表用来实现预先确定、规定或决定的某一目标或目的性质的值的最小值、最大值或范围。在一个实施例中，限定某一形状所需要的预定阈值数量的3D点意味着根据那个零件特征的设计限定冷却孔和扩散器的形状的最小数量的X、Y、Z点。例如，在几何形状中，两个点是用来限定线的最小数量的点。三个非共线点是用来限定平面、三角或圆的最小数量的点。然而，用来明确限定椭圆的最小数量的点是六个。随着形状变得更复杂，限定那个形状需要的点的数量增加。在工件中的冷却孔的情况下，形状可具有圆形横截面，但与中心轴线不垂直的任何横截面在形状中将是椭圆的。因此在最简单情况下，需要两个点来限定冷却孔旋转的中心轴线，然后需要在与冷却孔壁上的中心轴线垂直的平面上的三个以上的点来限定基本形状。冷却孔椭圆度（不圆形状）、锥形和特定特征(例如其中孔转变到表面点)都需要来限定真实冷却孔。
多轴线成像器还配置成接收多轴线成像器的透镜的电子表示并且使用透镜的电子表示确定代表至少两个聚焦面之间的散焦区域中工件的位置信息的多个3D数据点。透镜的电子表示通常包含在成像系统中存储的成像系统的数学模型中或对成像系统可访问。如本文使用的，3D数据点具有在常见坐标框架内的X、Y和Z位置信息的描述。在各种实施例中，少至五千个3D数据点或大于十万个3D数据点用来表征冷却孔。
在操作中，零件和冷却孔设计位置的模型用来识别每个冷却孔的位置和取向以及零件的周围表面的形状。使用零件信息和传感器系统的模型（其包含传感器隔开要求、测量体积和关于视角的限制以及传感器的照明需求），计算一组最佳视角以便测量要测量的每个孔。视角优化的目标是要根据需要捕捉高质量数据以在尽可能短的时间并且在由于零件的几何形状和传感器的几何形状和隔开要求引起的物理接近限制内限定孔和扩散器区域几何形状。该优化可按照每个孔进行或能够对靠近在一起的小的孔组进行。一旦确定视角，操纵或定位设备用来相对于要在映射那个孔或孔系列所需要的每个角度测量的孔来定位传感器。操纵设备可以是机器人、协调移动系统或手动夹具。在每个视角从相应聚焦面或视平面收集一系列图像，每个沿传感器的光轴线具有固定间距。然后使用焦点分集法来分析收集的图像以生成计量器部分和扩散器区域的3D图。3D图用来确定计量器部分的中心线，以及计量器部分膛与扩散器区域和零件表面之间的转变点。该信息然后相对于在零件的设计中设置的极限比较来确定每个冷却孔的维度参数是否在规范内。
实验和分析研究示出加工成热气组件的冷却孔的计量器部分和扩散器的3D形状对它们的冷却性能有明显影响。加工的扩散器孔的维度检查对于确保产品质量和控制冷却孔制造过程是必要的。特别地，冷却孔的3D形状通过限定它的形状和在组件上的位置的临界公差维度特征来控制。本公开的实施例还描述用于从3D数字检查数据自动计算成型冷却孔参数的方法，该3D数字检查数据可通过任何上游计量过程例如但不限于触摸式探头、3D光学传感器和计算机断层摄影（CT图像）获得。当前，不存在用于对扩散器成型孔几何形状进行全自动快速检查的商业系统或技术。测量数据的特征提取是实现开发这类系统的技术的关键。该公开描述迭代分析法，其利用设计模型、传感器参数和关键边界条件来选择和使用从扩散器3D测量最佳计算关键参数的数据。
下面的描述参考附图，其中在没有相反表示的情况下，不同图中的相同数字代表类似元件。
图1是配置为转子叶片100的示范性涡轮机引擎组件的侧视图。在示范性实施例中，转子叶片100包含叶片翼型102，其连接到叶根104（例如，与其整体形成或附连到该叶根104）。图2是转子叶片100的一部分的放大图。图3是转子叶片100的部分的剖面图。参考图2和3，翼型102包含翼壁106，其具有一个或多个冷却孔108-116。壁106包含内表面118和外表面120。内表面118可限定翼型102的内腔122的至少一部分。外表面120可至少部分限定翼型102的前沿、后沿、压力侧表面或吸入侧表面。
