專利名稱：用于檢查物體的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及檢查物體，更具體來說涉及使用光測量系統檢查物體的方法和設備。
有時檢查物體，例如以確定物體的整體或部分的尺寸和/或形狀和/或檢測物體中的缺陷。例如，檢查一些燃氣渦輪發動機部件、如渦輪或壓縮機葉片以檢測疲勞裂紋，疲勞裂紋可能由發動機產生的振動、機械和/或熱應力所導致。而且例如，檢查一些燃氣渦輪發動機的葉片，以便確定變形、如平臺朝向、外輪廓橫截面、沿層疊軸(stacking axis)的彎曲和扭曲、厚度和/或給定橫截面中的弦長。隨時間推移，具有一個或多個缺陷的物體持續工作可能降低物體的性能和/或導致物體故障，例如裂紋延伸到整個物體。因此，盡可能早地檢測到物體的缺陷可以有利于增加物體的性能和/或減少物體故障。
為了便于檢查物體，使用光測量系統檢查至少一些物體，該光測量系統在物體表面投射結構光圖案。該光測量系統對物體表面反射來的結構光圖案成像，然后分析反射的光圖案的變形來計算物體的表面特征。更確切地說，在操作過程中，通常將要檢查的物體耦合到測試固定裝置，然后將其置于光測量系統附近。然后激活光源，以使發射的光照射要檢查的物體。但是，因為光源也照射測試固定裝置的至少一部分和/或物體在要檢查的區域外的部分，所以物體的結果圖像可能包含物體與光源照射的測試固定裝置的部分之間的互反射和/或物體要檢查的區域與物體要檢查的區域外的部分之間的互反射所導致的噪聲。例如，如果測試固定裝置具有在物體上投射反射的形狀或拋光面，和/或如果物體具有反射測試固定裝置的圖像的相對類似鏡面的拋光面，則可能導致互反射。而且，環境光也可以導致結果圖像中的噪聲。此類互反射和/或環境光所導致的噪聲可能導致圖像質量下降和不良的測量結果，可能導致對物體表面特征的不正確解釋。
因此，至少一些熟知的光測量系統包括物理光罩，它由例如紙片或金屬片構成。物理光罩限定被光源照射的區域，以便于減少測試固定裝置與物體之間的互反射。但是，因為此類物理光罩是惟一性地針對特定物體的幾何形狀和/或朝向制成的，此類光罩一般不可互換，并當重新確定物體朝向或當檢查不同物體時需要更換此類光罩。而且，制作此類物理光罩可能耗時間。
發明內容
在一方面，提出一種方法，用于生成與光測量系統一起使用的光罩，該光測量系統包括用于將光投射到物體上的光源以及用于接收從該物體反射的光的成像傳感器。該方法包括確定要檢查的物體的輪廓，以及基于所確定的物體輪廓生成電子光罩。電子光罩具有電子開口，該電子開口具有定義為從光源和成像傳感器的視角看基本上與所確定的物體輪廓匹配的輪廓。
在另一方面，提出一種方法，用于使用光測量系統檢查物體，該光測量系統包括光源和成像傳感器。該方法包括生成包括電子開口的電子光罩，該電子開口具有從光源和成像傳感器的視角看基本上與物體的輪廓匹配的輪廓；以及通過電子光罩開口引導光，使得以基本與物體輪廓匹配的圖案從其中分散光。
在另一方面，用于檢查物體的結構光測量系統包括配置為將結構光投射到物體表面上的結構光源，配置為接收從物體表面反射的結構光的成像傳感器，以及可與結構光源和成像傳感器的其中之一一起工作的電子光罩。電子光罩具有電子開口，該電子開口具有定義為從光源和成像傳感器的視角看基本上與要檢查的物體的輪廓匹配的輪廓。
圖1是結構光測量系統的示范實施例的框圖；圖2是圖1所示的結構光測量系統的一部分的透視圖；圖3是說明生成配合圖1和圖2所示的結構光測量系統使用的電子邊緣光罩(fringe mask)的示范方法的流程圖；圖4是說明生成配合圖1和圖2所示的結構光測量系統使用的電子圖像光罩的示范方法的流程圖；圖5是說明使用圖1和圖2所示的結構光測量系統檢查物體的示范方法的流程圖。
