CN107850425B - 用于测量制品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量定位于定位设备的测量体积内的待检查的制品上的至少一个点的方法，该方法包括：获得该制品的从不同视角获得的至少两个图像；以及基于该定位设备的测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置而确定该至少两个图像中的每一个中的该预定点的位置。

Description

用于测量制品的方法
本发明涉及一种用于测量制品的方法，且具体地讲，涉及一种用于例如使用安装于例如坐标定位设备等定位设备上的视觉探针来测量制品上的点的方法，视觉探针例如相机探针。
三角测量和对极几何在立体视觉的领域中众所周知，用于从来自不同视角获得的点的两个或更多个图像来确定测量体积内的制品的点/方面的位置。举例来说，已知使用对极几何来确认多个图像中的共同点/特征，并接着使用三角测量来确定测量体积中的共同点/特征的三维位置。这些技术可依赖于放置于制品上的目标特征(例如便签)或可被识别为目标特征的物体上的特征的存在。替代地，目标特征或光学图案可投影于制品上，并被分析以确定多个图像内的共同点/特征(例如W02009024756)。
但是，并不始终可能、可行或合乎需要地将目标特征或光学图案放置/投影于物体上。此外，可能想要测量在图像内不易于识别的制品上的特定预定点。举例来说，可能想要测量定位于孔内的边缘上的一个或多个点，其中将目标特征放置或投影到边缘上并非切实可行的，且其中不存在使得能够在多个图像中标识相同点的区别特征。
本发明提供有一种用于使得能够测量制品的新颖技术。本发明包括使用对待检查的点预期将在何处的预定了解来推导该点在至少一个图像(例如在从不同视角获得的多个图像中的每一个)中的位置。
因此，提供有一种检查(例如测量)定位于定位设备的测量体积内的制品的方法，该方法包括：获得该制品的至少一个图像，并基于该定位设备的测量体积内的、待测量的制品上的预定点的给定标称位置而在该至少一个图像中找到该预定点。
可获得至少两个图像。可例如已从不同(例如已知)视角捕获该至少两个图像。因此，基于该定位设备的测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置，该方法可包括在该至少两个图像中找到该预定点。
该方法可包括确定该定位设备的测量体积中的该预定点的实际位置。确定该定位设备的测量体积中的该预定点的该实际位置可以是基于该(等)图像中的该预定点的该所确定位置的。测量该实际位置可包括对该定位设备的测量体积中的该预定点的该实际位置进行三角测量。在此状况下，对该图像的视角(例如视角中心)的了解可用于该三角测量过程中。
该方法可包括接收待测量的制品上的预定点的指示。该方法可包括确定该定位设备的测量体积内的该预定点的标称位置。该指示可包括该制品的计算机表示(例如模型，例如3D模型)上的已识别点。该计算机模型可包括该制品的计算机辅助设计“CAD”模型。该预定点可以是用户/操作者选择的。因此，该方法可包括用户/操作者例如在该制品的计算机表示上选择待检查的点。任选地，自动地识别或指定该预定点。举例来说，可例如在计算机模型上使用特征辨识以识别预定点。任选地，可在创建该计算机模型期间(手动或自动)指定该预定点。
该预定点可包括该制品的边缘上的点。任选地，该点包括孔上/孔内的点。任选地，该点包括孔上/孔内的边缘上的点。该孔的直径可不大于3毫米，例如不大于2毫米，例如不大于1毫米，例如大约0.5毫米。
该制品可以是含有一个或多个小孔(例如冷却孔)的组件。该制品可以是引擎组件，例如喷气引擎组件，例如涡轮叶片或燃烧器组件。
该至少两个图像可包括例如该边缘的制品的对比度图像/轮廓图像。该制品可以是背后照明的，但将理解，不需要一定是这种状况且可以例如是前面照明的。
确定该经确定的预定点实际在图像中的何处可包括确定将沿着其在该图像内进行搜索的搜索线。任选地，这可基于该预定点的该标称位置(和任选地与该预定点相关联的标称方向向量)。该方法可进一步包括识别该图像沿着该搜索线在何处满足预定准则。该预定准则可包括该图像的属性(例如该图像的对比度和/或该图像的强度)的阈值变化率。可通过将向量投影到该图像中，例如投影相对于该测量体积界定的向量来获得该搜索线。该向量可通过该标称位置。任选地，该向量平行于与该预定点相关联的标称方向向量。任选地，通过将与该预定点相关联的标称方向向量投影到平面中(该平面可至少部分地由该标称位置界定)来导出该向量。
任选地，可提供被配置成将光学形式投影到该制品上的投影仪。举例来说，该投影仪可被配置成投影一个或多个线。该投影仪可被配置成投影光学图案。举例来说，该投影仪可被配置成投影结构光图案，例如边缘场。举例来说，在此状况下，该预定准则可包括落在该制品上的图案的相位的阈值变化率。
