CN1955635B - 检查物体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种检查物体(12)的方法，包括：从光源(22)发射光(40)，将从光源发射的光投影到物体的表面，将从物体表面反射的光分离为第一图像和第二图像，利用成像传感器接收第一图像和第二图像，并且分析由成像传感器(24)接收的第一和第二图像，以便对物体的至少一部分进行检查。

Description

检查物体的方法和设备
技术领域
本申请通常涉及到检查物体，更特别地涉及一种利用光测量系统检查物体的方法和设备。
背景技术
有时要对物体进行检查，以便例如确定物体的全部或一部分的大小和/或形状和/或探测物体中的缺陷。例如，要对某些燃气涡轮发动机组件如涡轮或压缩机叶片进行检查，以便发现可能由振动的、机械的和/或热的应力所引起的发动机的疲劳裂缝。而且，例如，要对某些燃气涡轮发动机叶片进行检查，以便发现各种变形，如平台方位、轮廓剖面(contour cross-section)、沿堆积轴(stackingaxis)的弯曲和扭曲、厚度、和/或给定剖面上的弦长。随着时间的过去，对具有一个或更多缺陷的物体进行连续操作将会降低物体的性能，和/或导致物体故障，例如使裂缝扩展穿过物体。因此，尽可能早地对物体的缺陷进行检查有利于提高物体性能和/或减少物体故障。
为了便于对物体进行检查，至少有些物体是利用将结构化光图案投影到物体表面的光测量系统而被检查的。光测量系统对从物体表面反射过来的结构化光图象进行成像，然后分析反射的光图案的变形，以便计算物体的表面特征。然而，物体的不同区域可能具有不同的制造公差。因此，物体的某些区域与其它区域相比，可能需要投影到物体的光具有更高的分辨率，以便获得足够的数据来检查它们的公差。某些已知的光测量系统以检查物体所期望的最大分辨率来检查物体，或者换句话说，以检查具有最紧密公差的物体区域所期望的分辨率来检查物体。然而，对具有较松公差的区域，就会因为较高分辨率而得到多余的数据。这些多余的数据可以被滤掉或被处理掉，使其分辨率降低到具有较松公差的区域所期望的分辨率，这样就有可能增加检查物体的时间和工作。其它已知的光测量系统可以通过具有不同分辨率的不同检查工具来检查公差不同的物体区域。然而，使用不同的检查工具对物体的不同区域进行检查增加了建立系统和/或用于检查的物体的时间。并且，为了将被检查物体的所有部分的检查数据融合起来，取自多个传感器的数据应该被记录在一起，这也是费时和/或困难的。
发明内容
在一个方面，提供了一种检查物体的方法，其包括从光源发射光，将从光源发出的光投影到物体表面，将从物体表面反射的光分离成第一图像和第二图像，利用成像传感器接收第一图像和第二图像，和分析由成像传感器接收的第一和第二图像，以便检查该物体的至少一个部分。
在另一个方面，一种用于检查物体的结构化光测量系统包括：被配置为将结构化光投影到物体表面的结构化光源，被配置为接收从物体表面反射的结构化光的成像传感器，以及被定位为将从物体反射的光分离成第一图像和第二图像的分光装置。
附图说明
图1是结构化光测量系统的典型实施例的框图。
图2是图1中所示的结构化光测量系统的另一实施例的框图。
图3是图1中所示的结构化光测量系统的另一实施例的框图。
图4是图1中所示的结构化光测量系统的另一实施例的框图。
具体实施方式
图1是结构化光测量系统10的典型实施例的框图，该系统被用于测量一个物体12的多个表面特征。例如，系统10可被用来检查和确定物体12的表面，其中这些表面可以包括与代表物体12的模型相比较的如倾斜、弯曲、扭曲和/或变形的特征。
在典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不局限于涡轮发动机中使用的压缩机或涡轮叶片。因此，在典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的机翼14。尽管下面的描述是针对检查燃气涡轮发动机叶片的，然而，本领域技术人员可以意识到，系统10可以被用于提高对任意物体的结构化光成像性能。