冷却孔108-116中的一个或多个各延伸通过内表面118与外表面120之间的壁106。冷却孔108-116中的一个或多个可各包含成型计量器部分124和与计量器部分124相同或不同地成型的扩散器部分126，其在结128处与计量器部分124以流通信的方式耦合。在示范性实施例中，成型计量器（膛）部分124图示为圆柱成型膛。然而，应理解,计量器部分124可具有任何“轴线对称”形状而不仅仅是圆柱形状。例如，即使计量器部分124是锥体的、椭圆形的、椭圆形的-锥体的等，过程的一般原理也适用。计量器部分124从内表面118延伸到壁106中、到扩散器部分126。扩散器部分126从外表面120延伸到壁106中、到计量器部分124。计量器部分124可具有基本上均匀（例如，圆柱的）的几何形状并且定大小来调节流过其的预定流体流量。相比之下，扩散器部分126可具有在扩散器部分126从外表面120朝计量器部分124延伸时渐缩的（例如，渐缩圆柱的）几何形状。扩散器部分126配置成调节流体流动,使得流体流动跨外表面120维持，而不是被排出到远离外表面120的周围空间中。计量器部分124和扩散器部分126各包含相应中心线130、132和相应侧壁134、136。在各种实施例中，中心线130和132共线并且在其他实施例中，中心线130和132相对于彼此处于某角度138。
图4是用于检查诸如转子叶片100（在图1中示出）的组件的一个或多个孔径或冷却孔108-116的自动非接触式测量系统400的示意图。测量系统400包含测量设备402，例如但不限于光学成像器和控制器404。测量设备402配置成沿路径406平移、绕点408旋转和/或绕多个轴线410、412和414旋转。
这种非接触式测量设备的示例包含但不限于全光谱（例如，白）光测量设备、单色（例如，蓝）光测量设备、激光测量设备和计算机轴向断层摄影扫描（CAT扫描）设备。非接触式测量设备的另一个示例是干涉测量设备，其投射和测量波（例如，电磁波）模式中的改变（例如，相移）。
测量设备402包含：非接触式传感器416（例如，白光光学扫描仪），其适于映射转子叶片100的至少一部分；（例如，冷却孔108-116中的一个或多个）。术语“映射”可描述测量表面3D数据点的（例如，高密度）三角化网格来数字代表零件或工件表面的过程。映射通常包含生成3D数据点的点云，这些3D数据点代表成像器的表面和聚焦面的相交。相交使用能够凭借收集对人可见的光谱部分中的光而视觉上或光学上辨别的视觉信息来确定。点云通常包含几百万个点（其是扫描点的集合）并且可甚至不包含任何拓扑信息。然而，拓扑信息中的大部分能够通过对点云应用适合的算法来推断。对扫描点云执行的基本操作中的一些包含用来能够照亮扫描物体的表面法线的计算、用来从扫描过程去除任何残余噪声的噪声滤波器的应用以及使点云的采样速率变为预期水平的工具。全部三个这些操作对点云中的每个点计算k个最近的近邻或k邻域。
控制器404与测量设备402通信地耦合（例如，硬接线或无线连接）。控制器404可采用硬件、软件或硬件和软件的组合实现。控制器404可包含一个或多个处理器418、存储器设备420和模拟和/或数字电路系统。存储器设备200可包含例如闪速存储器和/或NVRAM存储器，如下文论述的。在一个实现中，计算机程序产品有形地体现在信息载体中。计算机程序产品包含指令，其在运行时执行一个或多个方法，例如上文描述的那些方法。信息载体是计算机或机器可读媒介，例如存储器设备420、扩充存储器或可接纳的一个或多个处理器418上的存储器。控制器404实现视图计划，其存储在与控制器404关联或对控制器404可访问的存储器中。视图计划从转子叶片100和冷却孔108-116或要检查和/或测量的其他组件的规范数据得到。视图计划规定控制器404将控制测量设备402来运行以在图像采集期间准许测量设备402相对于转子叶片100最佳定位的路线。控制器404还配置成将测量的位置数据与规范位置信息比较来证实测量的每个特征与规范数据中的对应特征之间的配准。
在操作期间，测量设备402被引导到冷却孔108的附近。测量设备402配置成从相对于计量器部分124和/或扩散器部分126的中心线的一个或多个角度采集图像。从相对于中心线130、132的微小角度观察冷却孔108,使得冷却孔108的侧壁134、136对测量设备402是可见的并且权衡考虑相对于冷却孔108的观察区域可获得多少分辨率。测量设备402在正确定位时在多个视平面或聚焦面140-152处采集图像。测量设备402在采集这些图像的过程中必需移动。测量设备402采集图像，并且然后测量设备402朝外表面120少量移动，例如近似两微米，然后测量设备402采集另一个图像，并且对预定数量的图像重复这种移动和采集。非接触式测量系统400将采集的图像的特性与对应冷却孔的模型数据比较来证实图像是非接触式测量系统400在测量设备402下已定位的相同冷却孔。如果采集的图像和模型数据在预定公差内相对应，测量设备402假设成像冷却孔是图像采集的正确冷却孔。非接触式测量系统400行进到视图计划中规定的下一个冷却孔。在各种实施例中，从相同角度的图像能够用来测量计量器部分124和扩散器部分126。在一些实施例中，从不同角度采集图像来测量计量器部分124和扩散器部分126。