该搜索线可包括该预定点的该标称位置的极线。也就是说，该搜索线可包括该预定点的该标称位置的图像的极线。在从不同视角获得至少两个图像的状况下，可从含有该至少两个图像的该视角中心和该预定点的该标称位置的平面导出该搜索线/极线。此平面通常被称为极平面。确定该搜索线/极线可包括将与待测量的该预定点相关联的标称方向向量投影到该至少两个图像中。
标称方向向量可以是预定向量。换句话说，该标称方向向量可以是例如与该预定点相关联的预定搜索向量。将可以理解到的是，该标称方向向量可用以指示该搜索线的方向。该标称方向向量(例如该搜索向量)可相对于该测量体积而界定。可手动或自动确定该标称方向向量。任选地，该标称方向向量大体上正交于该预定点处的表面(或边缘)(例如正交于该预定点处于的点处的表面/边缘)。将可以理解到的是，在边缘上的点的状况中，该标称方向向量可正交于在该边缘处会合的表面中的任一个或其之间的方向。可手动或自动选择将该正交(和因此该标称方向向量)基于哪个表面。
该方法可包括将该标称方向向量投影(例如正投影)到含有该至少两个图像的该视角中心和该预定点的该标称位置的平面中。换句话说，该方法可包括将该标称方向向量投影(例如正投影)到该极平面中。
该搜索线/极线可以是受限的。提供此受限的搜索线/极线可限制进行该搜索的范围。该搜索线/极线的边界可位于待检查的该预定点的两侧上。可相对于该预定点的该标称位置来确定该边界。具体地说，可凭借放置于该标称方向向量(例如其可能已投影到该极平面中)上的边界来界定该边界，这些边界位于该标称位置的两侧上。可手动或自动界定这些边界的位置(例如它们距该标称位置的距离)。举例来说，它们可被确定为位于预定义距离处，该预定义距离取决于该制品的预期制造容差。
该方法可包括确定该搜索线/极线与该制品的成像表面(例如边缘)之间的相交角度是否满足预定阈值准则(例如该相交角度是否小于预定角度)。该方法可包括：如果确定未满足该预定阈值准则，则中止确定该图像内的该预定点的位置的过程。可以优选的是，该搜索线/极线大体上正交于该制品的该成像表面(例如边缘)。因此，该方法可包括在以下情况下中止该过程：该搜索线/极线与该制品的该成像表面(例如边缘)之间的该相交角度小于45度，例如小于60度，且任选地小于75度。
任选地，从与该预定点相关联的标称方向向量(例如如上文所描述，预定搜索向量)导出该搜索线。举例来说，可将该标称方向向量投影到该(等)图像中。可将限制应用于该标称方向向量。如同以上解释，可自动地确定这些限制，该限制可沿着该标称方向向量按预定义距离定位于该标称位置的两侧上。因此，举例来说，该受限标称方向向量可投影到该(等)图像中(例如通过透视投影)。此技术可在仅获得一个图像时和/或在不期望/不可能建立极平面/线时有用。
获得该制品的至少一个图像可包括接收具有该制品的至少一个图像。举例来说，获得该制品的至少一个图像可包括从已存储位置接收至少一个图像，例如从存储器查到至少一个图像。因此，可例如在单独/先前工艺期间且可选地通过单独的设备/装置来先前捕获该至少一个图像。
获得该制品的至少一个图像可包括操作成像装置以取得/捕获具有该制品的至少一个图像。
该方法可包括自动地确定视角，基于该预定点的该标称位置(和可选地基于标称方向向量)而从该视角获得/取得/捕获该至少一个图像。该方法可包括：自动地确定不同视角，基于该预定点的该标称位置(和可选地基于标称方向向量)而从该不同视角获得/取得/捕获该至少两个图像。该方法可包括选择视角，这将在该制品被成像时在该表面的该边界/周边处放置该预定点。举例来说，可选择该视角，以使得被成像时，该预定点与该背景对比，例如使得该点是形成该成像轮廓的该边缘的许多点中的一个。可选地，当待检查的该点是孔的部分时，可选择该视角以使得含有视角的中心的线平行于该孔的轴线(例如与该孔的轴线共轴)。
任选地，可选择该视角，以使得该图像的视角中心位于与待检查的点处的该边缘的期望切线的两侧上，任选地在期望切线的两侧上同等间隔。
该方法可包括选择视角，该视角被配置成使得该极平面(例如由其视角中心和该标称位置界定)与该预定点预期处于的边缘/线的相交角度满足预定准则，例如小于45度，例如小于60度，且任选地小于75度。
将理解，该边缘/线可例如是该制品上的物理边缘/线/特征。举例来说，任选地，该边缘可包括该制品的两个相异方面之间的边界。任选地，该边缘包括表面特征(例如印刷特征或表面纹理)的边界。任选地，该边缘/线是概念边缘/线，其例如由投影于该表面上的明线来界定。将理解，该边缘/线不必是直线的，例如，其可以是弧形的或任何规则或不规则形状。
该方法可包括：基于该定位设备的测量体积内的待测量的多个预定点的给定标称位置而确定从不同(例如已知)视角获得的图像中的至少一个图像中的(和任选地一组(例如对)中的每一个中的)多个预定点的位置。该方法可包括确定每一预定点、确定搜索线以及识别该图像沿着该搜索线在何处满足预定准则。
与上文一致，每个预定点可具有相关联标称方向向量(例如预定搜索向量)。
