CN1955719B - 用于检验物体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于检验物体的方法和装置;一种用于检验物体(12)的方法(38)包括：从液晶显示(LCD)装置和硅基液晶(LCOS)装置的至少一个中发射(40)光；相移(42)从LCD装置和LCOS装置的至少一个中发射的光；将相移的光投影(44)到物体的表面上；利用成像传感器(24)接收(46)从物体表面反射的光；以及分析(50)由成像传感器接收到的光以便于检验该物体的至少一部分。

Description

用于检验物体的方法和装置
技术领域
本申请一般而言涉及检验物体，更具体地涉及利用光测量系统检验物体的方法和装置。
背景技术
例如，有时对物体进行检验来确定物体整体或部分的大小和/或形状，和/或检测物体中的缺陷。例如，对诸如涡轮或压缩机叶片之类的一些燃气涡轮发动机部件进行检验，以检测到可能由振动应力、机械应力和/或热应力引起的对发动机诱发的疲劳裂纹。而且，例如，检验一些燃气涡轮发动机轮叶的形变，例如平台定向、轮廓横截面、沿着层叠(stacking)轴的弯曲和扭曲、厚度、和/或在给定截面上的弦长。随着时间的流逝，继续操作带有许多缺陷的物体可能降低物体的性能和/或导致物体故障，例如因为裂纹在物体上扩散。因此，尽可能早地检测到物体的缺陷可以便于提高物体的性能和/或减少物体故障。
为了便于检验物体，至少一些物体是用光测量系统进行检验的，该系统将结构光图案投影到物体表面上。光测量系统对从物体表面反射的结构光图案进行成像，然后分析反射的光图案的形变以计算物体的表面特征。更具体地说，在操作期间，待检验的物体通常被连接到一个测试夹具上，并且被定位在该光测量系统附近。然后触发一个光源，以使所发射的光照亮待检验的物体。然而，生成的物体图像可能包括由发射光多次反射引起的噪声。这种噪声可能导致降低的图像质量以及差的测量结果，从而可能导致错误地解释物体的表面特征。例如，物体的棱柱面反射的光可能引起多次反射。此外，例如，在物体与由光源照亮的测试夹具的部分之间的内反射可能引起多次反射。例如，如果测试夹具具有在物体上投射反射的形状或涂层(finish)，和/或如果物体具有一个反射测试夹具的图像的相对类似镜面的涂层，则可能引起多次反射。
发明内容
一方面，提供一种检验物体的方法。该方法包括：从液晶显示(LCD)装置和硅基液晶(LCOS)装置的至少一个中发射光，相移从LCD装置和LCOS装置的至少一个中发射的光，将相移的光投影到物体的表面上，利用成像传感器接收从物体表面反射的光，以及分析由成像传感器接收到的光以便于检验该物体的至少一部分。
另一方面，提供一种检验物体的方法。该方法包括：从液晶显示(LCD)装置和硅基液晶(LCOS)装置的至少一个中发射光的第一正弦干涉图，从LCD装置和LCOS装置的至少一个中发射光的第二正弦干涉图，其中第二正弦干涉图相对于第一正弦干涉图进行了相移，将第一和第二正弦干涉图投影到物体表面上，利用成像传感器接收从物体表面反射的光，以及分析由成像传感器接收到的光以便于检验该物体的至少一部分。
另一方面，一种用于检验物体的结构光测量系统包括：液晶显示(LCD)装置和硅基液晶(LCOS)装置中的至少一个，其被配置成将结构光投影到物体表面上；以及计算机，其被可操作地连接到LCD装置和LCOS装置中的至少一个。该计算机被配置成对从LCD装置和LCOS装置的至少一个中发射的光进行相移。该系统还包括成像传感器，该成像传感器被配置成接收从物体表面反射的结构光。
附图说明
图1是结构光测量系统的典型实施例的框图。
图2是被检验物体的侧截面图，其说明单次和多次反射的光路。
图3是说明利用图1所示的结构光测量系统来检验物体的典型方法的流程图。
具体实施方式
图1是结构光测量系统10的典型实施例的框图，该结构光测量系统10用于测量物体12的多个表面特征。例如，系统10可以用来检验和确定物体12的表面，其中当与表示物体12的模型相比时，这些表面可以包括诸如倾斜、弯曲、扭曲、和/或卷绕(warp)之类的特征。