图5是可与非接触式测量系统400（在图4中示出）一起使用的自动多轴线成像器500的透视图。在示范性实施例中，多轴线成像器500包含底座502、一个或多个支承腿504、506。与底座502成可移动关系地支承推车510。推车510配置成跨底座502的面516在两个维度512和514上并且在第三维度518中远离和朝向底座平移。检查夹具519包含定位设备520，其安装到推车510或在其上形成。定位设备520配置成绕轴线512、514和518中的一个或多个旋转。检查夹具519包含工件接口526，其配置成接纳工件（未示出），例如但不限于转子叶片100（在图1中示出）。成像设备528（例如多轴线成像器）使用例如横杆529定位在支承腿504和506上。成像设备528包含接收器530，其在一些实施例中包含光学透镜532。成像设备528配置成采集转子叶片100的图像，其包含转子叶片100的表面特征，例如但不限于冷却孔108-116（在图2中示出）。在各种实施例中，根据由控制器404（在图4中示出）生成的视图计划采集图像。多轴线成像器500是可控的以在由控制器404实现的视图计划的指导下相对于成像设备528的多个位置中定位转子叶片100。视图计划通过使几百个冷却孔的检查将另外所花的时间量减少来改进图像采集技术。视图计划准许经由转子叶片100的图像扫描采集候选冷却孔并且然后使候选冷却孔与规范数据中的冷却孔必定匹配。
在示例中，成型孔版本是圆柱，其通过锥体相交,使得锥体的中心轴线和圆柱的中心轴线彼此成小的角度，例如30度，但仍相交。两个形状的相交形成非圆形转变线，其中材料表面上的点从在锥体表面上改变并且变成位于圆柱表面上的点。在示例实施例中，这些表面点通过使用多轴线成像器500来查看冷却孔108-116并且使通过沿可接近锥体或圆柱中的中心轴线但不一定与其相同的轴线聚焦的区移动来定位。以这种方式,以一系列步骤采集图像，那些图像包含在通过明确限定的表面纹理清晰定位在多轴线成像器500的最佳焦点的平面中的孔表面上的数据点，以及由此表面结构的清晰度通过失焦（因此不再最佳焦点的平面中）而退化的数据点，并且那些失焦表面点的特性通过多轴线成像器500的光学器件的点扩散函数来描述（点扩散函数限定为其中点的图像随离光学系统的距离改变的方式）。
为了限定圆柱形状、锥体形状和两个原始形状之间的转变，由图像从多轴线成像器500收集的数据提供圆柱表面和锥体表面上最小数量的点的X、Y、Z坐标来唯一限定每一个的形状和位置。三个点显然不足以限定圆柱的直径和取向。因为点能够仅仅定位在特征表面上，圆柱的取向要求明显更多的点来识别。对于理想的圆柱，可能认为6个点(2个平行平面上各自3个)可足以限定圆柱的直径和取向，但将会仅适用理想的圆柱和理想测量。如果圆柱不圆，假设形状沿长度不改变，则最小数量的点对于简单的椭圆可在平面中的一个上增加三个。这对于锥体甚至变得更复杂，因为锥形和取向两者都是未知的，以及对于理想锥体可需要任何不圆度（建议十二个或更多的点）。在实际应用中，许多更多的点用来限定形状、大小、取向和相对于彼此的位置来确定两个原始形状的相交。
图6是冷却孔108-116（在图2中示出）中的一个的3D点数据600的简图。本文描述的特征提取法通过充分利用两个关键附加输入而能够对光学探头3D点数据全自动操作：（1）扩散器孔设计与光学传感器特性的交互；以及（2）扩散器孔设计信息。具有要检查的冷却孔108-116的转子叶片100（在图1中示出）保持在工件接口526（在图5中示出）中并且在多轴线成像器500（在图5中示出）上的已知位置处。冷却孔108-116相对于零件基准的位置/取向从它们的设计数据已知，该设计数据可存储在存储器设备420（在图4中示出）中供由一个或多个处理器418（在图4中示出）使用。使用该数据，自动检查程序使零件在成像设备528下取向同时生成在检查的冷却孔的3D点数据。尽管冷却孔108-116的加工位置经受制造变化，特征提取算法利用零件检查所要求的相同设计数据使它在测量体积内的3D搜索减少到略大于冷却孔位置公差的小的区。因而，对检查程序没有放置附加的负担，同时算法搜索空间大大减少。接着，3D点数据被细化以在代表叶片100的表面602、计量器部分124的表面604和/或扩散器部分126的表面606的边缘到边缘镶嵌(tiling)（未示出）中创建多个三角面。冷却孔边界折线段602在图6中图示（在下文进一步论述）。