该至少一个图像，例如该至少两个图像，可由至少一个合适的成像装置获得。合适的成像装置可包括至少一个图像传感器。举例来说，合适的成像装置可包括光学电磁辐射(electromagnetic radiation，EMR)敏感检测器，例如电荷耦合装置(charge-coupleddevice，CCD)或互补型金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)。任选地，合适的成像装置可以光学方式被配置成在该图像平面处聚焦光。将可以理解到的是，该图像平面可由该图像传感器界定。举例来说，合适的成像装置可包括被配置成在该图像平面处聚焦光学EMR的至少一个光学组件。
任选地，该至少一个光学组件包括透镜。将可以理解到的是，术语“光学的”用以指具有介于红外到紫外并包含红外到紫外的波长的光，且不仅仅是可见光。
用以在坐标定位机上使用的成像装置在领域中通常被称为视频(检查)探针或相机(检查)探针，且在本文中统称为视觉(检查)探针。
合适的成像装置可以是基于由针孔组成的针孔相机模型的，针孔也可被称作该成像装置的视角中心，假设光学EMR射线在与该图像平面相交之前通过该视角中心。将可以理解到的是，虽然不包括针孔但替代地包括透镜以聚焦光学EMR的成像装置也具有视角中心，且这可以假设是与该图像平面相交的所有光学EMR射线通过的点。
将可以理解到的是，可使用校准程序相对于该图像传感器找到该视角中心，该校准程序例如以下文档中描述的校准程序：J.Heikkila和O.Silven，《1997年计算机视觉与模式识别会议的会议记录(Proceedings of the 1997 Conference in Computer Visionand Pattern Recognition(CVPR’97))》中的“具有隐式图像校正的四步骤相机校准程序(Afour-step camera calibration procedure with implicit image correction)”和J.GFryer，Whittles publishing(1996)“《近距离摄影测量和机器视觉(Close rangephotogrammetry and machine vision)》”(K.B.Atkinson编辑)中的“相机校准(CameraCalibration)”。例如用于校正透镜像差的校正参数等校正参数被提供其是众所周知的，及例如这两个文档中所描述的。
该至少两个图像可由包括至少一个成像装置的共同成像装置单元获得。该方法可包括在对图像进行获取之间，相对移动该成像装置单元和制品，以实现该不同视角。可手动或自动执行对该制品和/或成像装置单元的该移动来将此实现。可选地，该成像装置单元可包括多个成像装置，和/或该图像可由多个单独图像装置单元获得。因此，在这些状况下，可能不必要具有相对移动以便实现该不同视角，且必要或需要时，可同时获得图像。
可选地，该至少两个图像可由单个成像装置获得。该单个成像装置可包括单个图像传感器。因此，该至少两个图像可由单个图像传感器获得。因此，可在获得每一图像之间移动该制品，以便实现该不同视角。可选地，可在该图像的该获得之间移动该成像装置以便实现该不同视角。因此，该方法可包括从第一(例如已知)视角到第二(例如已知)视角移动该成像装置。
该成像装置单元(例如视觉探针)可安装于坐标定位设备上，使得其可在至少一个线性自由度、更优选地至少两个线性自由度、尤其优选地至少三个线性自由度中移动。优选地，该线性自由度彼此垂直。优选地，该成像装置单元(例如视觉探针)安装于坐标定位设备上，使得其可通过至少一个旋转自由度旋转，更优选地通过至少两个旋转自由度旋转，例如可通过至少三个旋转自由度旋转。优选地，该至少两个和至少三个旋转自由度是约两个(或三个)大体上垂直的轴线。该旋转自由度可由上面安装该成像装置单元的关节头提供。可在三个线性自由度和两个旋转自由度中移动的测量装置在计量行业中通常被称作“五轴线”测量装置。但是，将可以理解到的是，本发明不限于这些系统，并可以与促进通过多得多的自由度，例如通过三个、四个或更多个旋转自由度移动的系统一起使用。
该坐标定位设备可以是计算机控制的坐标定位设备，例如计算机数值控制(computer numerically controlled，CNC)坐标定位设备。合适的坐标定位设备包含坐标测量机(coordinate measuring machine，CMM)和机械工具。合适的坐标定位设备包含台架、桥接器和臂型测量设备，以及机械臂。
该方法可包括被配置成确定该至少两个图像中的每一个中的该预定点的位置的分析器装置。相同或不同分析器装置可被配置成确定该定位设备的测量体积中的该预定点的实际位置。
将可以理解到的是，上述方法可以是计算机实施的方法。换句话说，该方法可被配置成接收具有该制品的至少一个图像，并基于该定位设备的测量体积内的待测量的制品上的预定点的给定标称位置而在该至少一个图像中找到该预定点。因此，该方法可被配置成获得制品的从不同(例如已知)视角获得的至少两个图像；以及基于该定位设备的测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置而确定该至少两个图像中的每一个中的该预定点的位置。可选地，该计算机方法可被配置为控制该定位设备以便获得该至少一个图像，例如至少两个图像。
