CN106969734A - 用于构件的定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于构件(10)的定位系统(100)和方法(200)。构件(10)具有外表面(11)。方法(200)包括通过分析构件(10)的图像(212)以获得表面特征(30)的X轴线数据点(214)和Y轴线数据点(216)来沿X轴线(50)和Y轴线(52)定位配置在外表面(11)上的表面特征(30)。方法(200)还包括沿Z轴线(54)直接地测量表面特征(30)，以获得表面特征(30)的Z轴线数据点(222)，其中X轴线(50)、Y轴线(52)和Z轴线(54)相互正交。方法(200)还包括计算表面特征(30)的纵倾值(234)、侧倾值(232)或横摆值(64)中的至少两个。

Description

用于构件的定位系统及方法
技术领域
本公开内容大体上涉及用于构件的定位系统及方法，并且更具体地涉及便于改善构件上的定位和后续操作(诸如，数据采集系统关于构件的定位)的系统及方法。
背景技术
在各种应用中，通常期望的是构件和构件上的表面特征的一致且准确地定位。构件和其上的表面特征的定位可便于在构件和表面特征上或对构件和表面特征执行的后续操作。
其中期望一致且准确的定位的一个应用是在其中构件经历许多极端条件(例如，高温、高压、大应力负载等)的应用中。随着时间过去，设备的独立构件可遭受可缩短构件的使用寿命的蠕变和/或变形。例如，此类问题可适于一些涡轮机，诸如燃气轮机系统。在涡轮机的操作期间，涡轮机内且特别是涡轮机的涡轮区段内的各种构件(共同称为涡轮构件)(诸如涡轮叶片)可经历高温和高应力引起的蠕变。对于涡轮叶片，蠕变可促使整个叶片的部分伸长，使得叶片末梢接触静止结构(例如，涡轮壳)，且可能在操作期间引起不需要的振动和/或降低性能。
因此，可针对蠕变监测诸如涡轮构件的构件。针对蠕变监测构件的一个途径在于将应变传感器配置在构件上，且以各种间隔分析应变传感器来监测与蠕变应变相关联的变形。此途径的一个缺陷在于，用于分析应变传感器的设备必须在应变传感器的各次分析期间定位在关于应变传感器的特定位置，以防止此类定位中的不一致引起的引入变形分析中的任何误差。此定位可能耗时且昂贵，因此导致变形监测过程中的低效。
构件和其上的表面特征的一致且准确的定位的需要不限于应变传感器和涡轮构件应用。此需要存在于其它构件应用中。例如，限定在构件的外表面中的冷却孔的准确且一致的探测是期望的，诸如用于遮盖目的。而且，施加到构件的外表面上的残余涂层的准确且一致的探测是期望的，诸如用于除去目的。
因此，便于改善的定位和后续操作(诸如，数据采集系统关于构件的定位)的用于构件的备选定位系统和方法是期望的。具体而言，提供表面特征(诸如应变传感器、冷却孔、涂层等)的有效且准确的探测的系统和方法将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。
按照本公开内容的一个实施例，提供了一种用于构件的定位方法。构件具有外表面。该方法包括通过分析构件的图像以获得表面特征的X轴线数据点和Y轴线数据点来沿X轴线和Y轴线定位配置在外表面上的表面特征。该方法还包括沿Z轴线直接地测量表面特征来获得表面特征的Z轴线数据点，其中X轴线、Y轴线和Z轴线相互正交。该方法还包括计算表面特征的纵倾值、侧倾值或横摆值中的至少两个。
按照本公开内容的另一个实施例，提供了一种用于构件的定位方法。构件具有外表面。该方法包括通过执行构件的图像的像素分析以获得表面特征的X轴线数据点和Y轴线数据点来沿X轴线和Y轴线定位配置在外表面上的表面特征。该方法还包括沿Z轴线直接地测量表面特征来获得表面特征的Z轴线数据点，其中X轴线、Y轴线和Z轴线相互正交。该方法还包括基于X轴线数据点、Y轴线数据点和Z轴线数据点来计算表面特征的纵倾值和侧倾值。
按照本公开内容的另一个实施例，提供了一种用于构件的定位系统。构件具有外表面。该系统包括数据采集系统，数据采集系统包括用于获得构件的图像的成像装置，以及用于检查配置在构件的外表面上的表面特征的三维数据采集装置。系统还包括与数据采集系统可操作地通信的处理器。处理器配置成用于通过分析图像以获得表面特征的X轴线数据点和Y轴线数据点来沿X轴线和Y轴线定位表面特征，基于来自三维数据采集装置的信号获得表面特征的沿Z轴线的Z轴线数据点，其中X轴线、Y轴线和Z轴线相互正交，以及计算表面特征的纵倾值、侧倾值或横摆值中的至少两个。
