CN1955723A - 用于检查物体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于生成与光测量系统(10)一起使用的光罩(50、52)的方法(72)，光测量系统(10)包括用于将光投射到物体(12)上的光源(22)，和用于接收从物体反射的光的成像传感器(24)。该方法包括确定(74)要检查的物体的轮廓(56)，并且基于所确定的物体轮廓生成(86)电子光罩。电子光罩具有电子开口(62、68)，电子开口(62、68)具有定义为从光源和成像传感器其中之一的视角来看基本上与所确定的物体轮廓匹配的轮廓(64、70)。

Description

用于检查物体的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及检查物体，更具体来说涉及使用光测量系统检查物体的方法和设备。
有时检查物体，例如以确定物体的整体或部分的尺寸和/或形状和/或检测物体中的缺陷。例如，检查一些燃气涡轮发动机部件、如涡轮或压缩机叶片以检测疲劳裂纹，疲劳裂纹可能由发动机产生的振动、机械和/或热应力所导致。而且例如，检查一些燃气涡轮发动机的叶片，以便确定变形、如平台朝向、外轮廓横截面、沿层叠轴(stacking axis)的弯曲和扭曲、厚度和/或给定横截面中的弦长。随时间推移，具有一个或多个缺陷的物体持续工作可能降低物体的性能和/或导致物体故障，例如裂纹延伸到整个物体。因此，尽可能早地检测到物体的缺陷可以有利于增加物体的性能和/或减少物体故障。
为了便于检查物体，使用光测量系统检查至少一些物体，该光测量系统在物体表面投射结构光图案。该光测量系统对物体表面反射来的结构光图案成像，然后分析反射的光图案的变形来计算物体的表面特征。更确切地说，在操作过程中，通常将要检查的物体耦合到测试固定装置，然后将其置于光测量系统附近。然后激活光源，以使发射的光照射要检查的物体。但是，因为光源也照射测试固定装置的至少一部分和/或物体在要检查的区域外的部分，所以物体的结果图像可能包含物体与光源照射的测试固定装置的部分之间的互反射和/或物体要检查的区域与物体要检查的区域外的部分之间的互反射所导致的噪声。例如，如果测试固定装置具有在物体上投射反射的形状或抛光面，和/或如果物体具有反射测试固定装置的图像的相对类似镜面的抛光面，则可能导致互反射。而且，环境光也可以导致结果图像中的噪声。此类互反射和/或环境光所导致的噪声可能导致图像质量下降和不良的测量结果，可能导致对物体表面特征的不正确解释。
因此，至少一些熟知的光测量系统包括物理光罩，它由例如纸片或金属片构成。物理光罩限定被光源照射的区域，以便于减少测试固定装置与物体之间的互反射。但是，因为此类物理光罩是惟一性地针对特定物体的几何形状和/或朝向制成的，此类光罩一般不可互换，并当重新确定物体朝向或当检查不同物体时需要更换此类光罩。而且，制作此类物理光罩可能耗时间。
发明内容
在一方面，提出一种方法，用于生成与光测量系统一起使用的光罩，该光测量系统包括用于将光投射到物体上的光源以及用于接收从该物体反射的光的成像传感器。该方法包括确定要检查的物体的轮廓，以及基于所确定的物体轮廓生成电子光罩。电子光罩具有电子开口，该电子开口具有定义为从光源和成像传感器的视角看基本上与所确定的物体轮廓匹配的轮廓。
在另一方面，提出一种方法，用于使用光测量系统检查物体，该光测量系统包括光源和成像传感器。该方法包括生成包括电子开口的电子光罩，该电子开口具有从光源和成像传感器的视角看基本上与物体的轮廓匹配的轮廓；以及通过电子光罩开口引导光，使得以基本与物体轮廓匹配的图案从其中分散光。
在另一方面，用于检查物体的结构光测量系统包括配置为将结构光投射到物体表面上的结构光源，配置为接收从物体表面反射的结构光的成像传感器，以及可与结构光源和成像传感器的其中之一一起工作的电子光罩。电子光罩具有电子开口，该电子开口具有定义为从光源和成像传感器的视角看基本上与要检查的物体的轮廓匹配的轮廓。
附图说明
图1是结构光测量系统的示范实施例的框图；
图2是图1所示的结构光测量系统的一部分的透视图；
图3是说明生成配合图1和图2所示的结构光测量系统使用的电子边缘光罩(fringe mask)的示范方法的流程图；
图4是说明生成配合图1和图2所示的结构光测量系统使用的电子图像光罩的示范方法的流程图；
图5是说明使用图1和图2所示的结构光测量系统检查物体的示范方法的流程图。
具体实施方式.