根据本发明的第二方面，提供有一种测量设备，其包括：至少一个成像装置，其备配置成获得该制品的至少一个图像；以及至少一个分析器装置，其被配置成处理该至少一个图像以便基于该定位设备的测量体积内的待测量的制品上的预定点的给定标称位置而在该至少一个图像中找到该预定点。因此，可提供有一种设备，其包括至少一个图像装置和至少一个分析器装置，该图像装置被配置成获得制品的待从不同(例如已知)视角检查的至少两个图像，该分析器装置被配置成处理该图像，以便基于该测量设备测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置而确定该至少两个图像中的每一个中的该预定点的位置。
根据本发明的第三方面，提供至少一种处理器装置，该处理器装置被配置成接收具有该制品的至少一个图像，并基于该定位设备的测量体积内的待测量的制品上的预定点的给定标称位置而在该至少一个图像中找到该预定点。因此，可提供至少一种处理器装置，其被配置成接收从不同(例如已知)视角获得的制品的至少两个图像；以及基于该定位设备的测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置而确定该至少两个图像中的每一个中的该预定点的位置。可选地，该至少一个处理器装置被配置成控制定位设备以便获得该至少两个图像。
根据本发明的第四方面，提供有一种计算机程序代码，其包括在被执行(例如由处理器装置执行)时致使该处理器装置执行该上述方法中的任一个的指令。
根据本发明的第五方面，提供有一种有如上文所描述的计算机程序代码的计算机可读媒体。
现在将仅借助于实例以下图式来描述本发明的实施例，在图中：
图1说明根据本发明的安装于用于测量物体的坐标测量机(CMM)的铰接头上的相机探针；
图2示意性地说明待由图1的相机探针检查的孔的标称形式和实际形式的横截面视图；
图3是说明根据本发明的测量点的过程的流程图；
图4示意性地说明由图2的孔的相机探针获得的轮廓图像和产生该轮廓图像的射线的相关联向量表示；
图5示意性地说明图4的相机和孔的布置的等角视图；
图6示意性地说明关于图4和图5的孔图像的视角中心的布置的平面视图；
图7到图9示意性地说明用以确定正测量的点的位置的过程的各个阶段；
图10到图13示意性地说明使用本发明方法以测量物体上的点的其它实例；
图14示意性地说明确定搜索线的适用性的过程；且
图15a到图15c说明本发明如何可用以从单对图像测量多个点。
图1示出了根据本发明的物体检查设备，其包括坐标测量机(CMM)10、相机探针20、控制器22和主机23。CMM 10包括物体16可安装到其上的台子12和可相对于台子12在三个正交线性维度X、Y和Z上移动的套管轴14。铰接探头18安装在套管轴14上，并提供绕至少两个正交轴线A1、A2的旋转。相机探针20安装到铰接探头18上，并被配置成获得位于台子12上的物体16的图像。相机探针20可因此在X、Y和Z上通过CMM 10移动，并可绕A1和A2轴线通过铰接探头18旋转。必要时，额外运动可通过CMM或铰接探头提供，例如，铰接探头可提供绕视频探针的纵向轴线A3的旋转。可选地，物体16可安装在转台上以提供旋转自由度。
相机探针20相对于物体16的所希望运动轨迹/路线可通过主机23计算出，并被馈送到控制器22。在CMM 10和铰接探头18中提供电动机(未示出)以在控制器22的控制下驱动相机探针20到理想位置/定向上，控制器22将驱动信号发送到CMM 10和铰接探头18。CMM 10和铰接探头18的各种轴线的位置和定向通过例如位置编码器(未示出)的转换器确定，并且该位置被反馈到控制器22。将可以理解到的是，在获得关于所关注的特征的计量信息期间可使用位置和定向信息。
在所描述实施例中，相机探针20可以可拆卸方式安装到铰接探头18。不同的(接触式或非接触式)探针可安装在铰接探头18上来代替相机探针20。举例来说，包括用于接触物体16的可偏转的触针的接触式探针可安装在铰接探头18上。CMM 10可包括用于存储多个不同探针(例如接触式和/或非接触式)的托架，其位于铰接头部18的操作体积内，使得探针在铰接头部18上可自动地互换。
如图1中所示，待检查的物体16包括多个19(或孔17的集合19)。在此实施例中，孔17是通孔，因为它们一直穿过物体16。将可以理解到的是，不需要一定是这种状况；孔可以是盲孔。如将还可以理解到的是，正检查的点完全不需要是孔的部分。
根据本发明的检查物体16中的孔17的方法将参考其余的图式加以描述。关于图2到图9来说明根据本发明的第一方法。在此状况下，孔17具有已知/预期形式。如图2中所说明，在此实例中，孔17的该已知/预期形式在横截面上是大体上圆形的，但包括朝向孔的中间缩窄到大体上圆柱形的瓶颈区段36的顶部楔形/圆锥形区段32和底部楔形/圆锥形区段34。孔的标称形式由虚线说明，而实际形式由实线说明。