图7是从冷却孔108-116（在图2中示出）中的一个的多个图像提取的边界点700的轮廓。3D点数据的每个点代表在采集图像时对焦的视平面或聚焦面140-152（在图4中示出）与侧壁134或136（在图2、3和4中示出）的相交。3D点数据的边界示出为折线段602。三角面彼此共享边界边缘，自由边缘702除外，在这些自由边缘702中三角面没有任何公共近邻。确定自由边缘702准许识别每个表面602、604和606（在图6中示出）的边界。
图8是用来构造圆柱形计量器部分806的圆柱轴线估计804的示范性底部边界点800的简图。自由边缘的折线段602形成边界段。诸如非接触式测量系统400（在图4中示出）的光学系统的关键方面是它们仅提供视线数据。未测量冷却孔108-116（在图2中示出）内部（例如内腔122的拐角）的非视线数据。因而，在其中视线到内腔122中终止的底部处在冷却孔内部找到细化数据中的自由边界。由于扩散器部分126的典型设计（其中邻近计量器部分124的扩散器部分126的底部区段通常是圆柱的），底部自由边界测量点近似位于圆柱表面上。使用这些点作为估计，计算冷却孔108-116的实际冷却孔取向位置和直径。
图9示出在内径阈值902和外径阈值904内相对于估计的圆柱806的所有3D位置数据点900被提取以进一步改进圆柱轴线估计。
图10示出这些提取点的3D（x，y，z）笛卡尔坐标映射成3D圆柱坐标表示（r，theta(θ)、z）。圆柱坐标是二维极坐标通过叠加高度（z）坐标到三维的泛化。点是由笛卡尔坐标（x，y，z）表示的空间1002，其在圆柱坐标系中使用以下来表示：
在笛卡尔坐标（x，y，z）方面，
　　　　　　　　　　　　　　　　方程（1）
以及　　　　　　　　　　　　　　　方程（2）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　方程（3）
其中并且必须适当限定反正切来考虑（x，y）的正确象限。
在x、y和z方面，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　方程（4）
以及　　　　　　　　　　　　　　　　方程（5）
。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　方程（6）
尽管本文描述的形状为圆柱的，应理解计量器部分124可以是任何轴线对称形状，例如但不限于锥体的、椭圆形的或其组合。在其中计量器部分124是锥体的、椭圆形的或锥体的-椭圆形的这类情况下，方程1中的r将是z以及x和y的函数。这意味着半径沿z轴改变而不是在其中计量器部分124是圆柱的情况下沿z轴保持不变。
图11示出多个θ仓1100。基于它们的theta(θ)值，点分配给theta(θ)仓1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116、1118和1120。
图12示出每个θ仓内的圆柱点的最终提取1200。从圆柱轴线1202确定圆柱点的半径。在每个theta(θ)仓内，以具有最高z值的点开始，将点r值与阈值内的估计的圆柱半径比较。具有在估计的圆柱半径内的r值的那些被保留，并且丢弃余下部分。
图13示出仓1300中沿圆柱轴线1200长度分类的点，其中点分类通过注意冷却孔108-116扩散器孔的一般形状从翼型102（在图1中示出）的冷却剂侧上的圆柱转变为翼型102的热气侧上的非圆柱而执行。
图14是确定可与非接触式测量系统400（在图4中示出）一起使用的多个冷却孔108-116（在图2中示出）的轴线和半径的方法1400的流程图。在示范性实施例中，方法1400包含接收1402冷却孔108-116的3D点数据。3D点数据可在采集数据期间被实时接收或可从存储器设备420检索3D点数据。提取1404自由边界，并且确定1406圆柱的自由边界。在各种实施例中，对转子叶片100和冷却孔108-116确定的自由边界和规范数据用来确定堵塞孔状况。如果在制造或其他过程期间在冷却孔中留下一定量的材料，可存在堵塞孔状况。被堵塞的冷却孔取消从叶片100内向叶片100表面提供流体流动的冷却孔功能。在其他实施例中，在估计圆柱边界时丢弃的3D点数据还可用来确定或证实堵塞冷却孔。如果在非预期位置中发现确定的孔底部边界（例如，冷却孔太短），它可以是成像设备528未正确定位以沿计量器部分124向下观察足够距离的指示。非预期位置中确定的孔底部边界还可以是孔被堵塞的指示。这能够使用不在确定圆柱半径时的阈值公差内的数据点来证实。点因为是潜在离群值而被丢弃，但实际上可提供阻塞冷却孔的正确指示。一起使用短底部边界确定和丢弃的圆柱3D数据点能够用来将堵塞孔告知用户和/或证实先前确定的堵塞冷却孔。