具體實施例方式
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圖1是結構光測量系統10的示范實施例的框圖，結構光測量系統10用于測量物體12的許多表面特征。圖2是系統10的一部分的透視圖。例如，系統10可以用于檢查并確定物體12的表面，其中該表面可以包括諸如與表示物體12的模型比較時的傾斜、彎曲、扭曲和/或翹曲之類的特征。
在示范實施例中，物體12是轉動葉片，例如但不限于渦輪發動機中所用的壓縮機或渦輪葉片。因此在該示范實施例中，物體12包括從平臺16向外延伸的翼型14。雖然下文描述是針對檢查燃氣渦輪發動機葉片的，但是本領域的技術人員將認識到檢查系統10可用于改進用于任何物體的結構光成像。
系統10包括結構光源22，例如但不限于激光、白光燈、發光二極管(LED)、液晶顯示器(LCD)裝置、硅基液晶(LCOS)裝置和/或數字微鏡裝置(DMD)。系統10還包括接收從物體12反射的結構光的一個或多個成像傳感器24。在該示范實施例中，成像傳感器24是接收從物體12反射的結構光并使用它創建圖像的攝像機，當然系統10還可以利用其他成像傳感器24。一個或多個計算機26處理從傳感器24接收到的圖像，并且可以利用監視器28向操作員顯示信息。在一個實施例中，計算機26包括裝置30，裝置30例如是軟盤驅動器、CD-ROM驅動器、DVD驅動器、磁光盤(MOD)裝置、和/或任何其他數字裝置，任何其他數字裝置包括例如從如下計算機可讀媒體32讀取指令和/或數據的以太網裝置的網絡連接裝置軟盤、CD-ROM、DVD和/或諸如網絡或因特網的其他數字源以及還有待開發的數字部件。在另一個實施例中，計算機26執行存儲在固件(未示出)中的指令。計算機26被編程以執行本文所描述的功能，以及如本文所使用的，術語計算機不僅僅限于在本領域中稱為計算機的那些集成電路，而且涉及計算機、處理器、微控制器、微計算機、可編程邏輯控制器、專用集成電路和其他可編程電路，而且這些術語在本文中可互換使用。
在操作過程中，將要檢查的物體(如物體12)耦合到測試固定裝置(未示出)，并將其置于系統10附近。然后激活光源22，以使發射的光照射物體12。成像傳感器24獲取投射到物體12上的發射的光圖案的圖像。但是，因為光源22還照射測試固定裝置的至少一部分，所以物體12的結果圖像可能包括被光源22照射的物體12與測試固定裝置的一部分之間互反射所導致的噪聲。例如，如果測試固定裝置具有在物體12上投射反射的形狀或拋光面，和/或如果物體12具有反射測試固定裝置的圖像的相對類似鏡面的拋光面，則可能導致此類互反射。而且，環境光也可能在結果圖像中導致噪聲。此類互反射和/或環境光所導致的噪聲可能導致圖像質量下降和不良的測量結果，可能導致對物體12的表面特征的不正確解釋。
在示范實施例中，系統10包括可與光源22一起工作以照射物體12的電子邊緣光罩50，以及可與成像傳感器24一起工作以接收從物體12反射的光的電子圖像光罩52。邊緣光罩50用于阻止光源22照射要檢查的物體12的期望部分54之外的物體12的部分。同樣地，邊緣光罩50用于減少周圍結構(例如但不限于測試固定裝置、地板、天花板、墻壁和/或地面)與要檢查的物體12的表面之間的互反射。確切地來說，邊緣光罩50用于在物體12上產生從光源22的視角看基本上與要檢查的物體12的期望部分54的輪廓56匹配的照射圖案。
圖像光罩52用于阻擋環境光和/或與對象12相鄰的結構所反射的光被成像傳感器24接收。在示范實施例中，圖像光罩52還用于阻擋從物體部分54的選定部分58以外的表面反射的光被成像傳感器24接收。確切地來說，在示范實施例中，圖像光罩52用于使物體12反射的光以從成像傳感器24的視角看基本上與物體部分58的輪廓60匹配的圖案被成像傳感器24接收。但是，在一些實施例中，圖像光罩52用于使物體12反射的光以從成像傳感器24的視角看基本上與物體部分54的輪廓56匹配的圖案在成像傳感器24被接收。