在此实例中，本发明的技术用以测量位于孔的顶部楔形区段32与大体上圆柱形的瓶颈区段36之间的界面38上的点(见图5)。操作者已因此在物体16的对应CAD模型上选择绕该界面38的预定点。在图2中示出预定点的标称位置42。但是，如图2中所示，由于物体16的制造容差，预定点的实际位置30是不同的。
将可以理解到的是，技术可用以测量物体上的多个预定点，但为解释简单起见，方法将被描述为仅用于测量单个点。
如图2和图4中所说明，提供背灯40以对孔17进行背光照明。因此，在此实施例中，相机探针20获得孔的轮廓图像。具体地说，相机探针20包括图像传感器21，例如电荷耦合装置(CCD)传感器，孔的轮廓落在该传感器上。为简单起见和为了帮助理解本发明，在图中使用针孔相机模型来说明相机探针20，但将可以理解到的是，相机探针20可包括一个或多个透镜(未示出)以便在图像传感器21上形成图像。此外，将理解，背光照明并非必不可少的。举例来说，可使用前照明。
在图3中示出根据本发明的过程100的实例流程图。过程在步骤102处以接收待测量的点(“预定点”)的指示开始。这可例如通过操作者在物体的模型(例如CAD模型)上选择点来达成。举例来说，操作者可通过(在例如主机PC 23上的图形用户界面上表示的CAD模型内)点击孔的顶部楔形区段32与大体上圆柱形的瓶颈区段36之间的界面38上的点来选择预定点。替代地/此外，举例来说，操作者可在CAD模型，例如界面38线上选择特征，且接着计算机程序可自动地产生待基于该选择而检查的一个或多个点，例如所选特征上的一个或多个点。任选地，待检查的一个或多个点可由完全单独的过程确定/指定且由当前过程接收。
步骤102还包括确定CMM的测量体积内的待测量的预定点的标称位置42。这是CMM的测量体积内的待测量的预定点的预期位置。这可整体上基于物体16的位置和定向的先验了解，例如从部分设置/对准过程和/或从物体16的已知装夹而得以确定。在图中，通过参考数字42标识标称位置。将可以理解到的是，作为接收预定点的指示的替代(或补充)，方法可仅仅包括接收CMM的测量体积内的标称点/位置，其中标称点/位置被视为物体上的待测量点的预期位置。将可以理解到的是，标称方向向量N可与预定点相关联。这些方向向量通常用于CAD和路径规划程序中，并通常正交于待测量的点的表面而延伸。如果点在边缘处，那么其可正交于在边缘处会合的表面中的任一个或其之间的方向而延伸(且边缘或方向的选择可取决于将测量零件的哪方面)。这些方向向量常常用以指示触觉探针在朝向点移动以测量点时采取的路径。
基于待测量的预定点的标称位置42，过程100接着包括在步骤104处获得从不同视角获得的物体的至少两个图像。具体地说，物体的含有待测量的预定点的至少第一图像和第二图像是分别从第一视角和第二视角获得。可基于预定点的标称位置42而(例如通过主机PC 23)自动地确定用于获得第一图像和第二图像的相机20的位置和定向。举例来说，可选择相机视角，以便使预定点与背景对比，例如使得该点是形成轮廓的许多点中的一个。必要时，标称方向向量N也可用以确定相机视角。举例来说，在所描述实施例中，选择用于第一图像和第二图像的相机20的位置和定向，以便确保其视角中心和标称位置42形成对于标称方向向量在给定角度范围(例如+/-45°(度))内的平面；理想上(但不一定)视角中心50、52和标称位置42形成平行于标称方向向量N的平面。图4示意性地说明捕获两个这种图像。具体地说，示出孔的第一轮廓图像44和第二轮廓图像46。此外，示出相机探针的图像传感器21的位置、获得第一图像时相机探针的视角中心50(下文称作“第一视角中心”)的位置、获得第二图像时相机探针的视角中心52(下文称作“第二视角中心”)的位置和说明轮廓的外部边界的射线。图5说明图4的相同配置，但以等角视图且不具有射线。图6说明图4和图5中示出的布置的平面视图，其中示出预定点的实际位置30和标称位置42，以及第一视角中心50和第二视角中心52。
本发明的方法的下一步骤106包括在第一图像44和第二图像46中的每一个中找到待测量的点。这是基于对预定点的标称位置42和标称方向向量N的了解而完成的。调用步骤110到116说明基于对预定点的标称位置42的了解而在第一图像44和第二图像46中的每一个中找到待测量的点的一个实例实施例。在此实例过程中，在步骤110处识别极平面。这是由第一视角中心50和第二视角中心52和标称位置42界定(具体地说，含有其)的平面。图4中示意性地所说明极平面，且通过参考数字56来标识。在步骤112处，将标称方向向量N投影(例如正投影)到极平面中以便界定搜索向量。将可以理解到的是，如果极平面56已平行于(含有)标称方向向量N，那么这个步骤是多余的，并可省略。如在图6中最清晰地说明，在特定实例中状况并非如此。因此，如由图7说明，将标称方向向量N投影(例如正投影)到极平面中，这个投影的结果在图7中由向量P说明，向量P接着界定是向量P的负数的搜索向量V。如所示，P和V两者相对于/通过标称位置。