计算1408初始孔轴线并且该初始孔轴线通过3D点数据的迭代高斯滤波而改进1410。通过二次离群值消除从高斯滤波消除圆柱轴线偏差，这包含将3D位置数据点从笛卡尔表示变换1412为圆柱坐标表示（r，θ，z）、基于它们的θ值将点划分成1414单独仓以及从例如z低值到z高值地对每个仓中的点分类1416以及使用r坐标消除离群值。方法1400确定1418点是否被删除。如果点被删除，方法1400返回到步骤1412以再次消除与高斯滤波的圆柱轴线偏差。如果没有点被删除，方法1400输出1420确定的孔轴线和半径。
图15是确定对工件的表面具有开口的子表面特征的边界的方法1500的流程图。在示范性实施例中，方法1500包含确定1502子表面特征的开口的预期位置和确定1504多个3D数据点的点云，其中每个3D数据点代表成像器的多个聚焦面中的一个与工件的表面或子表面特征的表面的相交。方法1500还包含去除1506多个3D数据点中在远离子表面特征的开口的距离阈值外的3D数据点并且沿z方向对多个3D数据点中余下的3D数据点分类1508。方法1500进一步包含：基于分类的3D数据点的分类的位置将分类的3D数据点分配1510给子表面特征的一部分，其中子表面特征包含工件表面部分、扩散器部分和计量器部分；以及提取1512参数，其限定工件表面部分、扩散器部分和计量器部分中的至少一个的形状。
图中描绘的逻辑流不要求示出的特定顺序或相继顺序来实现可取结果。另外，从描述的流程可提供其他步骤或可消除步骤，并且其他组件可添加到描述的系统或从其去除。因此，其他实施例在下面的权利要求的范围内。
将领会上文的特别详细描述的实施例仅仅是示范性的或可能的实施例，并且存在可包含的许多其他组合、添加或备选方案。
而且，组件、项目资本化、属性、数据结构或任何其他编程或结构方面的特定命名不是强制性或重要的，并且实现本公开或它的特征的机制可具有不同的名称、格式或协议。此外，系统可经由硬件和软件的组合（如描述的）实现或完全在硬件元件中实现。而且，本文描述的各种系统组件之间功能性的特定划分仅仅是一个示例，并且不是强制性的；由单个系统组件执行的功能相反可由多个组件执行，并且由多个组件执行的功能相反可由单个组件执行。
上文的描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面呈现特征。这些算法描述和表示可被数据处理领域中的技术人员用来最有效地向本领域中的其他技术人员传达他们工作的本质。这些操作在功能上或逻辑上描述时理解为由计算机程序实现。此外，有时证明将这些操作布置称为模块或通过功能名称参考这些操作布置是便利的，而不失一般性。
如从上文的论述显而易见，除非另外专门规定，领会到在遍及整个描述中，利用诸如“处理”或“计算”或“计算”或“确定”或“显示”或“提供”或类似物的术语的论述指计算机系统或类似电子计算设备的动作和进程，其在计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息存储设备、传输或显示设备内操纵和变换表示为物理（电子）量的数据。
基于前面的规范，上文论述的本公开的实施例可使用计算机编程或工程技术实现，该计算机编程或工程技术包含计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集。根据论述的本公开的实施例，任何这种得到的程序（具有计算机可读和/或计算机可运行指令）可体现在一个或多个计算机可读媒体内或在其内提供，由此制作计算机程序产品，即制造物品。计算机可读媒体可以是例如固定（硬）驱动、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器（例如只读存储器（ROM）或闪速存储器等）或任何传送/接收媒介，例如互联网或其他通信网络或链路。包含计算机代码的制造物品可通过直接从一个媒介运行指令、通过将代码从一个媒介复制到另一个媒介或通过在网络上传送代码而制作和/或使用。