為了便于在物體12上產生基本上匹配物體部分54的輪廓56的照射圖案，邊緣光罩50包括利用基本上與物體部分54的輪廓56匹配的輪廓64定義的電子開口62。邊緣光罩50可與光源22一起工作，以便通過邊緣光罩50、更確切地說通過邊緣光罩電子開口62“引導”從光源22發射的光。通過邊緣光罩電子開口62“引導”的光以基本上與物體部分54的輪廓56匹配的圖案分散，使得從光源22發射的光照射對象輪廓56。而且，因為通過開口62“引導”光，所以邊緣光罩50的其他部分用于阻止光源22照射輪廓54之外的物體12的表面，由此便于減少互反射。因此，邊緣光罩50用于以電方式控制從光源22發射的光，以產生基本上與物體輪廓56匹配的照射圖案。
雖然邊緣光罩50可以具有其他形式，但是在一些實施例中，邊緣光罩50是用于控制從光源22發射的圖案光的計算機程序。例如，在一些實施例中，邊緣光罩50是控制許多光像素的輸出的計算機程序。在示范實施例中，邊緣光罩50存儲在與光源22相關聯的計算機(未示出)上并由該計算機執行。但是，邊緣光罩50可存儲在以操作方式連接到光源22時的計算機26上并由該計算機執行，和/或存儲在其他計算機(未示出)、例如但不限于遠離光源22和/或系統10的計算機并由該計算機執行。
為了便于在成像傳感器24中以基本上與物體部分58的輪廓60匹配的圖案接收從物體12反射的光，圖像光罩52包括具有定義為基本上與物體部分58的輪廓60匹配的輪廓70的電子開口68。圖像光罩52可與圖像傳感器24一起工作，使得通過圖像光罩52、更確切地說通過圖像光罩電子開口68“引導”從物體12反射的光。通過開口68“引導”的光以基本上與物體輪廓60匹配的圖案分散。因為通過圖像光罩電子開口68“引導”光，所以圖像光罩52用于阻擋環境光、從物體部分58以外的表面反射的光和/或與物體12相鄰的結構所反射的光被成像傳感器24接收。因此，圖像光罩52用于以電方式控制成像傳感器24接收的光。
雖然圖像光罩52可以具有其他形式，但是在一些實施例中，圖像光罩52是用于控制成像傳感器24接收的光的圖案的計算機程序。例如，在一些實施例中，圖像光罩52是控制成像傳感器24的許多像素的計算機程序。在示范實施例中，圖像光罩50存儲在與成像傳感器24相關聯的計算機(未示出)上并由該計算機執行。但是，圖像光罩52可存儲在計算機26和/或其他計算機(未示出)上并由這些計算機執行，這些其他計算機例如但不限于遠離光源22和/或系統10的計算機。
如上文論述的，在示范實施例中，邊緣光罩50照射物體12的一部分54，并且圖像光罩使物體部分54的選定部分58能夠被檢查。因此，物體部分60一般小于且至少部分包含在物體部分54內。通過選擇并只檢查物體部分54的一部分，例如但不限于物體部分58，可以減少收集的數據量，使得可以加速檢查數據的處理。或者，可以將圖像光罩電子開口輪廓70定義為基本上與物體輪廓56匹配，使得成像傳感器24接收的光圖案基本上與物體輪廓56匹配。同樣地，在一些實施例中，圖像光罩52可用于檢查物體部分54的全部，或物體部分54中比物體部分60大的部分。
圖3是說明生成邊緣光罩50的示范方法72的流程圖。方法72包括確定74物體部分54的輪廓56。在一些實施例中，為了確定74物體輪廓56，使用例如裝置30將包括物體12的幾何形狀的文件輸入76到計算機26中。如本文所使用的，物體12的幾何形狀被定義為與物體12相關的三維數據。例如，為了制作物體12，利用計算機程序生成物體12的計算機輔助設計(CAD)繪圖。一旦將物體12的幾何形狀輸入76到計算機26，則可以由此確定74物體輪廓56。