图1是结构光测量系统10的示范实施例的框图，结构光测量系统10用于测量物体12的许多表面特征。图2是系统10的一部分的透视图。例如，系统10可以用于检查并确定物体12的表面，其中该表面可以包括诸如与表示物体12的模型比较时的倾斜、弯曲、扭曲和/或翘曲之类的特征。
在示范实施例中，物体12是转动叶片，例如但不限于涡轮发动机中所用的压缩机或涡轮叶片。因此在该示范实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼型14。虽然下文描述是针对检查燃气涡轮发动机叶片的，但是本领域的技术人员将认识到检查系统10可用于改进用于任何物体的结构光成像。
系统10包括结构光源22，例如但不限于激光、白光灯、发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)装置、硅基液晶(LCOS)装置和/或数字微镜装置(DMD)。系统10还包括接收从物体12反射的结构光的一个或多个成像传感器24。在该示范实施例中，成像传感器24是接收从物体12反射的结构光并使用它创建图像的摄像机，当然系统10还可以利用其他成像传感器24。一个或多个计算机26处理从传感器24接收到的图像，并且可以利用监视器28向操作员显示信息。在一个实施例中，计算机26包括装置30，装置30例如是软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)装置、和/或任何其他数字装置，任何其他数字装置包括例如从如下计算机可读媒体32读取指令和/或数据的以太网装置的网络连接装置：软盘、CD-ROM、DVD和/或诸如网络或因特网的其他数字源以及还有待开发的数字部件。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被编程以执行本文所描述的功能，以及如本文所使用的，术语计算机不仅仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路，而且涉及计算机、处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路和其他可编程电路，而且这些术语在本文中可互换使用。
在操作过程中，将要检查的物体(如物体12)耦合到测试固定装置(未示出)，并将其置于系统10附近。然后激活光源22，以使发射的光照射物体12。成像传感器24获取投射到物体12上的发射的光图案的图像。但是，因为光源22还照射测试固定装置的至少一部分，所以物体12的结果图像可能包括被光源22照射的物体12与测试固定装置的一部分之间互反射所导致的噪声。例如，如果测试固定装置具有在物体12上投射反射的形状或抛光面，和/或如果物体12具有反射测试固定装置的图像的相对类似镜面的抛光面，则可能导致此类互反射。而且，环境光也可能在结果图像中导致噪声。此类互反射和/或环境光所导致的噪声可能导致图像质量下降和不良的测量结果，可能导致对物体12的表面特征的不正确解释。
在示范实施例中，系统10包括可与光源22一起工作以照射物体12的电子边缘光罩50，以及可与成像传感器24一起工作以接收从物体12反射的光的电子图像光罩52。边缘光罩50用于阻止光源22照射要检查的物体12的期望部分54之外的物体12的部分。同样地，边缘光罩50用于减少周围结构(例如但不限于测试固定装置、地板、天花板、墙壁和/或地面)与要检查的物体12的表面之间的互反射。确切地来说，边缘光罩50用于在物体12上产生从光源22的视角看基本上与要检查的物体12的期望部分54的轮廓56匹配的照射图案。
图像光罩52用于阻挡环境光和/或与对象12相邻的结构所反射的光被成像传感器24接收。在示范实施例中，图像光罩52还用于阻挡从物体部分54的选定部分58以外的表面反射的光被成像传感器24接收。确切地来说，在示范实施例中，图像光罩52用于使物体12反射的光以从成像传感器24的视角看基本上与物体部分58的轮廓60匹配的图案被成像传感器24接收。但是，在一些实施例中，图像光罩52用于使物体12反射的光以从成像传感器24的视角看基本上与物体部分54的轮廓56匹配的图案在成像传感器24被接收。
