CN1955718B - 用于生成检查物体的掩模的方法和结构化光测量系统 - Google Patents

用于生成检查物体的掩模的方法和结构化光测量系统 Download PDF

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Abstract

一种用于产生用在光测量系统(10)中的掩模(52)的方法(100)，该光测量系统包括用于把光投射到物体(12)表面上的光源(22)，和用于接收从该物体表面反射回来的光的成像系统。该方法包括确定(102)待检查物体的轮廓，和基于所确定轮廓产生(104)掩模，其中该掩模包括在其内部延伸的开口(172)，从光源处看来该开口的轮廓与物体的轮廓基本匹配。

Description

用于生成检查物体的掩模的方法和结构化光测量系统
技术领域
本发明一般涉及检查物体，特别涉及用于生成用来检查物体的掩模的方法和设备。
背景技术
有时候检查物体，例如，以确定全部或一部分该物体的尺寸和/或形状，以及/或者检查物体中的缺陷。例如，检查燃气轮机引擎组件，如涡轮或压气机叶片，以检查可以由引擎引起的振动、机械和/或热应力而引起的疲劳裂缝。此外，例如，检查一些燃气轮机引擎叶片，如平台取向，轮廓横截面、沿堆叠轴的弓形弯和扭转、厚度、和/或在指定横截面的弦长的变形状况。随着时间的过去，例如当裂纹扩展穿透物体时，对具有一个或多个缺陷的物体的连续运转会降低物体的性能和/或导致物体损坏。因此，尽可能早的检查到物体的缺陷可以有助于增强物体的性能和/或减少物体的损坏。
为了便于检查物体，使用光测量系统来检查至少一些物体，该光测量系统投射结构化光图案到物体的表面上。光测量系统接收从物体表面反射回来的结构化光图案，然后分析反射的光图案的形变以计算出物体的表面特征。特别是，在运行期间，被检查的物体有时连接着试验夹具(fixture)并且放置在接近光测量系统处。然后打开光源使得发射光照亮物体。但是，在运行期间，光源也可以照亮试验夹具的至少一部分和/或超出被检查区域的物体的部分，其可以产生在物体与测试夹具之间，和/或在物体待检查的区域与超出该区域的物体部分之间的内反射。例如，如果试验夹具具有把反射光投射在物体上的形状或光洁度，或如果物体具有反射试验夹具图像的比较类似于反射镜那样的光洁度，那么可以引起内反射。这样的内反射会导致下降的图像质量和糟糕的测量结果，可能导致物体表面特征的不正确的解释。
因此，至少一个熟知的成像系统包括使用例如管道带子(duct tape)形成的掩模。特别是，管道带子附在光源上以有助于减少内反射。但是，一般管道带子 掩模以几何图样附于光源上，这没有有效的使夹具避开物体。因此，测试夹具与物体之间，和/或物体待检查的区域与超出该区域的物体部分之间的内反射仍然可以产生。
发明内容
在一方面，提供一种产生用于光测量系统的掩模的方法，该光测量系统包括用于把光投射到物体表面上的光源，和用于接收从物体表面反射回来的光的成像系统。该方法包括确定检测物体的轮廓，和基于该确定的轮廓产生掩模，其中掩模包括在其内部延伸的开口，从光源处看来该开口的轮廓与物体的轮廓基本匹配。
在另一方面，提供一种检查物体的方法。该方法包括：产生掩模，该掩模包括在其内部延伸的开口，从光源处看来该开口的轮廓与物体的轮廓基本匹配；把该掩模放置在光源和待检查物体之间；以及操作光源使得发出的光穿过掩模以照亮待检查物体的一部分。
在又一个方面，提供一种用于检查物体的结构化光测量系统。该结构化光测量系统包括把结构化光投射到物体表面上的结构化光源，用于接收从物体表面反射回来的结构化光的成像系统，和放置在结构化光源和物体之间的掩模，该掩模包括在其内部延伸的开口，从光源处看来该开口的轮廓与物体的轮廓基本匹配。
附图说明
图1是结构化光测量系统的示范实施例的结构图；
图2是图1中示出的系统的一部分的透视图；
图3是说明制造能够用于图1和2中示出的系统的掩模的示范方法的流程图。
具体实施方式
图1是结构化光测量系统10的示范实施例的结构图，该光测量系统设计为测量物体12的多个表面特征。例如，系统10可以设计成检查和确定物体的表面，其中当与代表物体12的模型相比较时，表面可以包括如倾斜、弯曲、扭曲 和/或翘曲的特征。图2是图1中示出的系统10的一部分的透视图。
在示范实施例中，物体12是转动叶片，例如，但是不限于，燃气轮机引擎中使用的压气机或涡轮机叶片。因此，在这示范实施例中，物体12包括从平台16上延伸出来的机翼14。虽然下面的描述是关于检查燃气轮机引擎的叶片，但是本领域的普通技术人员将明白系统10可以用来提高用于任何物体的结构化光成像。