本发明的第一技术方案提供了一种用于构件的定位方法，所述构件具有外表面，所述方法包括：通过分析所述构件的图像以获得表面特征的X轴线数据点和Y轴线数据点来沿X轴线和Y轴线定位配置在所述外表面上的所述表面特征；沿Z轴线直接地测量所述表面特征，以获得所述表面特征的Z轴线数据点，其中所述X轴线、所述Y轴线和所述Z轴线相互正交；以及计算所述表面特征的纵倾值、侧倾值或横摆值中的至少两个。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述纵倾值、所述侧倾值或所述横摆值中的至少两个基于所述Z轴线数据点和所述X轴线数据点或所述Y轴线数据点中的至少一者来计算。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，计算步骤包括计算所述表面特征的所述纵倾值和所述侧倾值。
本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，所述纵倾值基于所述X轴线数据点和所述Z轴线数据点来计算，以及其中所述侧倾值基于所述Y轴线数据点和所述Z轴线数据点来计算。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述表面特征使用非接触直接测量技术来直接地测量。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，直接测量步骤包括：朝所述表面特征发射光；在所述光反射之后探测所述光；以及基于探测的光计算所述Z轴线数据点。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，分析所述图像包括执行所述图像的像素分析。
本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，还包括基于所述X轴线数据点、所述Y轴线数据点和所述纵倾值、所述侧倾值或所述横摆值中的至少两个来关于所述表面特征定位数据采集系统。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述表面特征为应变传感器。
本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，所述表面特征为冷却孔。
本发明的第十一技术方案提供了一种用于构件的定位方法，所述构件具有外表面，所述方法包括：通过执行所述构件的图像的像素分析以获得表面特征的X轴线数据点和Y轴线数据点来沿X轴线和Y轴线定位配置在所述外表面上的所述表面特征；沿Z轴线直接地测量所述表面特征，以获得所述表面特征的Z轴线数据点，其中所述X轴线、所述Y轴线和所述Z轴线相互正交；以及基于所述X轴线数据点、所述Y轴线数据点和所述Z轴线数据点计算所述表面特征的纵倾值和侧倾值。
本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，还包括所述X轴线数据点、所述Y轴线数据点、所述纵倾值和所述侧倾值来关于所述表面特征定位数据采集装置。
本发明的第十三技术方案提供了一种用于构件的定位系统，所述构件具有外表面，所述系统包括：数据采集系统，所述数据采集系统包括：用于获得所述构件的图像的成像装置；以及用于检查配置在所述构件的所述外表面上的表面特征的三维数据采集装置；以及与所述数据采集系统可操作通信的处理器，所述处理器配置成用于：通过分析所述图像以获得所述表面特征的X轴线数据点和Y轴线数据点来沿X轴线和Y轴线定位所述表面特征；基于来自所述三维数据采集装置的信号获得所述表面特征的沿Z轴线的Z轴线数据点，其中所述X轴线、所述Y轴线和所述Z轴线相互正交；以及计算所述表面特征的纵倾值、侧倾值或横摆值中的至少两个。