为了便于在物体12上产生基本上匹配物体部分54的轮廓56的照射图案，边缘光罩50包括利用基本上与物体部分54的轮廓56匹配的轮廓64定义的电子开口62。边缘光罩50可与光源22一起工作，以便通过边缘光罩50、更确切地说通过边缘光罩电子开口62“引导”从光源22发射的光。通过边缘光罩电子开口62“引导”的光以基本上与物体部分54的轮廓56匹配的图案分散，使得从光源22发射的光照射对象轮廓56。而且，因为通过开口62“引导”光，所以边缘光罩50的其他部分用于阻止光源22照射轮廓54之外的物体12的表面，由此便于减少互反射。因此，边缘光罩50用于以电方式控制从光源22发射的光，以产生基本上与物体轮廓56匹配的照射图案。
虽然边缘光罩50可以具有其他形式，但是在一些实施例中，边缘光罩50是用于控制从光源22发射的图案光的计算机程序。例如，在一些实施例中，边缘光罩50是控制许多光像素的输出的计算机程序。在示范实施例中，边缘光罩50存储在与光源22相关联的计算机(未示出)上并由该计算机执行。但是，边缘光罩50可存储在以操作方式连接到光源22时的计算机26上并由该计算机执行，和/或存储在其他计算机(未示出)、例如但不限于远离光源22和/或系统10的计算机并由该计算机执行。
为了便于在成像传感器24中以基本上与物体部分58的轮廓60匹配的图案接收从物体12反射的光，图像光罩52包括具有定义为基本上与物体部分58的轮廓60匹配的轮廓70的电子开口68。图像光罩52可与图像传感器24一起工作，使得通过图像光罩52、更确切地说通过图像光罩电子开口68“引导”从物体12反射的光。通过开口68“引导”的光以基本上与物体轮廓60匹配的图案分散。因为通过图像光罩电子开口68“引导”光，所以图像光罩52用于阻挡环境光、从物体部分58以外的表面反射的光和/或与物体12相邻的结构所反射的光被成像传感器24接收。因此，图像光罩52用于以电方式控制成像传感器24接收的光。
虽然图像光罩52可以具有其他形式，但是在一些实施例中，图像光罩52是用于控制成像传感器24接收的光的图案的计算机程序。例如，在一些实施例中，图像光罩52是控制成像传感器24的许多像素的计算机程序。在示范实施例中，图像光罩50存储在与成像传感器24相关联的计算机(未示出)上并由该计算机执行。但是，图像光罩52可存储在计算机26和/或其他计算机(未示出)上并由这些计算机执行，这些其他计算机例如但不限于远离光源22和/或系统10的计算机。
如上文论述的，在示范实施例中，边缘光罩50照射物体12的一部分54，并且图像光罩使物体部分54的选定部分58能够被检查。因此，物体部分60一般小于且至少部分包含在物体部分54内。通过选择并只检查物体部分54的一部分，例如但不限于物体部分58，可以减少收集的数据量，使得可以加速检查数据的处理。或者，可以将图像光罩电子开口轮廓70定义为基本上与物体轮廓56匹配，使得成像传感器24接收的光图案基本上与物体轮廓56匹配。同样地，在一些实施例中，图像光罩52可用于检查物体部分54的全部，或物体部分54中比物体部分60大的部分。
图3是说明生成边缘光罩50的示范方法72的流程图。方法72包括确定74物体部分54的轮廓56。在一些实施例中，为了确定74物体轮廓56，使用例如装置30将包括物体12的几何形状的文件输入76到计算机26中。如本文所使用的，物体12的几何形状被定义为与物体12相关的三维数据。例如，为了制作物体12，利用计算机程序生成物体12的计算机辅助设计(CAD)绘图。一旦将物体12的几何形状输入76到计算机26，则可以由此确定74物体轮廓56。
在其他实施例中，为了确定74物体轮廓56，使用例如装置30将包括物体12的图像的文件输入78到计算机26中。然后根据该图像确定80物体部分54的外边界，以定义物体轮廓56。虽然能以其他方式确定80物体部分54的外边界，但是在一些实施例中由操作员使用计算机26、例如使用鼠标(未示出)和/或其他交互装置(未示出)人工选择物体部分54的外边界。而且，虽然能以其他方式确定80物体部分54的外边界，但是在一些实施例中使用熟知的边沿检测方法来检测物体部分54的外边界。
一旦确定74了物体轮廓56，则基于该轮廓56生成82边缘光罩50。在一些实施例中，为了生成82边缘光罩50，使用例如装置30将包括系统10的模型的文件输入84到计算机26中。然后可以使用系统10的模型和确定的物体轮廓56生成86边缘光罩50、更确切地说边缘光罩开口62。在一些实施例中，为了生成82边缘光罩50，将包括物体12的一个或多个图像的文件输入88到计算机26中。如果文件包含从不同视角得到的物体12的多个图像，则可以使用例如常规边界选择标准、基于多个图像和所确定的物体轮廓56来生成90边缘光罩50、更确切地说边缘光罩电子开口62。如果该文件包含物体12的一个图像，则可以测量92物体12来获取物体12的三维几何形状。然后可以使用物体12的确定的物体轮廓56、图像和测量的三维几何形状来生成94边缘光罩50、更确切地说边缘光罩电子开口62，以将物体轮廓56背投到光源22。