在其他實施例中，為了確定74物體輪廓56，使用例如裝置30將包括物體12的圖像的文件輸入78到計算機26中。然后根據該圖像確定80物體部分54的外邊界，以定義物體輪廓56。雖然能以其他方式確定80物體部分54的外邊界，但是在一些實施例中由操作員使用計算機26、例如使用鼠標(未示出)和/或其他交互裝置(未示出)人工選擇物體部分54的外邊界。而且，雖然能以其他方式確定80物體部分54的外邊界，但是在一些實施例中使用熟知的邊沿檢測方法來檢測物體部分54的外邊界。
一旦確定74了物體輪廓56，則基于該輪廓56生成82邊緣光罩50。在一些實施例中，為了生成82邊緣光罩50，使用例如裝置30將包括系統10的模型的文件輸入84到計算機26中。然后可以使用系統10的模型和確定的物體輪廓56生成86邊緣光罩50、更確切地說邊緣光罩開口62。在一些實施例中，為了生成82邊緣光罩50，將包括物體12的一個或多個圖像的文件輸入88到計算機26中。如果文件包含從不同視角得到的物體12的多個圖像，則可以使用例如常規邊界選擇標準、基于多個圖像和所確定的物體輪廓56來生成90邊緣光罩50、更確切地說邊緣光罩電子開口62。如果該文件包含物體12的一個圖像，則可以測量92物體12來獲取物體12的三維幾何形狀。然后可以使用物體12的確定的物體輪廓56、圖像和測量的三維幾何形狀來生成94邊緣光罩50、更確切地說邊緣光罩電子開口62，以將物體輪廓56背投到光源22。
雖然方法72是參考計算機26來描述的，但是應該理解可以利用任何計算機來執行用于生成光罩50的方法72的各部分。
圖4是說明生成圖像光罩52的示范方法96的流程圖。方法96包括確定98物體部分58的輪廓60。在一些實施例中，為了確定98物體輪廓60，使用例如裝置30將包括物體12的幾何形狀的文件輸入100到計算機26中。一旦將物體12的幾何形狀輸入100到計算機26，則可以由此確定98物體輪廓60。
在其他實施例中，為了確定98物體輪廓60，使用例如裝置30將包括物體12的圖像的文件輸入102到計算機26中。然后根據該圖像確定104物體部分58的外邊界，以定義物體輪廓60。雖然能以其他方式確定104物體部分58的外邊界，但是在一些實施例中由操作員使用計算機26、例如使用鼠標(未示出)和/或其他交互裝置(未示出)人工選擇物體部分58的外邊界。而且，雖然能以其他方式確定104物體部分58的外邊界，但是在一些實施例中使用熟知的邊沿檢測方法來檢測物體部分58的外邊界。一旦確定90了物體輪廓60，則基于輪廓60生成106圖像光罩52、更確切地說圖像光罩電子開口68。或者，基于物體輪廓56生成106圖像光罩52。
雖然方法96是參考計算機26來描述的，但是應該理解可以利用任何計算機來執行用于生成光罩52的方法96的各部分。
圖5是說明使用系統10(圖1和圖2所示)檢查物體12的示范方法108的流程圖。方法108包括按例如如上所述生成110邊緣光罩50和圖像光罩52。方法108還包括通過邊緣光罩電子開口62引導從光源22發射的光來照射112物體12，使得光以從光源22的視角看基本上與物體輪廓56匹配的圖案分散。方法108還包括通過圖像光罩電子開口68引導從物體12反射的光來接收114從物體12反射的光，使得光以從成像傳感器24的視角看基本上與物體輪廓60匹配的圖案分散。或者，方法96還包括通過圖像光罩電子開口68引導從物體12反射的光來接收從物體12反射的光，使得光以從成像傳感器24的視角看基本上與物體輪廓56匹配的圖案分散。