系统10包括结构化光源22，例如但不局限于液晶显示(LCD)投影仪、硅上液晶(LCOS)投影仪、数字微镜装置(DMD：Digital micromirror device)投影仪、激光器、白光灯、和/或发光二极管(LED)。系统10还包括接收从物体12反射的结构化光的成像传感器24。尽管系统10可以利用其它的成像传感器24，但在典型实施例中，成像传感器24是接收并利用从物体12反射的结构化光生成图像的照相机。一个或多个计算机26处理从传感器24接收到的图像，和监视器28可被用来向操作者显示信息。在一个实施例中，计算机26包括装置30，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)装置、和/或任意其它的数字装置，这些数字装置包括网络连接装置，如以太网装置，用来从计算机可读介质32读出指令和/或数据，该计算机可读介质32例如是软盘、CD-ROM、DVD和/或其它数字源如网络或互联网以及仍在发展的数字方式。在另一个实施例中，计算机26执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机26被编程以便完成这里描述的功能，并且，正如在这儿所使用的，术语“计算机”不仅仅局限于那些在本领域被称为计算机的集成电路，而是指更宽意义的计算机、处理器、微控制器、微型机算计、可编程逻辑控制器、专用集成电路以及其它可编程电路，并且这些术语可以在这里互换地使用。
系统10还包括分光装置34、构图装置(patterning device)36和构图装置38。尽管可使用其它分光装置34，在有些实施例中分光装置34包括棱镜、透镜、全息元件和/或分束器。分光装置34被定位以便接收从物体12反射的光，并且在该典型实施例中，将接收到的光分成第一图像的光40和第二图像的光42。第一图像的光40被从分光装置34指向构图装置36，和第二图像的光42被从分光装置34指向构图装置38。尽管这里的分光装置34被解释和描述为将从物体12反射的光分离为第一和第二图像，然而，在有些实施例中，分光装置34将从物体12反射的光分离为多于两个图像。
构图装置36被定位，以便将光40发散为预先确定的图案(未示出)。预先确定的图案便于提供如成像传感器24观察到的第一图像的预先确定的分辨率。尽管这里解释和描述了两个构图装置36和38，系统10可以包括任意数目的构图装置，以便将任意数目的图像的光发散为任意数目的预先确定的图案。尽管可以使用其它图案，但在有些实施例中，构图装置36将第一图像的光40发散为衍射图案和/或干涉图案。尽管可以使用其它构图装置36，但在有些实施例中，构图装置36包括衍射光栅、相栅、LCD装置、DMD装置、光阀、参考图案和/或LCOS装置。
例如，在一些实施例中，构图装置36为衍射光栅，它将光40发散为衍射图案。在一些实施例中，衍射光栅包括周期的线和空间的图案，如朗奇刻线(ronchi ruling)。然而，衍射光栅不需要包括线和空间的图案，更不用说周期性的线和空间的图案。反而，衍射光栅可以包括基底上面和/或嵌入在基底内部的任意图案。例如，在一些实施例中，图案包括线和空间的图案，其中，线之间的间隔变化预先确定的数量，以便例如使其从由构图装置36发散的光的图像的一侧到其另一侧倾斜地增加，来补偿贯穿像场的放大倍率变更。可以利用任意适当的方法和/或结构在基板上形成图案。例如，在一些实施例中，图案由多股材料形成，例如但不局限于附着在基板上和/或嵌入在基板内部的金属股(如铬股)。在其它的实施例中，图案是被蚀刻在基板上的，并且被蚀刻的部分可以被合适的材料填充，例如但不局限于金属(如，铬)。尽管基板可以由其它金属制造，但在一些实施例中，光栅36的基板由玻璃和/或石英制造。
在一些实施例中，例如，构图装置36包括具有与代表物体12的参考模型的形状相对应的形状的参考图案。更具体地，在这些实施例中，构图装置36将光发散为一系列的线和空间的图案，因为它们看起来就好像是被投影到参考模型上的。正因为如此，参考图案可以与投影到物体12上的图案进行比较，以突出显示物体12与参考模型在形状上的差别。
在一些实施例中，例如，构图装置36包括将被引导通过那里的光发散为干涉图案的图案(未示出)，例如但不局限于相栅。尽管可以使用其它相栅，但在一些实施例中，相栅包括其上具有栅图案的漂白的照相底板和/或漂白的照相底板上的全息记录。
图2是系统10的典型实施例的框图，其中，构图装置36包括DMD。被分光装置34分出的第一图像的光40被反射出镜44，并指向构图装置36的DMD。尽管可以使用其它镜44，但在一些实施例中，镜44是半银的镜。反射出构图装置36的DMD的光40被DMD以预先确定的图案发散，并且被引导通过镜44，以便被成像传感器24接收。当然，图2中所示以及在这里描述的系统10的实施例仅仅是示意性的。当构图装置36包括DMD时，也可以使用其它配置和/或安排。