在该典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不限于压缩机，或者是用于涡轮发动机的涡轮叶片。因此，在该典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼面(airfoil)14。虽然以下描述针对检验燃气涡轮发动机叶片，但是本领域技术人员将会理解，检验系统10可以用于改善任何物体的结构光成像。
系统10还包括结构光源22，该结构光源22是液晶显示(LCD)投影仪和/或硅基液晶(LCOS)投影仪。尽管可以使用其它图案，但是在一些实施例中，光源22将正弦干涉图投影到物体12上。系统10还包括一个或多个接收从物体12反射的结构光的成像传感器24。在该典型实施例中，成像传感器24是利用从物体12反射的结构光来接收和产生图像的照相机，尽管可以使用其它成像传感器24。一个或多个计算机26被可操作地连接到成像传感器24以处理从其接收到的图像，以及监视器28可以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/或任何其它包括网络连接装置例如以太网装置的数字装置，用于从诸如软盘、CD-ROM、DVD之类的计算机可读介质32、和/或诸如网络或因特网之类的另一数字源、以及尚待开发的数字装置中读取指令和/或数据。在另一实施例中，计算机26执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机26被编程以执行在此描述的功能，并且如在此所使用，术语“计算机”不仅仅局限于在本领域被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、以及其它可编程电路，并且在本文中这些术语可互换使用。
图2是物体12的侧截面图。在操作期间，例如物体12这样的待检验物体被连接到一个测试夹具(未示出)，并且被定位在系统10附近。在一些实施例中，物体12相对于光源22(在图1中示出)以α的定向角进行定向，该定向角使得能够向成像传感器24(在图1中示出)提供一个视图，以使由光源22和成像传感器24限定的平面β将物体12的一个或多个棱柱特征基本上二等分。例如，在该典型实施例中，翼面14和平台16各自定义物体12的一个棱柱特征。
然后触发光源22，从而发射光以照亮物体12。成像传感器24获得投影到物体12上的发射光图案的图像。然而，生成的物体12的图像可能包括由发射光多次反射而引起的噪声。这种噪声可能导致降低的图像质量以及差的测量结果，从而可能导致错误地解释物体12的表面特征。例如，物体12的棱柱面(例如翼面14和平台16的相交面)反射的光可能引起多次反射，如图2所示。直接反射的光路有时被称为单次反射，在图2中以SB表示，而多次反射在图2中以MB表示。此外，例如，在物体12与由光源22照亮的测试夹具的部分之间的内反射可能引起多次反射MB。例如，如果测试夹具具有在物体12上投射反射的形状或涂层，和/或如果物体12具有一个反射测试夹具的图像的相对类似镜面的涂层，则可能产生多次反射MB。
为了识别物体12的特征和/或多次反射MB，计算机26被可操作地连接到光源22，并且被配置成对从光源22发射的光进行相移。更具体地说，计算机26改变由光源22发射的光的图案的初相，以及成像传感器24捕获所得到的不同相位的顺序图像。然后计算机26分析从物体12反射的光以便于检验物体12，例如但不限于：识别来自单次反射SB光和/或多次反射MB光的反射，识别表面纹理，识别表面定向，识别用于制造物体12的材料，确定平台定向，确定轮廓横截面，确定弯曲，确定扭曲，确定厚度，确定弦长，确定补偿(shim)，和/或确定物体12的边缘。在一些实施例中，计算机26对从物体12反射和由成像传感器24接收到的光执行相位卷绕(wrapping)和/或相位解卷绕以确定相位图。此外，在一些实施例中，计算机26利用所确定的相位图来计算物体12至少一部分的三维形状，该三维形状有时被称为三维点云。在一些实施例中，系统10包括多个成像传感器24，每个成像传感器24相对于物体12被不同地定向，以便于接收以不同的角度34和36从物体12反射的光。多个成像传感器24中的每个可以以不同的相移来接收从物体12反射的光，或者每个成像传感器24可以同时接收不同相位的图像序列，以便于检验物体12。例如，利用已知的边缘检测方法，例如但不限于如在美国专利No.6,876,459中所述的边缘检测方法，多个不同角度的图像可以便于确定物体12的边缘。