虽然方法72是参考计算机26来描述的，但是应该理解可以利用任何计算机来执行用于生成光罩50的方法72的各部分。
图4是说明生成图像光罩52的示范方法96的流程图。方法96包括确定98物体部分58的轮廓60。在一些实施例中，为了确定98物体轮廓60，使用例如装置30将包括物体12的几何形状的文件输入100到计算机26中。一旦将物体12的几何形状输入100到计算机26，则可以由此确定98物体轮廓60。
在其他实施例中，为了确定98物体轮廓60，使用例如装置30将包括物体12的图像的文件输入102到计算机26中。然后根据该图像确定104物体部分58的外边界，以定义物体轮廓60。虽然能以其他方式确定104物体部分58的外边界，但是在一些实施例中由操作员使用计算机26、例如使用鼠标(未示出)和/或其他交互装置(未示出)人工选择物体部分58的外边界。而且，虽然能以其他方式确定104物体部分58的外边界，但是在一些实施例中使用熟知的边沿检测方法来检测物体部分58的外边界。一旦确定90了物体轮廓60，则基于轮廓60生成106图像光罩52、更确切地说图像光罩电子开口68。或者，基于物体轮廓56生成106图像光罩52。
虽然方法96是参考计算机26来描述的，但是应该理解可以利用任何计算机来执行用于生成光罩52的方法96的各部分。
图5是说明使用系统10(图1和图2所示)检查物体12的示范方法108的流程图。方法108包括按例如如上所述生成110边缘光罩50和图像光罩52。方法108还包括通过边缘光罩电子开口62引导从光源22发射的光来照射112物体12，使得光以从光源22的视角看基本上与物体轮廓56匹配的图案分散。方法108还包括通过图像光罩电子开口68引导从物体12反射的光来接收114从物体12反射的光，使得光以从成像传感器24的视角看基本上与物体轮廓60匹配的图案分散。或者，方法96还包括通过图像光罩电子开口68引导从物体12反射的光来接收从物体12反射的光，使得光以从成像传感器24的视角看基本上与物体轮廓56匹配的图案分散。
虽然方法108是参考计算机26来描述的，但是应该理解可以利用任何计算机来执行用于检查物体12的方法108的各部分。
上文描述的边缘光罩50和图像光罩52用于改进检查图像质量和提高检查效率。更确切地说，通过在物体12上产生基本上与要检查的物体12的一部分的轮廓匹配的照射图案，边缘光罩5用于阻止光源22照射除要检查的物体12的一部分之外的物体12的部分。边缘光罩50因此用于减少周围结构与要检查的物体12的表面之间的互反射。相似地，通过在成像传感器24中以基本上与要检查的物体12的一部分的轮廓匹配的图案接收从物体12反射的光，图像光罩52用于阻挡环境光、从要检查的物体12的一部分之外的表面反射的光和/或从与物体12相邻的结构反射的光被成像传感器24接收。因此，成像传感器24接收更高质量的数据，这可用于减少图像处理时间。而且，通过使用图像光罩52来查看，并由此仅检查边缘光罩50照射的物体部分的一部分，可以减少所收集的数据量，由此可能地减少图像处理时间。而且，因为边缘光罩50和图像光罩52是电子光罩，所以光罩50和52可用于减少检查时间，因为它们比物理光罩更容易形成，和/或可以更容易针对不同物体和/或不同物体轮廓进行调整。本文所描述和/或图示的这些方法和系统的技术效果包括通过在物体12上产生基本上与要检查的物体12的一部分的轮廓匹配的照射图案，以及通过在成像传感器24中以基本与要检查的物体12的一部分的轮廓匹配的图案接收从物体12反射的光，以便用于改进检查图像质量和提高检查效率。
虽然本文所描述和/或图示的这些系统和方法是参考燃气涡轮发动机部件、更确切地说燃气涡轮发动机的发动机叶片来描述和/或图示的，但是实施本文所描述和/或图示的这些系统和方法一般并不局限于燃气涡轮发动机叶片，也不局限于燃气涡轮发动机部件。相反，本文所描述和/或图示的这些系统和方法适用于任何物体。
本文中详细地描述和/或图示了系统和方法的示范实施例。这些系统和方法并不局限于本文所描述的特定实施例，相反地，可以与本文所描述的其他部件和步骤独立且分离地利用每个系统的部件以及每个方法的步骤。每个部件和每个方法步骤还可以结合其他部件和/或方法步骤来使用。
当引入本文所描述和/或图示的组件和方法的元素/部件/等时，冠词“一个”和“所述”旨在意味着有一个或多个元素/部件/等。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在作为涵盖性的且意味着可能有非所列出的元素/部件/等的其他元素/部件/等。