在所描述实施例中，限制接着应用于搜索向量V，使得其在标称位置42前后按指定的搜索距离开始和结束。搜索距离可例如自动地或手动地预定，并用以限定或“限制”相对于待在图像内搜索的点的标称位置42沿着向量V的距离。与标称位置42相关的此受限搜索向量V’可接着用以确定第一图像44和第二图像46中的每一个中的受限搜索线60(其恰好是受限的极线)，将沿着搜索线60搜索预定点的实际位置30。
具体地说，在步骤114处，通过将受限搜索向量V’投影到图像中(例如通过透视投影)来确定受限的搜索线/极线60。如果考虑透镜失真，那么受限的搜索线/极线60可能不是直线。如果忽略透镜失真，或如果(例如)已处理图像以移除失真(例如移除从相机校准已知的失真)，那么受限搜索线/极线60可以是直线。
将理解，P自身可以是搜索向量，而非必须找到其负数V。向量P自身可因此投影到图像中以界定搜索线/极线60。如果期望限制，那么限制可应用于向量P，以相对于标称位置界定受限向量P’，受限向量P’接着(例如通过透视投影)投影到图像中以界定受限搜索线/极线60。
如将还可以理解到的是，不必限制向量P或V，或搜索线/极线60，但这样做可有助于在点预期所处的特定区域上聚焦搜索。
接着在步骤116处，执行沿着受限极线60搜索预定条件。在特定实例中，执行图像中的转变(例如对比度或图像的其它合适属性的预定阈值变化率)的搜索，以便识别点62，在点62处受限极线60跨越轮廓的边缘的图像。接着确定这个点62是图像44、46中的对应于物体16上的预定点的实际位置30的点。因此，在步骤108处，且如由图9说明，可(例如使用标准摄影测量/立体摄影测量技术)三角测量对CMM的测量体积内的预定点的实际位置30进行三角测量。
总之，如熟练的人员将理解，基于图像44、46中的每一个中的所确定点62的二维坐标，且基于取得图像(图像可从CMM的位置编码器的输出已知)的相机探针20的相对位置和定向的了解，可执行此三角测量。将可以理解到的是，除三角测量以外的摄影测量技术可用以确定预定点的实际位置30。举例来说，可替代三角测量或与三角测量一起使用视差图和/或光束平差(bundle adjustment)。具体地说，举例来说，如果将测量多于一个点，那么例如光束平差等误差最小化技术可用以同时计算多个点的位置。
在上述实施例中，待检查的点位于圆形相交线上。但是，将可以理解到的是，本发明可用以找到并测量其它特征，例如不规则形状的边缘上的点。图10和图11说明此实施例。如图10中所示，识别待检查的预定点的标称位置，并获得边缘的捕获该标称位置的两个图像。两个图像的视角中心和标称位置界定极平面。点的法向量N投影P到极平面中，极平面界定搜索向量V。如由图11说明，搜索向量V投影到第一图像和第二图像中以界定沿着其执行搜索以识别边缘的受限搜索线/极线。受限极线跨越边缘的点被识别为待检查的预定点。每个图像中的已识别点接着用以例如通过三角测量测量CMM的测量体积中的预定点的位置。
在上述实施例中，通过改变相机探针的位置和定向来实现视角的改变。但是，将可以理解到的是，不需要一定是这种状况。举例来说，可仅通过位置的改变来实现视角的改变。图12说明该实例，具体地讲说明相同技术如何可用以找到孔上的点的具体实例，即使第一图像和第二图像是从同一相机定向(角度位置)且从它们的视角中心都位于孔的中心线上的位置处获得。因此，视角可通过从不同位置获得的图像而不同，并不一定需要定向的改变。此技术可在检查孔(换句话说，孔的末端在探针所定位的末端处的远端)的底部时是特别有用的。将可以理解到的是，相比于图12中所示的内容，该视角中心不一定都必须位于孔的中心线上；一个或两个可远离中心线(例如它们可定位使得含有它们的线平行于中心线，或甚至是非平行的)。如将还可以理解到的是，相对比地，视角也可通过从不同定向获得图像而不产生相机探针的侧向位置的任何变化(例如旋转不集中在视角中心上)而不同。
图13说明可如何通过沿着边缘的横截面检查不同点来使边缘的横截面形状成型。如所展示，在此实施例中，在到每个点处的边缘的切线的两侧上取得该点的图像。
已发现，当受限搜索线/极线与如成像的物体(在此状况下边缘)的表面之间的角度更大时，该方法的准确性可更大。换句话说，受限搜索线/极线与如成像的物体的表面之间的角度越接近90°(度)，即，正常，所描述技术的潜在准确性越大。因此，如在图14中示意性地表示，方法的任选额外步骤可以是在受限搜索线/极线与如成像的物体的表面相交的点处确定它们之间的角度θ。如果θ低于预定阈值水平，那么可基于准确性将过低而放弃对点的位置的确定。将可以理解到的是，阈值水平可取决于各种因素，包含例如测量的所需准确性和图像的过不了。仅作为实例，我们的发明人已发现，对于其系统，且出于其所需准确性，45°(度)的阈值角度是适当的。