尽管计算机26在此被描述为执行各种功能，比如对从光源22发射的光进行相移和分析由成像传感器24接收到的光，但是应当理解，这些功能中的任何一个可以由其它计算机执行。例如，在一些实施例中，通过作为光源22的部件的计算机(未示出)对从光源22发射的光进行相移。此外，例如，在一些实施例中，通过作为光源22的部件的计算机(未示出)对由成像传感器24接收到的光进行分析。
图3是说明利用结构光测量系统10(在图1中示出)检验物体12(在图1和2中示出)的方法38的典型实施例的流程图。方法38包括从光源22发射40光以及对从光源22发射的光进行相移42。例如，在一些实施例中，光源22发射光的第一图案，以及光源22所发射的光的一系列其它图案相对于第一图案进行相移，并通过光源22发射。在一些实施例中，从光源22发射40光包括发射光的正弦干涉图。此外，在一些实施例中，光源22(例如利用构成光源22的部件的计算机)用来对从其发射的光进行相移42。相移的光图案被投影44到物体12的表面上。通过成像传感器24接收46从物体12反射的光，并且利用成像传感器24和/或计算机26从其产生48图像。然后分析50图像以识别52单次反射SB、多次反射MB、和/或物体12的特征。
例如，利用常规的图像处理技术，比如但不限于两幅图像之间的减法或差分成像、对图像的某些区域进行遮蔽、以及图像信息的相关，可以从图像中容易地识别并且有选择地提取来自单次反射SB光、多次反射MB光或其它变化的反射。例如，已知的是，如果获得物体12的两幅或更多幅图像，并且对这些图像进行相关，以使它们具有共同的参考点或者来自相同的位置和方向，则数字处理技术允许从另一幅图像中“减去”一幅图像，从而得到产生的差分图像。产生的差分图像仅仅包括有关第一和第二图像之间发生改变的视场中的那些区域的信息。此外，如果已知物体12的形状或结构，或者已知两幅或更多幅图像，就可以数字地遮蔽或阻止图像中已知包含错误或不相关信息的特定区域被进一步处理。例如，利用减法技术，可以在差分图像中识别出包含背景的图像的区域，然后利用其来遮蔽掉后续的或当前的图像中的背景区域。同样，利用已知信息或多幅图像，正在进行测量的物体12的图像可以与所存储的参考图像进行相关或配准，以便于识别出物体12与物体12的表示之间的差异。
此外，例如，利用常规的图像处理技术，例如但不限于相移技术，可以从物体反射的光所产生的图像容易地识别出物体12的特征，这些特征例如但不限于表面纹理、表面定向、以及用于制造物体12的材料。在一些实施例中，识别物体12的特征包括但不限于：识别表面纹理、识别表面定向、识别用于制造物体12的材料、确定平台定向、确定轮廓横截面、确定弯曲、确定扭曲、确定厚度、确定弦长、确定补偿、和/或确定物体12的边缘。
上述结构光测量系统10可以便于更快且更高效地检验物体12。更具体地说，通过相移投影到物体12上的光，可以分析物体12的多幅图像以检验物体12。因此，利用从物体12反射的光来确定多次反射MB和/或物体12的特征。此外，结构光测量系统10可以便于识别、降低、和/或消除图像噪声，例如但不限于多次反射MB，同时确定物体12的特征。在此所描述和/或所说明的方法和系统的技术效果包括便于识别、降低、和/或消除图像噪声，例如但不限于多次反射MB，同时确定物体12的特征。
尽管在此所描述和/或所说明的系统和方法是相对于燃气涡轮发动机部件进行描述和/或说明的，更具体地说是用于燃气涡轮发动机的发动机叶片，但是在此所描述和/或所说明的系统和方法的实施不限于燃气涡轮发动机叶片，通常也不限于燃气涡轮发动机部件。更确切地，在此所描述和/或所说明的系统和方法适用于任何物体。
在此对系统和方法的典型实施例进行了详细的描述和/或说明。所述系统和方法不限于在此所述的特定实施例，而是，每种系统的部件以及每种方法的步骤都可以与在此所述的其它部件和步骤独立地和分别地进行利用。每个部件和每个方法步骤也可以与其它的部件和/或方法步骤结合使用。