构图装置38被定位，以便将由分光装置34分离的第二图像的光42发散为预先确定的图案(未示出)。该预先确定的图案便于提供如成像传感器24所观察到的第二图像的预先确定的分辨率。尽管可以使用其它图案，但在一些实施例中，构图装置38将第一图像的光发散为衍射图案和/或干涉图。尽管可以使用其它的构图装置38，但在一些实施例中，构图装置38包括衍射光栅、相栅、LCD装置、DMD装置、光阀、参考图案和/或LCOS装置。
例如，在一些实施例中，构图装置38为衍射光栅，它将光发散为衍射图案。在一些实施例中，衍射光栅包括周期的线和空间的图案，如朗奇刻线。然而，衍射光栅不需要包括线和空间的图案，更不用说周期性的线和空间的图案。反而，衍射光栅可以包括基底上面和/或嵌入在基底内部的任意图案。可以利用任意合适的方法和/或结构在基板上形成图案。例如，在一些实施例中，图案由多股材料形成，例如但不局限于附着在基板上和/或嵌入在基板内部的金属股(如铬股)。在其它的实施例中，图案是被蚀刻在基板上的，并且被蚀刻的部分可以被合适的材料所填充，例如但不局限于金属(如，铬)。尽管基板可以由其它材料制造，但在一些实施例中，光栅36的基板由玻璃和/或石英制造
在其它实施例中，例如，构图装置38包括将被引导通过那里的光发散为干涉图案的图案(未示出)，例如但不局限于相栅。
图3是系统10的典型实施例的框图，其中，构图装置38包括DMD。被分光装置34分出的第二图像的光42被反射出镜46，并指向构图装置38的DMD。尽管可以使用其它镜46，但在一些实施例中，镜46是半银的镜。反射出构图装置38的DMD的光被DMD以预先确定的图案发散，并且被引导通过镜46，以便被成像传感器24接收。当然，图3中所示以及在这里描述的系统10的实施例仅仅是示意性的。当构图装置38包括DMD时，也可以使用其它配置和/或安排。
由构图装置36发散而成的构图的光40和由构图装置38发散而成的构图的光42分别被成像传感器24接收。更具体地，由光40和42分别形成的第一和第二图像被成像传感器24接收。在图1至3的实施例中，第一和第二图像都被一个成像传感器24接收。可替换地，第一和第二图像可以被不同的成像传感器24分别接收。图4是系统10的框图，其中示出了用于接收第一和第二图像的不同成像传感器24。一旦被成像传感器24接收，然后第一和第二图像就可以例如利用计算机26进行分析，以便例如确定物体12的特征，例如但不局限于表面纹理、表面方向和/或制造物体12时用到的材料。例如，尽管可以使用其它方法，但在一些实施例中，计算机26使用相位跳跃分析以便从第一和第二图像确定物体12的特征。并且，例如，在一些实施例中，为了确定物体12的特征，计算机26确定投影到物体12上的线的中心，并利用已知的三角方法通过中心位置来确定到物体表面的距离。并且，例如，在一些实施例中，为了确定物体12的特征，计算机26计算投影图案的傅立叶变换，并利用局部图案频率信息来计算物体表面的斜度，作为跟随物体12的轮廓的手段。在一些实施例中，第一和第二图像被光学地和/或电子地(例如利用计算机26)结合起来，形成一个共同的图像以便用来对其进行分析。通过将第一和第二图像结合成一个用于分析的共同图像，系统10可以利用第一和第二图像简化其它数据(例如与第一和第二图像不同的物体12的图像)的记录。
如上所述，由构图装置36生成的第一图像的预先确定的图案便于提供由成像传感器24观察到的第一图像的预先确定的分辨率。更具体地，在被分光装置34分光之后和在被成像传感器24接收之前，构图装置36改变第一图像的光40的分辨率。类似地，由构图装置38生成的第二图像的预先确定的图案便于提供由成像传感器24观察到的第二图像的预先确定的分辨率。更特殊地，在被分光装置34分光之后和在被成像传感器24接收之前，构图装置38改变第二图像的光42的分辨率。第一和第二图像的分辨率可以被分别选择为等于或接近于用于检查物体12特定区域的期望分辨率。因此，物体12的不同分辨率的图像可以被同时获得，使得系统10可以同时检查物体12具有不同期望检查分辨率的不同区域，这样就可能减少物体12的检查时间。并且，第一和第二图像或结合后的共同图像，可以与从和第一和第二图像不同的视角获得的图像相结合，生成对物体12的较粗的检查。这里描述的系统和方法的技术效果包括，可同时对物体的具有不同期望检查分辨率的不同区域进行检查，这样就可能减少对物体12的检查时间。