系统10也包括结构化光源22，例如，但是不限于，激光、白光灯、发光二极管(LED)、液晶显示(LCD)装置、硅基液晶(LCOS)装置、和/或数字微镜装置(DMD)。系统10也包括一个或多个成像传感器24，每个传感器都设定成接收从物体12反射回来的结构化光。在这个示范实施例中，成像传感器24是一个设定为接收从物体12反射回来的结构化光的照相机，尽管也可以使用其它的成像传感器24。一台或多台计算机26有效地连接到成像传感器24以处理从传感器24接收的图像，并且可以用监视器28向操作者显示信息。在一实施例中，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、磁光盘驱动器(MOD)，或者包括像以太网装置这样用于从计算机可读介质32读取指令和/或数据的网络连接装置在内的其它任何数字装置，所述计算机可读介质例如软盘、CD-ROM、DVD或像局域网或因特网这样的其它数字源，和仍在开发的数字装置。在另一实施例中，计算机26执行固件(未画出)中存储的指令。计算机26被程序化以执行在此描述的功能，当在此使用词语“计算机”时，其不仅仅限于那些计算机领域的集成电路，而宽泛地指的是计算机、处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、和其它可编程电路，这些词汇在此可以互换使用。
在操作期间，待检查的物体，即物体12，与试验夹具(未画出)连在一起，并放置为接近系统10。然后打开光源22使得发出光照亮物体12。但是，光源22也可以照亮试验夹具的至少一部分和/或超出待检查区域的物体12的部分，这可以在物体12与试验夹具之间、和/或物体12的待检查部分与超出待检查区域的物体12的部分之间产生内反射。例如，如果试验夹具具有把反射转向到物体12的形状或光洁度，或者物体12具有反射试验夹具图像的比较类似于反射镜那样的光洁度。这样的内反射会导致下降的图像质量和糟糕的测量结果，可能导致物体12的表面特征的不正确解释。
因此，在示范实施例中，系统10也包括与光源22相耦合的掩模固定器50，并且掩模52与掩模固定器50相耦合，使得掩模52位于光源22和物体12之间。在示范实施例中，掩模52有利于防止光源22照亮除了物体12待检查的部分以外的位置的表面，因此有利于减少环境结构，例如但不限于，试验夹具、地板、天花板、墙壁、和/或地面，与物体12待检查部分之间的内反射，和/或有利于减少物体12待检查部分与超出被检查区域的物体12的部分之间的内反射。特别是，掩模52有利于在物体12上产生照明图案，当从光源22的位置看来时，该图案与物体12待检查部分的形状基本匹配，即待检查的物体12的轮廓。
图3是说明制造掩模(如图2中所示的掩模52)的示例方法100的流程图。在这示范实施例中，方法100包括确定102待检查物体的轮廓，和基于所确定轮廓产生104掩模，其中该掩模包括在其内部延伸的开口，从光源处看来该开口的轮廓与物体的轮廓基本匹配。
因此，输入102多个参数到计算机中包括输入一个包含物体12几何形状的文件。在此使用的物体12的几何形状被定义成当从光源22看来时物体12的三维轮廓。例如，为了制造物体12，使用帮助操作者精确作图的软件来产生物体12的计算机辅助设计(CAD)绘图。然后把物体12的三维CAD绘图输入到计算机26。
特别是，例如使用装置30把包含物体12几何形状的文件110输入计算机26中。方法100也包括确定定义为光源22和物体12之间的距离的第一距离120，以及确定定义为光源22和掩膜50之间的距离的第二距离122。在示范实施例中，距离120和122是通过操作者手工确定并输入计算机26。在替换实施例中，系统10包括至少两个传感器(未画出)，其用来自动确定距离120和122并且自动输入计算机26。虽然方法100描述成关于把多个变量和绘图输入计算机26，但是应当意识到任何计算机都能够用于接收绘图和变量以生成掩膜52。
在示范实施例中，计算机26也包括程序，其设置成利用文件110已经距离120和122来产生掩膜轮廓。在此使用的掩膜轮廓定义为多个信息，例如但不限于，物体12的正确尺寸和形状，外部系统能够利用这些信息来制造掩膜52。特别是，从光源22的观察点看来的掩膜的轮廓和物体12的轮廓基本匹配。
为了产生计算机26使用的大量参数以产生掩膜轮廓，成像传感器24，相对于物体12，放置在第一角度150或第一观察点，并且光源22，相对于物体12， 放置在第二角度152或第二观察点。然后确定在光源22和物体12之间的第一测量120，然后确定在掩膜固定器50和物体12之间的第二测量122。例如，然后将第一和第二测量120和122，以及物体几何轮廓文件110都输入例如计算机26。然后计算机26利用第一和第二测量120和122，以及物体几何轮廓文件110以执行几何变换。