当介绍在此所描述和/或说明的组件和方法的元件/部件/等时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”打算指存在一个或多个元件/部件/等。术语“包括”、“包含”以及“具有”打算指“包括在内的”，并且指除了所列举的元件/部件/等之外，还可以有附加的元件/部件/等。
虽然根据各种特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将认识到，可以在权利要求书的精神和范围内进行修改来实施本发明。
附图标记列表
  10   结构光测量系统
  12   物体
  14   翼面
  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   角度
  36   角度
  38   方法
  40   发射
  42   相移
  44   投影
  46   接收
  48   产生
  50   分析
  52   识别

Claims (8)

1.一种用于检验物体(12)的方法(38)，所述方法包括：
将计算机可操作地连接到液晶显示LCD装置、硅基液晶LCOS装置以及至少一个成像传感器的至少一个；
从所述液晶显示LCD装置和所述硅基液晶LCOS装置的至少一个中以正弦干涉图的形式发射(40)光；
使用计算机控制所述干涉图；
相移(42)从所述LCD装置和所述LCOS装置的至少一个中发射的光；
将所述经相移的光投影(44)到所述物体的表面上；
利用所述成像传感器(24)接收(46)从所述物体的表面单次反射与多次反射的光；
确定所述物体的相位图；以及
分析(50)由所述成像传感器接收到的光以便识别所述单次反射、所述多次反射与所述物体的特征。
2.根据权利要求1所述的方法(38)，其中相移(42)包括利用所述LCD装置和所述LCOS装置中的至少一个对从所述LCD装置和所述LCOS装置的至少一个中发射的光进行相移。
3.根据权利要求1所述的方法(38)，其中接收(46)从所述物体的表面单次反射与多次反射的光包括：
利用第一成像传感器(24)接收从所述物体的表面单次反射与多次反射的光；以及
利用相对所述物体与所述第一成像传感器不同定向的第二成像传感器接收从所述物体的表面单次反射与多次反射的光。
4.根据权利要求3所述的方法(38)，其中分析(50)由所述成像传感器(24)接收到的光包括利用由所述第一和第二成像传感器接收到的光来确定所述物体(12)的边缘。
5.一种用于检验物体(12)的结构光测量系统(10)，所述结构光测量系统包括：
液晶显示LCD装置和硅基液晶LCOS装置中的至少一个，所述装置配置成将光的正弦干涉图投影到所述物体的表面上；
至少一个成像传感器，配置成接收从所述物体的表面单次反射与多次反射的光；
计算机(26)，可操作地连接到所述LCD装置和所述LCOS装置中的至少一个，所述计算机配置成：
确定所述物体的相位图；
对从所述LCD装置和所述LCOS装置的至少一个中发射的光进行相移；以及
控制所述干涉图；以及
分析由所述至少一个成像传感器接收到的光以便识别所述单次反射、所述多次反射与所述物体的特征。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述LCD装置和LCOS装置中的至少一个配置成从所述LCD装置和LCOS装置的至少一个中发射光的正弦干涉图。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述成像传感器是第一成像传感器，以及所述系统还包括相对所述物体与所述第一成像传感器不同定向的第二成像传感器。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述计算机可操作地连接到所述成像传感器，以用于分析从所述物体反射和由所述成像传感器接收到的光以便于实质地降低从所述物体的表面接收的光中的图像噪声从而进一步便于检验所述物体的至少一部分。
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