尽管这里描述和/或解释的系统和方法是针对燃气涡轮发动机组件进行描述和/或解释的，并且，更具体地，是针对燃气涡轮发动机的发动机叶片的，但这里描述和/或解释的系统和方法的实践不局限于对燃气涡轮发动机叶片实现，通常也不局限于燃气涡轮发动机组件。反而，这里描述和/或解释的系统和方法适用于任意物体。
在这里详细地描述和/或解释了该系统和方法的典型实施例。该系统和方法不局限于这里详细描述的具体实施例，而是，每个系统的组件和每种方法的步骤，都可以与这里描述的其它组件和步骤独立地并分开地被使用。每个组件和每个方法步骤也可以与其它组件和/或方法步骤结合起来使用。
当介绍这里描述和/或解释的组合及方法的元素/组件/等时，冠词“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”和“所述(said)”想要表示有一个或多个元素/组件/等。术语“包括”、“包含”、和“具有”想要表示包括并意味着除了列出的元素/组件/等，还可以有附加的元素/组件/等。
尽管本发明是依照各种特定实施例来描述的，但本领域技术人员将会认识到，本发明可以在权利要求的精神和范围内通过改进来实现。
部件表
  10   结构化光测量系统
  12   物体
  14   机翼
  16   平台
  22   光源
  24   成像传感器
  26   计算机
  28   监视器
  30   装置
  32   计算机可读介质
  34   分光装置
  36   构图装置
  38   构图装置
  40   光
  42   光
  10   结构化光测量系统
  44   镜
  46   镜

Claims (7)

1.一种使用结构化光测量系统检查物体(12)的方法，所述方法包括：
从光源(22)发射结构化光(40)；
将从光源(22)发射的结构化光投影到物体(12)的表面；
将从物体表面反射的光分离成第一图像和第二图像；
利用成像传感器(24)接收第一图像和第二图像；并且
分析由成像传感器(24)接收的第一图像和第二图像，以便对物体(12)的至少一部分进行检查，
其特征在于，
将第一图像的光(40)发散为第一图案并且将第一图像的光(40)的分辨率改变至第一期望分辨率用于检查物体(12)的特定区域；以及
将第二图像的光(42)发散为第二图案并且将第二图像的光(42)的分辨率改变至第二期望分辨率用于检查物体(12)的特定区域，据此允许同时检查具有不同的期望检查分辨率的物体的区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中，从光源(22)发射结构化光(40)包括从液晶显示LCD装置、硅上液晶LCOS装置、数字微镜装置DMD、激光器、白光灯和发光二极管LED的至少其中之一发射结构化光。
3.一种用于检查物体(12)的结构化光测量系统(10)，所述结构化光测量系统包括：
被配置为将结构化光投影到物体表面的结构化光源(22)；
被配置为接收从物体表面反射的结构化光的成像传感器(24)；以及
被定位以便将从物体(12)反射的光分离成第一图像和第二图像的分光装置(34)；
其特征在于，
被定位在分光装置(34)和成像传感器(24)之间以便将第一图像的光(40)发散为第一图案并且将第一图像的光(40)的分辨率改变至第一期望分辨率用于检查物体(12)的特定区域的第一构图装置(36)；和
被定位在分光装置(34)和成像传感器(24)之间以便将第二图像的光(42)发散为第二图案并且将第二图像的光(42)的分辨率改变至第二期望分辨率用于检查物体(12)的特定区域的第二构图装置(38)，据此允许同时检查具有不同的期望检查分辨率的物体的区域。
4.如权利要求3所述的系统(10)，其中，所述结构化光源(22)包括液晶显示LCD装置、硅上液晶LCOS装置、数字微镜装置DMD、激光器、白光灯和发光二极管LED的至少其中之一。
5.如权利要求3所述的系统(10)，其中，所述分光装置(34)包括棱镜、透镜、全息元件和分束器的至少其中之一。
6.如权利要求3所述的系统(10)，其中，所述第一构图装置和第二构图装置(36，38)的每一个包括衍射光栅、相栅、LCD装置、DMD装置和LCOS装置的至少其中之一。
7.如权利要求3所述的系统(10)，进一步包括，可操作地与所述成像传感器(24)相连并被配置为将第一和第二图像结合的计算机(26)。
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