如在本文在遍及整个说明书和权利要求中使用的近似语言可应用于修改任何数量表示，其能够准许变化而不导致它与其有关的基本功能中的变化。因此，由诸如“大约”和“基本上”的术语或多个术语修改的值不限于指定的精确值。在至少一些实例中，该近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精确度。在这里和遍及整个说明书和权利要求中，范围极限可组合和/或互换，识别这类范围并且其包含在其中包含的所有子范围，除非上下文或语言表另外指示。
尽管从各种特定实施例方面描述本公开，将认识到本公开能够采用在权利要求的精神和范围内的修改来实施。
如将基于前面的规范领会的，上文描述的本公开的实施例可使用计算机编程或工程技术实现，该计算机编程或工程技术包含计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集，方法和系统的技术效果可通过执行下面的步骤中的至少一个来实现：（a）接收从每个冷却孔采集的点的3D位置数据，每个冷却孔包含近似圆柱的计量器部分124和非圆柱的扩散器部分，（b）提取代表计量器部分124和扩散器的表面的细化形状的自由边界，（c）使用提取的自由边界确定圆柱的自由边界，（d）使用圆柱的确定的自由边界确定初始孔轴，（e）使用3D点数据的迭代高斯滤波来改进初始孔轴线，（f）通过二次离群值消除来消除与高斯滤波的圆柱轴线偏差，（g）输出确定的孔轴线和半径。根据论述的本公开的实施例，任何这种得到的程序（具有计算机可读代码部件）可体现在一个或多个计算机可读媒体内或在其内提供，由此制作计算机程序产品，即制造物品。计算机可读媒体可以是例如但不限于固定（硬）驱动、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器（例如只读存储器（ROM））和/或任何传送/接收媒介，例如互联网或其他通信网络或链路。包含计算机代码的制造物品可通过直接从一个媒介运行代码、通过将代码从一个媒介复制到另一个媒介或通过在网络上传送代码而制作和/或使用。
上文描述的测量物体的表面和子表面特征的维度参数的方法和系统的实施例提供成本有效且可靠的部件,其对于要测量的特征生成视图计划、实现该视图计划来生成视图数据以及分析该视图数据来对特征生成维度数据。更具体地，本文描述的方法和系统促进提取冷却孔108-116的计量器部分124的特征。另外，上文描述的方法和系统促进提取接近物体表面和冷却孔108-116的成型扩散器的特征。另外，上文描述的方法和系统促进将提取特征的点云数据变换为能够与物体的电子表示比较来确定制作和操作质量的维度数据。因此，本文描述的方法和系统促进在物体中采用成本有效且可靠方式自动检查和测量特征。
本文描述的方法、系统和装置的示范性技术效果包含以下中的至少一个：（a）获得冷却孔的3D图；（b）更快速数据收集用于检查冷却孔；以及（c）对零件冷却有效地使用较小的冷却孔的能力，其中这类较小设计冷却孔提供用于更好的涡轮机燃料效率的更高的翼型效率、更好的零件寿命和减少的维护成本。另外，获得的3D图不必是完整图。使用视线传感器例如成像设备528可未从冷却孔的每个表面收集数据。然而，冷却孔的形状仍使用收集的3D点数据来确定。确定的形状然后与转子叶片100和冷却孔108-116的规范数据比较。仅冷却孔的表面的数据量与转子叶片100和冷却孔108-116的规范数据比较。错过的任何数据未在比较中使用。还能够确定最小数据量的阈值来提供表面测量的预期级别的确定性。
本文描述的特征提取技术与其他一般技术相比更鲁棒。当前，用于在3D点数据中识别圆柱的或轴线对称特征的可用普通技术（例如基于曲率的分割、计算点云的高斯映射和使用基于RANSAC算法的分割）对识别如制造的冷却孔的段未提供足够鲁棒性和准确性。在这些现有的一般技术中未利用传感器或设计信息。此外，由于对于操作者解释的需要，采用这些现有技术难以实现完全自动化，因为如制造的冷却孔的点云呈现三个挑战：冷却孔数据的表面粗糙度、不圆度和光学噪声。本文描述的操作的原理可适用于加工成更广泛组件（例如喷嘴、轮叶、燃烧室、叶片和桶）的冷却孔的自动特征提取。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些图中示出而不在其他图中示出，这仅是为了方便。根据本公开的原理，图的任何特征可结合任何其他图的任何特征来引用和/或要求保护。