本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，所述纵倾值、所述侧倾值或所述横摆值中的至少两个基于所述Z轴线数据点和所述X轴线数据点或所述Y轴线数据点中的至少一者来计算。
本发明的第十五技术方案是在第十三技术方案中，计算步骤包括计算所述表面特征的所述纵倾值和所述侧倾值。
本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，所述纵倾值基于所述X轴线数据点和所述Z轴线数据点来计算，以及其中所述侧倾值基于所述Y轴线数据点和所述Z轴线数据点来计算。
本发明的第十七技术方案是在第十三技术方案中，所述三维数据采集装置为非接触三维数据采集装置。
本发明的第十八技术方案是在第十三技术方案中，分析所述图像包括执行所述图像的像素分析。
本发明的第十九技术方案是在第十三技术方案中，所述表面特征为应变传感器。
本发明的第二十技术方案是在第十三技术方案中，所述表面特征为冷却孔。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
针对本领域的技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中提出，在附图中：
图1为按照本公开内容的一个或更多个实施例的包括表面特征的示例性构件的透视图；
图2为按照本公开内容的一个或更多个实施例的示例性表面特征的顶视图；
图3为按照本公开内容的一个或更多个实施例的在表面特征的定位期间用于监测构件的系统的透视图；
图4为按照本公开内容的一个或更多个实施例的构件的图像；
图5为图4的图像的一部分的近视图；
图6为按照本公开内容的一个或更多个实施例的在表面特征的直接测量期间用于监测构件的系统的透视图；
图7为按照本公开内容的一个或更多个实施例的构件的三维轮廓；以及
图8为示出按照本公开内容的一个或更多个实施例的方法的流程图。
零件列表
10 涡轮构件
11 外表面
30 表面特征
35 冷却孔
40 应变传感器
41 基准点
42 基准点
45 负空间
47 唯一标识符
D 距离
50 x轴线
52 y轴线
54 z轴线
60 侧倾角
62 纵倾角
64 横摆角
100 系统
102 数据采集系统
104 处理器
106 成像装置
108 数据采集装置
110 透镜组件
112 成像捕获装置
120 激光器
122 光
124 传感器
130 机械臂
200 方法
210 方法步骤
212 图像
214 x轴线数据点
216 y轴线数据点
218 像素
219 多像素组
220 方法步骤
222 z轴线数据点
224 3d轮廓
230 方法步骤
232 侧倾值
234 纵倾值
240 方法步骤。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
现在参看图1，示出了具有多个表面特征30的构件10，在该实施例中表面特征30是配置在构件10上的应变传感器40和/或冷却孔35。构件10(且更具体而言，整个构件10的基底)可包括用于多种不同应用的多种类型的构件，例如，用于高温应用的构件(例如，包括镍基或钴基超级合金的构件)。在一些实施例中，构件10可包括工业燃气轮机或汽轮机构件，诸如燃烧构件或热气体路径构件。在一些实施例中，构件10可包括涡轮叶片、压缩机叶片、导叶、喷嘴、护罩、转子、过渡件或壳。在其它实施例中，构件10可包括涡轮的任何其它构件，诸如燃气轮机、汽轮机等的任何其它构件。在一些实施例中，构件可包括非涡轮构件，包括但不限于汽车构件(例如，小汽车、卡车等)、航空构件(例如，飞机、直升机、航天飞机、铝零件等)、火车或轨道构件(例如，列车、列车轨道等)、结构、基础结构或土木工程构件(例如，桥梁、建筑物、建筑设备等)，且/或动力设备或化学处理构件(例如，用于高温应用的管)。
构件10具有外表面11，应变传感器40可配置在外表面11上或下方。按照本公开内容的应变传感器40可使用任何适合的技术配置在外表面11上，包括沉积技术；其它适合的添加制造技术；削减技术(诸如激光烧蚀、雕刻、机加工等)；外形改变技术(诸如退火、直接表面变色)或引起反射性的局部变化的技术；使用适合的安装设备或技术(诸如粘附、焊接、硬钎焊等)安装之前形成的应变传感器40；或识别可用作应变传感器40的构件的外表面11的之前存在的特征。另外，在另一个备选特征中，应变传感器40可在构件10的制造期间或之后使用适合的嵌入技术配置在外表面11下方。