图15a到图15c说明本发明如何还可用以从相同对图像测量多个预定点39a、39b、39c。如所示，第一图像44的视角中心59和第二图像46的视角中心52连同每一预定点的标称位置42a、42b、42c可形成极平面56a、56b、56c。与以上描述一致，可接着通过将每一预定点的标称方向向量投影(例如正投影)到相应极平面(56a、56b、56c)中来形成搜索向量，该极平面可接着(例如通过透视投影)投影到第一图像44和第二图像46中作为可沿着其搜索的受限极线，以便在该图像(其必要时可使用以便对CMM的测量体积中的预定点的实际位置30a、30b、30c进行三角测量)中的每一个中找到预定点。
可选地，相比于上述实施例，可独立于标称方向向量而确定搜索线。举例来说，可从由至少两个图像的视角中心和标称位置界定的极平面确定搜索线(例如含于极平面内的线/向量可投影到图像中)。因此，即使不存在与预定点相关联的标称方向向量，但操作者可手动地选择每一图像的视角中心(理想上，但不一定，视角中心将该图像置于适当的位置中，使得它们连同标称位置界定在预定点处大体上正交于表面的极平面)，且接着本发明的方法可基于该图像的极线而确定搜索线。
以上实施例包括获得两个图像并在该图像中的每一个中找到预定点。将可以理解到的是，本发明可用以在更大数目个图像中找到点。此外，本发明可用以在仅一个图像中找到预定点。即使仅获得(或使用)一个图像，状况也是如此。举例来说，基于待测量的点的标称位置，可导出(例如通过将与点相关联的预定搜索向量/标称方向向量投影到图像中)图像中的搜索线，且可将预定点确定为是搜索线与如成像的表面相交之处(例如其中满足图像的属性的阈值变化率)。此过程可在Z方向上(即，垂直于图像平面)包括预定点的实际位置的不明确性。因此，可从制品的另一测量(例如制品的至少一部分在何处在Z上的触觉测量)假设或确定/推论Z上的位置。
在额外/替代性实施例中，点可位于放置或投影到物体上的标记上。举例来说，明线可投影于物体上，且可能需要测量线上的给定点的位置。因此，可例如通过使用相同技术来使用本发明的方法，但其中在图像中确定受限极线在何处跨越成像的明线。可(使用CAD)在该部分上从明线的预期边缘挑选标称点，而相关联方向向量将理想上(但不一定)正交于明线，通常介于与表面成切线与正交于表面之间。在此状况下，可选择图像的视角中心，使得极平面连同标称位置以遵守上述要求的角度(例如以不小于45度的角度，且优选地以大体上垂直的)角度界定与明线的相交。
在额外/替代性实施例中，点可位于表面特征上。举例来说，表面特征可以是印刷的或纹理。表面特征可以是已知或未知且潜在地随机的。当表面特征已知时，可从预期边缘挑选标称点，且当表面特征未知或随机时，可可选择预期表面特征边缘的标称点。在任一状况下，如同上述实施例，相关联标称方向向量应理想上(但不一定)正交于预期边缘且平行于表面。搜索距离(其界定搜索线的限制)可被选择为小于表面特征的预期重复距离。如同其它实施例，可针对图像的预定改变而执行沿着搜索线的搜索以确定搜索线在何处跨越特征(并由此界定待找到的点的位置)。
在所描述实施例中，点是物体上的单个点。将可以理解到的是，点可界定例如方面、特征或图案的位置。举例来说，点可界定物体的拐角特征的位置。任选地，点可界定像素群组的像素签名(例如灰度等级值的图)的位置。
将可以理解到的是，通过本发明的方法(和/或通过其它技术)测量的多个点可一起被考虑以描述物体的方面/特征。举例来说，可沿着边缘取得多个点，该点一起描述边缘的形状、位置和/或大小。举例来说，可围绕孔的顶部或底部或甚至定位于孔内的边缘/唇缘取得多个点，且该点一起可用以描述边缘的形状/位置/大小，例如来找到孔的直径。多个点还可被一起分组/考虑以描述表面的三维形式。将可以理解到的是，方法可包括使多个点适配于特征(或使特征适配于多个点)，例如规则或不规则形状，例如线(直线或非直线)、圆圈或甚至三维形状，例如圆柱形或非规则三维形状。举例来说，任选地，网状模型可配适到点。
在上述实施例中，由相机探针20获得的图像传递给主机PC 23，主机PC 23被配置有用于处理图像以找到图像中的每一个中的预定点并接着确定CMM 10的测量体积内的预定点的实际位置的软件。将可以理解到的是，不需要一定是这种状况。举例来说，可提供被配置成处理根据本发明的图像的单独(例如订制)处理器/分析器装置。必要时，可使用多个处理器/分析器装置。举例来说，一个处理器/分析器装置用于分析图像以识别图像内的预定点，且另一个处理器/分析器装置用于接着确定CMM的测量体积内的预定点的实际位置。作为一个替代性实例，控制器22可执行图像的处理中的至少一些以确定预定点的实际位置。

Claims (23)

1.一种确定要被测量的制品上的预定点在图像中的位置的方法，所述制品位于坐标定位设备的测量体积内，所述方法包括：
接收位于所述坐标定位设备的测量体积内的所述制品的至少一个图像，该至少一个图像是通过安装在所述坐标定位设备上的视觉传感器检查所述制品而获得的，和