用于使用从物体图像得到的点云数据自动确定物体特征的物理维度的示范性方法和装置在上文详细描述。图示的装置不限于本文描述的特定实施例，而相反，每个的组件可与本文描述的其他组件单独地并且独立地使用。每个系统组件还能够结合其他系统组件使用。
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算设备。这类设备通常包含处理器、处理设备或控制器，例如通用中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、微控制器、精简指令集计算机（RISC）处理器、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑电路（PLC）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理（DSP）设备和/或能够运行本文描述的功能的任何其他电路或处理设备。本文描述的方法可编码为计算机可读媒介中体现的可运行指令，该媒介包含但不限于存储设备和/或存储器设备。这类指令在由处理设备运行时促使该处理设备执行本文描述的方法的至少一部分。上文的示例仅仅是示范性的，并且因而不意图以任何方式限制术语处理器和处理设备的定义和/或含义。
本书面描述使用包含最佳模式的示例来描述本公开，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本公开，包含制作和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本公开的可取得专利的范围由权利要求书限定，并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有没有不同于权利要求书的文字语言的结构元件，或者如果它们包含具有与权利要求书的文字语言的无实质差异的等效结构元件，则它们意图处于权利要求书的范围之内。
部件列表
100. 转子叶片
102. 翼型
104. 叶根
106. 壁
108. 冷却孔
109. 冷却孔
110. 冷却孔
111. 冷却孔
112. 冷却孔
113. 冷却孔
114. 冷却孔
115. 冷却孔
116. 冷却孔
118. 内表面
120. 外表面
122. 内腔
124. 计量器部分
126. 扩散器部分
128. 结
130. 中心线
132. 中心线
134. 侧壁
136. 侧壁
138. 角度
140. 聚焦面
142. 聚焦面
144. 聚焦面
146. 聚焦面
148. 聚焦面
150. 聚焦面
152. 聚焦面
400. 测量系统
402. 测量设备
404. 处理系统
406. 路径
408. 点
410. 轴线
412. 轴线
414. 轴线
416. 非接触式传感器
418. 一个或多个处理器
420. 存储器设备
500. 多轴线成像器
502. 底座
504. 支承腿
506. 支承腿
510. 推车
512. 维度
514. 维度
516. 面
518. 第三维度
519. 检查夹具
520. 定位设备
526. 工件接口
528. 成像设备
529. 横杆
530. 接收器
532. 光学透镜
600. 3D点数据
602. 折线段
604. 表面
606. 表面
700. 边界点
702. 自由边缘
800. 底部边界点
804. 圆柱轴线估计
806. 估计的圆柱
900. 数据点
902. 内径阈值
904. 外径阈值
1002. 空间
1100. 仓
1102. 仓
1104. 仓
1106. 仓
1108. 仓
1110. 仓
1112. 仓
1114. 仓
1116. 仓
1118. 仓
1120. 仓
1200. 最终提取
1202. 圆柱轴线
1300. 仓
1400. 方法
1402. 接收
1404. 提取的
1406. 确定的
1408.计算的
1410. 改进的
1412. 变换
1414. 划分
1416. 分类
1418. 确定
1420. 输出
1500. 方法
1502. 确定
1504. 确定
1506. 去除
1508. 分类
1510. 分配
1512. 提取