现在参看图1和2，应变传感器40通常包括至少两个基准点41和42，其可用于以多个时间间隔测量所述至少两个基准点41和42之间的距离D。如本领域的技术人员将认识到的那样，这些测量结果可有助于确定构件10的该区域处的应变量、应变率、蠕变、疲劳、应力等。只要至少两个基准点41和42之间的距离D可测量，则至少两个基准点41和42可取决于特定构件10设置在多种距离处和多种位置。此外，至少两个基准点41和42可包括点、线、圆、框或任何其它几何形状或非几何形状，只要它们可一致地识别，且可用于测量其间的距离D。
应变传感器40可包括多种不同的构造和截面，诸如通过结合多种不同地成形的、确定尺寸的和定位的基准点41和42。例如，如图2中所示，应变传感器40可包括多种不同的基准点，其包括各种形状和尺寸。此类实施例可提供较多种类的距离测量结果D，诸如最外基准点(如图所示)之间、两个内部基准点之间，或其间的任何组合。较多种类还可通过提供跨过较多种类的位置的应变测量结果来提供构件10的特定部分上的更稳健的应变分析。
此外，应变传感器40的各种大小的值例如可取决于构件10、应变传感器40的位置、测量的目标精度、应用技术和光学测量技术。例如，在一些实施例中，应变传感器40可包括范围从小于1毫米到大于300毫米的长度和宽度。此外，应变传感器40可包括在不会显著影响下方的构件10的性能的情况下，适用于应用且随后光学识别的任何厚度。显著地，该厚度可为远离表面11的正厚度(诸如在使用添加技术时)，或进入表面11的负厚度(诸如在使用削减技术时)。例如，在一些实施例中，应变传感器40可包括小于大约0.01毫米到大于1毫米的厚度。在一些实施例中，应变传感器40可具有基本一致的厚度。此实施例可有助于促进第一基准点41与第二基准点42之间的随后应变计算的更准确测量。
在一些实施例中，应变传感器40可包括正应用的正方形或矩形，其中第一基准点41和第二基准点42包括所述正方形或矩形的两个相对侧。在其它实施例中，应变传感器40可包括由负空间45(即，其中未应用应变传感器材料的区域)分开的至少两个应用的基准点41和42。负空间45例如可包括构件10的外表面11的露出部分。作为备选或另外，负空间45可包括随后应用的视觉对比材料，其不同于至少两个基准点41和42的材料(或反之亦然)。
如图2中所示，在一些实施例中，应变传感器40可包括唯一标识符47(下文为"UID")。UID47可包括任何类型的条码、标记、标签、序列号、图案或便于该特定应变传感器40的识别的其它识别系统。在一些实施例中，UID47可另外或作为备选包括关于构件10或应变传感器40配置在其上的整个组件的信息。UID47由此可有助于识别和跟踪特定应变传感器40、构件10或甚至整个组件，以有助于关联测量结果来用于过去、当前和将来的操作跟踪。
应变传感器40由此可配置在各种构件10的多种位置中的一个或更多个中。例如，如上文所述，应变传感器40可配置在叶片、导叶、喷嘴、护罩、转子、过渡件或壳上。在此实施例中，应变传感器40可配置在已知在单元操作期间经历各种力的一个或更多个位置，诸如在翼型件、平台、末梢或任何其它适合的位置上或附近。此外，应变传感器40可配置在已知经历升高温度的一个或更多个位置。例如，应变传感器40可配置在热气体路径或燃烧涡轮构件10上。
如本文所述且如图1中所示，多个应变传感器40可配置在单个构件10或在多个构件10上。例如，多个应变传感器40可在各种位置处配置在单个构件10(例如，涡轮叶片)上，使得应变可在关于独立构件10的较多数目的位置处确定。作为备选或另外，多个类似的构件10(例如，多个涡轮叶片)可各种具有配置在标准位置的应变传感器40，以便由各个特定构件10经历的应变量可与其它类似的构件10比较。甚至在一些实施例中，同一组件的多个不同构件10(例如，涡轮构件实施例中的同一涡轮的叶片和导叶)可各种具有构造在其上的应变传感器40，使得可确定整个组件内的不同位置处经历的应变量。