例如，在示范实施例中，光源22从第二角度152照亮物体12，并且传感器24在第一角度150接收从物体12反射的照明光。因此，为了方便掩蔽夹具30的至少一些部分，掩模52放置在光源22和物体12之间，以便仅有物体12被基本照亮。因此，涉及物体12的信息，即文件110，和涉及与光源22相关的物体12的位置的关系的信息，即距离120和122，通过计算机26进行几何变换以便于产生掩模的轮廓。然后，掩模的轮廓存入掩模生成文件160，其包括大量使操作者能制造掩模52的信息。
例如，在示范实施例中，掩模生成文件160包括如掩模52的准确的大小和形状的信息，从光源22的透视来看掩模52与掩模固定器50产生的物体12的投影基本匹配。在示范实施例中，掩模生成文件160传输到设置成利用掩模生成文件160来制造掩模52的机器(未画出)。例如，在一实施例中，掩模生成文件160传输到计算机数控(CNC)机器中。然后该CNC机器利用掩模生成文件160来制造掩模52。例如，CNC机器基于掩模生成文件160切除或移去模板170的部分以形成延伸穿透模板170的开口172。在示范实施例中，开口172具有从光源22看来与物体12的轮廓基本匹配的轮廓。在替换实施例中，利用掩模生成文件160来打印模板170。然后手动除去模板170的部分以形成开口172。
然后，掩模52放置在掩模固定器50中使得掩模52基本防止了光源22投射到物体12和/或夹具30的不希望的部分。更具体说，当掩模52放置在掩模固定器50中时，掩模52基本防止了光源22投射到除物体12待检查的部分以外位置的表面，因此减少了环境结构，例如，但不限于，试验夹具、地板、天花板、墙壁、和/或地面，与物体12待检查部分之间的内反射，和/或减少物体12待检查部分与超出被检查区域的物体12的部分之间的内反射。
在此描述的是便于制造用在光测量系统中的掩模的示范性方法和设备。具体说，能够利用在此描述的方法来制造掩模，以便在反射结构的检查/扫描期间有助于阻止不希望的反射。在使用中，待检查物体的几何形状信息、光源与物 体之间的分离距离、以及光源与掩模固定器之间的距离都输入计算机。然后计算机利用装在计算机上的运算法则或程序来得到准确尺寸和位置的掩模形状，然后利用其来制造掩模。当掩模放置在掩模固定器中时，掩模有助于防止光源投射到除物体待检查的部分以外位置的表面，因此减少了环境结构与物体待检查部分之间的内反射，和/或减少物体待检查部分与物体的超出该区域部分之间的内反射。
在此描述的掩模通过基本消除物体待检查部分与环境结构之间的内反射，和/或完全消除物体待检查部分与物体的超出该区域部分之间的内反射，有利于提高图像质量。更具体说，产生具有完全和待检查物体的轮廓相匹配的轮廓，有利于减少检查物体所需的时间，并且也完全消除了不希望的光线到达物体和由此被传感器接收到。因此，传感器接收到质量更高但数量减少了的数据，因此减少了图像处理时间。而且，通过把各个三维轮廓输入到计算机以及随后产生用于每个待检查物体的特殊掩模，能够检查大量的不同物体。在此描述的系统和方法的技术效果包括通过完全消除物体待检查部分与环境结构之间的内反射，和/或完全消除物体待检查部分与物体的超出该区域部分之间的内反射，有利于提高图像质量。
虽然在此描述和/或说明的系统和方法是参照燃气轮机引擎组件，更具体说针对燃气轮机引擎的引擎叶片来描述和/或说明的，但是在此描述和/或说明的系统和方法的应用性不限于燃气轮机引擎叶片，也不限于通常的燃气轮机引擎组件。另外，在此描述和/或说明的系统和方法可以应用于任何物体。
在此详细描述和/或说明了示范实施例的系统和方法。该系统和方法不限于在此描述的具体实施例，而是，每个系统的组件，和每个方法的步骤，可以脱离在此描述的其它组件和步骤独立和单独利用。每个系统的组件，和每个方法的步骤，也可以与在此描述的其它组件和步骤结合使用。
当引入此描述和/或说明的组合体和方法的元件/组件/等等，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”是用来指示存在一个或多个元件/组件/等等。词汇“包含”、“包括”和“具有”是用来表示包括的和指示除了列出的元件/组件/等等以外，可能存在附加元件/组件/等等。
在根据不同具体实施例对本发明进行描述的同时，本领域的技术人员将认识到在权利要求的精神和范围内能够对本发明进行改进。
部件列表
  10   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   夹具
  32   计算机可读介质
  50   掩模固定器
  52   掩模
  100   方法
  102   确定
  102   输入
  104   产生
  110   文件
  120   第一距离
  122   第二距离
  150   第一角度
  152   第二角度
  160   掩模生成文件
  170   模板
  172   开口