Claims (10)

1.一种自动测量系统（400），包括：
多轴线成像器（500），配置成：
接收工件（100）的图像，所述图像包含关于多个聚焦面（140-152）处的所述工件（100）的视觉信息以及关于在至少两个聚焦面（140-152）之间的所述工件（100）的视觉信息中的至少一个；
确定多个3D数据点（600）的点云，所述多个3D数据点（600）中的每个代表所述多个聚焦面（140-152）中的一个与所述工件（100）的表面的相交和在所述至少两个聚焦面（140-152）之间的散焦区域中的所述工件（100）的位置信息中的至少一个；
使用所述多个3D数据点（600）的所述点云确定所述工件（100）的特征的多个维度；
将所述特征的确定的多个维度与对应于所述特征的所述确定的多个维度中的至少一些的制造规范比较；以及
输出超出预定阈值的至少比较的指示。
2. 如权利要求1所述的系统（400），进一步包括夹具（519），所述夹具（519）包括：
工件（100）接口，配置成接纳工件（100），所述工件（100）包含具有预定位置和维度的表面特征和子表面特征；以及
定位设备（520），配置成使所述工件（100）绕所述夹具（519）的至少一个轴线（410，412，414）旋转和使所述工件（100）沿路径平移中的至少一个。
3.如权利要求2所述的系统（400），其中所述多轴线成像器（500）包括视线成像设备（528），其包括接收器（530），所述多轴线成像器（500）配置成从多个视角接收所述工件（100）的图像，所述多个视角的每个视角通过所述工件（100）和所述多轴线成像器（500）的所述接收器（530）的相对位置确定。
4.如权利要求3所述的系统（400），进一步包括控制器（404），所述控制器（404）配置成：
接收所述工件（100）的电子表示；
确定视图计划用于使用所述多轴线成像器（500）并且基于接收的所述工件（100）的电子表示来执行表面特征和子表面特征的检查，所述视图计划包含用于使用所述多轴线成像器（500）观察一个或多个表面特征和子表面特征的确定路线；
根据所述视图计划自动定位所述工件（100）；
在多个视平面（140-152）处自动采集在所述视图计划中的每个表面特征和子表面特征的图像；
使用采集的图像生成每个表面特征和子表面特征的3维（3D）点云，所述3D点云包含多个3D位置数据点（600）；以及
使用生成的点云确定所述表面特征和子表面特征的维度。
5.如权利要求4所述的系统（400），其中所述表面特征和子表面特征限定涡轮机叶片中的冷却孔（108-116）。
6.如权利要求4所述的系统（400），其中确定的视图计划包含用于进而相对于所述多轴线成像器（500）的所述接收器（530）定位所述表面特征和子表面特征中的每个的指令。
7.如权利要求4所述的系统（400），其中所述表面特征包含扩散器部分（126）并且所述子表面特征包含从所述扩散器部分（126）延伸到所述工件（100）中的膛（124），所述膛（124）限定延伸通过其的中心线并且其中所述确定的视图计划包含用于进而相对于所述多轴线成像器（500）的所述接收器（530）非正交定位膛（124）中的每个的指令。
8.如权利要求4所述的系统（400），其中所述控制器（404）进一步配置成使所述3D位置数据点（600）细化来创建代表所述扩散器部分（126）的侧壁的三角面的网格。
9.如权利要求8所述的系统（400），其中所述三角面的网格的所述三角面的至少一部分彼此共享边界边缘，自由边缘除外,在所述自由边缘中三角面没有任何公共近邻并且自由边缘的折线段（602）形成所述三角面的网格的边界段。
10.如权利要求8所述的系统（400），其中所述控制器（404）进一步配置成：
在其中所述多轴线成像器（500）的视线终止到所述工件（100）的内腔（122）中的所述扩散器部分（126）的底部区段处使所述表面特征和子表面特征内部的3D位置数据点（600）细化；
使用细化数据中的自由边界估计超出所述多轴线成像器（500）的所述视线的底部自由边界测量点；
使用底部自由边界测量点的估计确定所述表面特征（108-116）和子表面特征（124，126）的实际取向位置和直径；以及
从所述表面特征和子表面特征的确定的实际取向位置和直径估计轴线对称形状和形状轴线。
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