应当理解的是，本公开内容不限于如本文所示的应变传感器40。而是，构造在构件10(诸如在其外表面11)上的任何适合的表面特征30都在本公开内容的范围和精神内。其它适合的表面特征30的实例包括限定在外表面中的冷却孔35、施加到外表面11上的涂层(其中外表面11限定为构件10的基础构件的外表面)等。
图1和2中还示出了坐标系。坐标系包括X轴线50、Y轴线52和Z轴线54，其中所有都相互正交于彼此。此外，示出了侧倾角60(围绕X轴线50)、纵倾角62(围绕Y轴线52)和横摆角64(围绕Z轴线54)。
现在参看图3和6，示出了用于构件10的定位系统100。例如，系统100可包括一个或更多个表面特征30，其可如上文所述配置在一个或更多个构件10的外表面11上。系统100还包括数据采集系统102和处理器104。数据采集系统102通常采集关于构件10和(多个)表面特征30的数据，且处理器104通常分析数据，且执行各种计算和如本文所述的其它功能。具体而言，按照本公开内容的系统100提供表面特征30关于构件10的准确且有效的探测。
此类探测便于改善构件10上或关于构件10的操作，例如，数据采集系统100关于构件10和表面特征30的定位，以用于进一步监测和分析(诸如用于变形监测)，和/或其它设备关于构件10和表面特征30的定位，以用于进一步处理表面特征30和构件10。作为备选，此探测可便于构件10上或关于构件10的其它操作。例如，可执行的其它适合的操作可包括遮盖和/或打开表面特征30(诸如冷却孔35)；构件10和/或其表面特征30的混合；构件10和/或其表面特征30的抛光；构件10和/或其表面特征30的焊接，等。
数据采集系统102可包括用于获得构件10图像的成像装置106。例如，成像装置106可包括透镜组件110和图像捕获装置112。透镜组件110通常可放大由透镜组件110看到的图像，以用于由图像捕获装置112处理。在一些实施例中，透镜组件110例如可为适合的相机透镜、望远镜透镜等，且可包括间隔开来提供所需的放大的一个或更多个透镜。图像捕获装置112通常可与透镜组件110连通来接收和处理来自透镜组件110的光，以生成图像。例如，在示例性实施例中，图像捕获装置112可为相机传感器，其接收和处理来自相机透镜的光以生成图像，诸如数字图像，这是通常所理解的。图像捕获装置112(且装置106通常)还可例如经由适合的有线或无线连接来与处理器104通信，以用于储存和分析来自图像捕获装置112且通常装置106的图像。显然，在示例性实施例中，处理器104执行和操作成像装置106来执行各种公开的步骤。
数据采集系统102还可包括三维数据采集装置108，以用于检查配置在构件10的外表面11上的表面特征30。按照本公开内容的装置108通常使用表面度量技术来获得沿三个轴线的构件10的直接测量。具体而言，非接触表面度量技术可用于示例性实施例中。大体上，使用表面度量技术来获得三维中的直接测量的任何适合的三维数据采集装置108都可使用。在示例性实施例中，装置108为非接触装置，其使用非接触表面度量技术。
按照图3和6中所示的一个实施例，在一些示例性实施例中，装置108为激光扫描仪。激光扫描仪通常包括激光器120，其通常诸如在这些实施例构件10中朝物体发射激光束形式的光122。光122然后由装置108的传感器124探测到。例如，在一些实施例中，光122然后反射出其接触的表面，且由装置108的传感器124接收到。光122到达传感器124的往返时间用于确定沿各种轴线的测量。这些装置典型地称为渡越时间装置。在其它实施例中，传感器124探测其接触的表面上的光122，且基于传感器124的视场中的光122的相对位置来确定测量。这些装置典型地称为三角测量装置。如所述，X轴线、Y轴线和Z轴线数据点然后基于探测到的光来计算。显然，在示例性实施例中，处理器104执行和操作此数据采集装置108来执行各种公开的步骤。
在一些实施例中，由激光器120发射的光122在仅宽到足以反射待测量的物体的一部分的带中发射。在这些实施例中，机械臂(如本文所述)或用于移动激光器120的其它适合的机构可用于按需要移动激光器120和发射的带，直到光122反射出待测量的整个物体。