Claims (9)

1.一种用于产生用在光测量系统(10)中的掩模(52)的方法(100)，该光测量系统(10)包括用于把光投射到待检查物体(12)表面上的光源(22)，和用于接收从该待检查物体表面反射的光的成像系统，所述方法包括：
把待检查物体的几何轮廓输入到计算机(26)中并且执行几何轮廓的几何变换以确定(102)待检查物体的轮廓；和
基于所确定的轮廓产生(104)掩模，其中该掩模包括在其内部延伸的开口(172)，从光源处看，该开口的轮廓与待检查物体的轮廓基本匹配。
2.根据权利要求1的方法(100)，进一步包括：
提供掩模模板；和
使用确定的轮廓形成穿透掩模模板的开口(172)。
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：
把结构化的光投射到待检查物体表面上的结构化光源(22)；
用于接收从该待检查物体表面反射的结构化光的成像系统；和
放置在所述结构化光源和待检查物体之间的掩模(52)，所述掩模包括在其内部延伸的开口(172)，从结构化光源处看，该开口的轮廓与待检查物体的轮廓基本匹配。
4.根据权利要求3的结构化光测量系统(10)，其中待检查物体(12)包括燃气轮机引擎叶片。
5.根据权利要求3的结构化光测量系统(10)，其中所述结构化光源(22)包括白光灯、激光、发光二极管(LED)、液晶显示(LCD)装置和硅基液晶(LCOS)装置的至少其中之一。
6.根据权利要求3的结构化光测量系统(10)，进一步包括位于所述结构化光源(22)和待检查物体(12)之间的掩模固定器(50)，所述掩模固定器设置为容纳所述掩模。
7.根据权利要求6的结构化光测量系统(10)，进一步包括计算机(26)，所述计算机设置为：
接收表示待检查物体(12)的三维几何轮廓的数据；和
执行几何轮廓的几何变换以确定从所述结构化光源(22)看到的待检查物体的轮廓。
8.根据权利要求7的结构化光测量系统(10)，其中所述计算机(26)进一步设置为：
接收表示待检查物体与所述结构化光源(22)之间距离的输入；
接收表示所述结构化光源与所述掩模固定器(50)之间距离的输入；和
使用确定的距离以执行几何轮廓的几何变换。
9.根据权利要求3的结构化光测量系统(10)，进一步包括设置成固定待检查物体(12)的夹具，所述结构化光源(22)进一步设置成引导所述结构化的光穿过所述掩模(52)使得所述夹具基本不能被照到。
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