对于要测量的所述制品上的预定点，基于所述预定点在所述坐标定位设备的测量体积内的给定标称位置来确定所述预定点在所述至少一个图像中的位置，其中，所述给定标称位置是所述预定点在所述坐标定位设备的测量体积内的期望位置，
其中，确定所述预定点实际在图像中的何处包括确定将沿着其在所述图像内进行搜索的搜索线，并识别所述图像沿着所述搜索线在何处满足预定准则。
2.根据权利要求1所述的方法，包括基于所述至少一个图像中的所述预定点的所确定位置而确定所述坐标定位设备的测量体积中的所述预定点的实际位置。
3.根据权利要求1所述的方法，包括获得所述制品的至少两个图像，并基于所述坐标定位设备的测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置而确定所述至少两个图像中的每一个中的所述预定点的位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述实际位置包括对所述坐标定位设备的测量体积中的所述预定点的所述实际位置进行三角测量。
5.根据权利要求1所述的方法，包括接收待测量的制品上的预定点的指示并确定所述坐标定位设备的测量体积内的所述预定点的所述标称位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，待测量的制品上的预定点的所述指示包括所述制品的计算机表示上的已识别点。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定点包括所述制品的边缘上的点。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少两个图像包括所述制品的边缘的对比度图像/轮廓图像。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，包括获得所述制品的至少两个图像，并基于所述坐标定位设备的测量体积内的待测量的预定点的给定标称位置而确定所述至少两个图像中的每一个中的所述预定点的位置，所述至少两个图像包括所述边缘的对比度图像/轮廓图像。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定准则包括所述图像的属性的阈值变化率。
11.根据权利要求3或权利要求9所述的方法，其中，所述搜索线从含有至少两个图像的视角中心和所述预定点的所述标称位置的平面导出。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定所述搜索线包括将与待测量的所述预定点相关联的标称方向向量投影到所述至少两个图像中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过正射投影和/或透视投影完成投影所述标称方向向量。
14.根据权利要求12所述的方法，包括将所述标称方向向量投影到含有所述至少两个图像的所述视角中心和所述预定点的所述标称位置的平面中。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搜索线是受限的。
16.根据权利要求1所述的方法，包括确定所述搜索线与所述制品的成像表面之间的相交角度是否满足预定阈值准则。
17.根据权利要求1所述的方法，包括自动地基于所述预定点的所述标称位置而确定从其获得所述至少一个图像的视角。
18.根据权利要求1所述的方法，包括基于在所述坐标定位设备的测量体积内的待测量的多个所述预定点的给定标称位置而确定所述至少一个图像中的多个所述预定点的位置。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制品的图像是通过用成像装置来检查所述制品、捕获所述制品的至少一个图像而获得的。
20.一种计算机可读介质，用于存储计算机程序的，当被处理器执行时，可以执行根据权利要求1到19中的任一项所述的方法。
21.一种计算机可读媒体，其有根据权利要求20所述的计算机程序代码。
22.一种包括至少一个处理器装置的设备，所述处理器装置经配置成：
(i)接收位于坐标定位装置的测量体积中的制品的至少一个图像，该至少一个图像是通过安装在所述坐标定位设备上的视觉传感器检查所述制品而获得的，和
(ii)对于所述制品上的要测量的预定点，基于所述预定点在所述坐标定位设备的测量体积内的给定标称位置而在所述至少一个图像中找到所述预定点，其中，所述给定标称位置是所述预定点在所述坐标定位设备的测量体积内的期望位置，
其中，确定所述预定点实际在图像中的何处包括确定将沿着其在所述图像内进行搜索的搜索线，并识别所述图像沿着所述搜索线在何处满足预定准则。
23.根据权利要求22所述的设备，包括经配置以捕获所述制品的至少一个图像的至少一个成像装置。
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