在其它实施例中，例如，装置108可为结构光扫描仪，其发射蓝光或白光。当光接触构件10时，构件10的表面轮廓使光扭曲。此扭曲由相机拍摄的图像中获得。接触构件10的光的图像例如由处理器104接收到。处理器104然后基于接收到的图像，例如通过比较光图案与预期图案中的扭曲来计算X轴线数据点、Y轴线数据点和Z轴线数据点。在其它备选实施例中，可使用其它适合的表面度量装置。显然，在示例性实施例中，处理器104执行和操作此装置来执行各种所需的步骤。
如图所示，系统100还可包括处理器104。大体上，如本文中所使用的，用语"处理器"不但是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。处理器104还可包括各种输入/输出通道来用于接收来自各种其它构件的输入和发送控制信号至各种其它构件，处理器104与诸如成像装置106、数据采集装置108、机械臂(本文所述)等的该各种其它构件通信。处理器104大体上执行如本文所述的各种步骤。此外，应当理解的是，按照本公开内容的处理器104可为与系统100的其它各种构件通信的单个主处理器104，且/或可包括多个独立的构件处理器，即，成像装置处理器、数据采集装置处理、机械臂处理器等。各种独立的构件处理器可与彼此通信，且还可与主处理器通信，且这些构件可共同地称为处理器104。
如图3和6中进一步所示，系统100可包括机械臂130。机械臂130可支持和便于系统100的其它构件(诸如数据采集系统102和处理器104的构件)的移动。例如，成像装置106和数据采集装置108可安装到机械臂130上。处理器104可诸如利用各种马达和/或驱动其构件来与机械臂130通信，且可促动机械臂130来按需要移动。在示例性实施例中，此移动可使数据采集系统102关于构件10定位。在示例性实施例中，机械臂130为六自由度的臂130，其提供沿轴线50,52,54和沿角60,62,64(如所述，围绕轴线)的移动。
现在参看图8，本公开内容还针对用于构件10的定位方法200。类似于系统100，如上文所述，方法200可用于准确地且高效地探测表面特征30。而且，如上文所述，方法200可用于关于构件10定位数据采集装置102或其它适合的设备。在示例性实施例中，处理器104可用于执行本文所述的各种方法步骤200。因此，系统100和方法200可配置成用于如本文所述的操作。
例如，方法200可包括通过分析构件10的图像212以获得表面特征30的X轴线数据点214和Y轴线数据点216来沿X轴线50和Y轴线52定位配置在构件10的外表面11上的一个或更多个表面特征30的步骤210。图4示出了构件10的图像212的一个实施例，其例如可经由如本文所述的成像装置106获得。图5提供了图像212的近视部分，示出了构件10上的表面特征30。表面特征30可使用任何适合的图像分析方法来定位，且在示例性实施例中，为任何适合的二维图像分析方法，其输出X轴线数据点214和Y轴线数据点216。显然，X轴线数据点214和Y轴线数据点216可针对构件10自身(例如，关于图像212中的背景)和针对关于构件10的表面特征30来获得。此数据点214,216可将表面特征30定位在关于构件10的二维空间中，且还可提供二维空间中的构件10自身(包括其外轮廓)的轮廓。
在示例性实施例中，定位步骤210包括执行图像212的像素分析。该分析大体上是基于颜色深度差(即，颜色或灰度的差异)将参考物体(例如，分别是表面特征和构件)与背景(例如，分别是构件和背景)区分开的分析。分析可在限定图像212的各个独立像素218或像素组219上执行。为了进行像素分析，例如，图像的每像素位数(即，128、256等)可分成两个或更多个组(例如，包括较亮的颜色深度的一组和包括较暗的颜色深度的一组)。各组归类为参考对象部分或背景部分。例如，颜色深度分析可将较暗或较亮的颜色深度的像素或多像素组分类为表示参考物体(即，表面特征关于构件，或构件关于背景)，且可将较暗或较亮的颜色深度中的其它的像素或多像素组分类为表示背景(即，构件关于表面特征，或背景关于构件)。显然，较亮和较暗的组中的不同划分可用于将表面特征与构件和将构件与背景区分开。