虽然本发明是依据特定实施例来描述的，但是本领域技术人员将认识到在本发明精神和范围内可以通过修改来实施本发明。

Claims (10)

1.一种用于生成与光测量系统(10)一起使用的光罩(50、52)的方法(72)，所述光测量系统(10)包括用于将光投射到物体(12)上的光源(22)和用于接收从所述物体反射的光的成像传感器(24)，所述方法包括：
确定(74)要检查的所述物体的轮廓；以及
基于所确定的物体轮廓生成(86)电子光罩，其中所述电子光罩具有电子开口，所述电子开口具有定义为从所述光源和所述成像传感器其中之一的视角来看基本上与所确定的物体轮廓匹配的轮廓。
2.如权利要求1所述的方法(72)，其特征在于：
确定(74)要检查的所述物体(12)的轮廓的步骤包括基于所述物体的几何形状确定所述物体轮廓；以及
生成(86)电子光罩(50、52)的步骤包括基于所确定的物体轮廓和输入到计算机(26)中的光测量系统模型的至少其中之一生成所述光罩的电子开口轮廓(56)。
3.如权利要求1所述的方法(72)，其特征在于，确定(74)要检查的所述物体(12)的轮廓(60)的步骤包括创建所述物体的图像并根据所述图像确定(80)要检查的所述物体一部分的外边界。
4.一种用于检查物体(12)的结构光测量系统(10)，所述结构光测量系统包括：
配置为将结构光投射到所述物体表面的结构光源(22)；
配置为接收从所述物体表面反射的结构光的成像传感器(24)；以及
可与所述结构光源和所述成像传感器一起工作的电子光罩(50、52)，所述电子光罩包括电子开口(62)，所述电子开口(62)具有定义为从所述光源和所述成像传感器其中之一的视角来看基本上与要检查的所述物体的轮廓(60)匹配的轮廓(56)。
5.如权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述电子光罩(50、52)可与所述光源(22)一起工作以通过所述电子光罩开口(62、68)引导所述光源发射的光，使得光以基本上与所述物体轮廓(60)匹配的照射图案分散。
6.如权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述电子光罩(50、52)可与所述成像传感器(24)一起工作以通过所述电子光罩开口(62、68)引导从所述物体反射的光，使得光以基本上与所述物体轮廓(60)匹配的图案从其中分散。
7.如权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述结构光源(22)包括激光、白光灯、发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)装置、硅基液晶(LCOS)装置和数字微镜装置(DMD)的至少其中之一。
8.如权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述电子光罩(50、52)配置为阻挡从所述光源(22)发射的光照射所述物体轮廓(60)之外的所述物体(12)的一部分(54、58)和与所述物体相邻的结构的至少其中之一。
9.如权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述电子光罩(50、52)配置为基本上阻挡环境光、从所述物体轮廓(60)之外的所述物体(12)的表面反射的光和与所述物体相邻的结构反射的光的至少其中之一被所述成像传感器(24)接收。
10.如权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述电子光罩是可与所述光源(22)一起工作且具有电子边缘开口(62)的电子边缘光罩(50)，所述电子边缘开口(62)具有定义为从所述光源的视角看基本上与所述物体(12)的第一轮廓(56)匹配的轮廓(64)，以及所述系统还包括可与所述成像传感器(24)一起工作且具有电子图像光罩的电子图像光罩(52)，所述电子图像光罩具有电子图像开口(68)，所述电子图像开口(68)具有定义为从所述成像传感器的视角看基本上与所述物体的第二轮廓(60)匹配的轮廓(70)，其中所述物体的所述第二轮廓小于所述物体的所述第一轮廓且至少部分包含在所述物体的所述第一轮廓内。
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