因此，X轴线数据点214和Y中数据点216可针对表面特征30关于构件10而获得(以及如果期望，针对构件10自身，诸如用于其外轮廓)。例如，按照本公开内容的方法还可包括沿Z轴线54直接地测量(多个)表面特征30来获得(多个)表面特征30(以及通常构件10)的Z轴线数据点222的步骤220。显然，步骤220在示例性实施例可与步骤210分开发生。图7示出了构件10的三维轮廓224的一个实施例，其已经诸如通过如本文所述的三维数据采集装置108被直接测量。
在如本文中所示使用激光扫描仪的特定示例性实施例中，例如，如本文所述，步骤220可包括以下步骤：从激光器朝表面特征30(和通常构件10)发射光、在光反射之后探测光和基于探测到的光计算Z轴线的数据点222。作为备选，如本文所述，可使用其它适合的表面度量技术。
显然，步骤220还可包括沿Z轴线50和Y轴线52直接地测量(多个)表面特征30，以获得(多个)表面特征30(和大体上构件10)的X轴线数据点214和Y轴线数据点216。在一些实施例中，(多个)表面特征30可具有足够不同于构件30的Z轴线数据点，它们可在所得的三维轮廓224中可见或关于构件10以其它的方式可探测到。然而，在其它实施例(如图所示)中，(多个)表面特征30自身仅可具有与构件10自身沿Z轴线的最小差异或无差异，使得(多个)表面特征30不可仅基于由直接测量步骤220所得的数据点而关于构件10可探测。方法200因此可组合由步骤210和220所得的数据点，以获得构件10和表面特征30的整个准确轮廓，因此便于准确且高效的表面特征30定位。
例如，构件10的外轮廓的X轴线数据点214和Y轴线数据点216可用于组合从步骤210和220获得的数据集。换言之，数据集可基于所获得的X轴线数据点214和Y轴线数据点216"覆盖"在彼此上。一旦数据集如此组合，则各个表面特征30的X轴线数据点214和Y轴线数据点216从步骤210获知，且各个表面特征30(即，如果表面特征30并未独立探测到，则表面特征30的位置处的构件10)的Z轴线数据点222从步骤220获知。在数据集组合的情况下，可获得用于各个表面特征30的完整的三维数据集。
方法200还可包括计算表面特征30中的一个或更多个的侧倾值232、间距值234或偏航值236中的一个、两个或更多个的步骤230。侧倾值232可为表面特征30以此设置的特定侧倾角60(关于预先限定的坐标系内的预先限定的零角)。纵倾值234可为表面特征30以此设置的特定纵倾角62(关于预先限定的坐标系内的预先限定的零角)。横摆值236可为表面特征30以此设置的特定横摆角64(关于预先限定的坐标系内的预先限定的零角)。在示例性实施例中，侧倾值232、纵倾值234和/或横摆值可为表面特征30的平均值。
例如，值232,234可在Z轴线数据点222和X轴线数据点214和Y轴线数据点216中的一个或两个上计算。例如，侧倾值232可基于表面特征30的Y轴线数据点216和Z轴线数据点222(且可进一步使用X轴线数据点214)来计算。纵倾值234可基于表面特征30的X轴线数据点214和Z轴线数据点222(且可进一步使用Y轴线数据点216)来计算。横摆值可基于表面特征30的Y轴线数据点216和X轴线数据点214(且可进一步使用Z轴线数据点222)来计算。显然，数据点214, 216, 222的平均值可用于获得平均侧倾值、纵倾值和横摆值。
在一些实施例中，方法200还可包括例如关于表面特征30来定位数据采集系统100的步骤240。此步骤240可进一步便于按需要监测和分析表面特征30。例如，在表面特征30为应变传感器40的实施例中，此步骤240可便于变形分析。在一些实施例中，例如，臂130可移动到关于表面特征30的适合位置。此定位可例如基于X轴线数据点214、Y轴线数据点216和可选地Z轴线数据点222。例如，系统100可移动到关于表面特征30的X轴线数据点214和Y轴线数据点216的中点的适合位置，且可任选地基于Z轴线数据点222移动到与表面特征30间隔开的适合位置。此定位还可基于侧倾值232和纵倾值234和可选地横摆值中的一者或两者。此外，系统100可移动到关于这些值的任何适合位置，使得系统100的特征正交于表面特征30的平均位置(基于值)。
在一些实施例中，方法200还可包括例如如上文所述的遮盖和/或打开表面特征30、混合、抛光、焊接等步骤。
本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于构件(10)的定位方法(200)，所述构件(10)具有外表面(11)，所述方法(200)包括：
通过分析所述构件的图像(212)以获得表面特征(30)的X轴线数据点(214)和Y轴线数据点(216)来沿X轴线(50)和Y轴线(52)定位配置在所述外表面(11)上的所述表面特征(30)；
沿Z轴线(54)直接地测量所述表面特征(30)，以获得所述表面特征(30)的Z轴线数据点(222)，其中所述X轴线(50)、所述Y轴线(52)和所述Z轴线(54)相互正交；以及
计算所述表面特征的纵倾值(234)、侧倾值(232)或横摆值(64)中的至少两个。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其特征在于，所述纵倾值(234)、所述侧倾值(232)或所述横摆值(64)中的至少两个基于所述Z轴线数据点(222)和所述X轴线数据点(214)或所述Y轴线数据点(216)中的至少一者来计算。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法(200)，其特征在于，计算步骤包括计算所述表面特征(30)的所述纵倾值和所述侧倾值。
4.根据权利要求3所述的方法(200)，其特征在于，所述纵倾值(234)基于所述X轴线数据点(214)和所述Z轴线数据点(216)来计算，以及其中所述侧倾值(232)基于所述Y轴线数据点(216)和所述Z轴线数据点(222)来计算。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法(200)，其特征在于，所述表面特征(30)使用非接触直接测量技术来直接地测量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(200)，其特征在于，直接测量步骤包括：
朝所述表面特征(30)发射光(124)；
在所述光(124)反射之后探测所述光(124)；以及
基于探测的光(124)来计算所述Z轴线数据点(222)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法(200)，其特征在于，分析所述图像(212)包括执行所述图像(212)的像素(219)分析。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法(200)，其特征在于，所述表面特征(30)为应变传感器(40)。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法(200)，其特征在于，所述表面特征(30)为冷却孔(35)。
10.一种用于构件(10)的定位系统(100)，所述构件(10)具有外表面(11)，所述系统(100)包括：
数据采集系统(100)，所述数据采集系统(100)包括：
用于获得所述构件(10)的图像(212)的成像装置(106)；以及
用于检查配置在所述构件(10)的所述外表面(11)上的表面特征(30)的三维数据采集装置(108)；以及
与所述数据采集系统(102)可操作通信的处理器(104)，所述处理器(104)配置成用于：
通过分析所述图像以获得所述表面特征(30)的X轴线数据点(214)和Y轴线数据点(216)来沿X轴线(50)和Y轴线(52)定位所述表面特征(30)；
基于来自所述三维数据采集装置(108)的信号获得所述表面特征(30)的沿Z轴线(54)的Z轴线数据点(222)，其中所述X轴线(50)、所述Y轴线(52)和所述Z轴线(54)相互正交；以及
计算所述表面特征(30)的纵倾值(234)、侧倾值(232)或横摆值(64)中的至少两个。
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