雖然方法108是參考計算機26來描述的，但是應該理解可以利用任何計算機來執行用于檢查物體12的方法108的各部分。
上文描述的邊緣光罩50和圖像光罩52用于改進檢查圖像質量和提高檢查效率。更確切地說，通過在物體12上產生基本上與要檢查的物體12的一部分的輪廓匹配的照射圖案，邊緣光罩5用于阻止光源22照射除要檢查的物體12的一部分之外的物體12的部分。邊緣光罩50因此用于減少周圍結構與要檢查的物體12的表面之間的互反射。相似地，通過在成像傳感器24中以基本上與要檢查的物體12的一部分的輪廓匹配的圖案接收從物體12反射的光，圖像光罩52用于阻擋環境光、從要檢查的物體12的一部分之外的表面反射的光和/或從與物體12相鄰的結構反射的光被成像傳感器24接收。因此，成像傳感器24接收更高質量的數據，這可用于減少圖像處理時間。而且，通過使用圖像光罩52來查看，并由此僅檢查邊緣光罩50照射的物體部分的一部分，可以減少所收集的數據量，由此可能地減少圖像處理時間。而且，因為邊緣光罩50和圖像光罩52是電子光罩，所以光罩50和52可用于減少檢查時間，因為它們比物理光罩更容易形成，和/或可以更容易針對不同物體和/或不同物體輪廓進行調整。本文所描述和/或圖示的這些方法和系統的技術效果包括通過在物體12上產生基本上與要檢查的物體12的一部分的輪廓匹配的照射圖案，以及通過在成像傳感器24中以基本與要檢查的物體12的一部分的輪廓匹配的圖案接收從物體12反射的光，以便用于改進檢查圖像質量和提高檢查效率。
雖然本文所描述和/或圖示的這些系統和方法是參考燃氣渦輪發動機部件、更確切地說燃氣渦輪發動機的發動機葉片來描述和/或圖示的，但是實施本文所描述和/或圖示的這些系統和方法一般并不局限于燃氣渦輪發動機葉片，也不局限于燃氣渦輪發動機部件。相反，本文所描述和/或圖示的這些系統和方法適用于任何物體。
本文中詳細地描述和/或圖示了系統和方法的示范實施例。這些系統和方法并不局限于本文所描述的特定實施例，相反地，可以與本文所描述的其他部件和步驟獨立且分離地利用每個系統的部件以及每個方法的步驟。每個部件和每個方法步驟還可以結合其他部件和/或方法步驟來使用。
當引入本文所描述和/或圖示的組件和方法的元素/部件/等時，冠詞“一個”和“所述”旨在意味著有一個或多個元素/部件/等。術語“包括”、“包含”和“具有”旨在作為涵蓋性的且意味著可能有非所列出的元素/部件/等的其他元素/部件/等。
雖然本發明是依據特定實施例來描述的，但是本領域技術人員將認識到在本發明精神和范圍內可以通過修改來實施本發明。
權利要求
1.一種用于生成與光測量系統(10)一起使用的光罩(50、52)的方法(72)，所述光測量系統(10)包括用于將光投射到物體(12)上的光源(22)和用于接收從所述物體反射的光的成像傳感器(24)，所述方法包括確定(74)要檢查的所述物體的輪廓；以及基于所確定的物體輪廓生成(86)電子光罩，其中所述電子光罩具有電子開口，所述電子開口具有定義為從所述光源和所述成像傳感器其中之一的視角來看基本上與所確定的物體輪廓匹配的輪廓。
2.如權利要求1所述的方法(72)，其特征在于確定(74)要檢查的所述物體(12)的輪廓的步驟包括基于所述物體的幾何形狀確定所述物體輪廓；以及生成(86)電子光罩(50、52)的步驟包括基于所確定的物體輪廓和輸入到計算機(26)中的光測量系統模型的至少其中之一生成所述光罩的電子開口輪廓(56)。
3.如權利要求1所述的方法(72)，其特征在于，確定(74)要檢查的所述物體(12)的輪廓(60)的步驟包括創建所述物體的圖像并根據所述圖像確定(80)要檢查的所述物體一部分的外邊界。
4.一種用于檢查物體(12)的結構光測量系統(10)，所述結構光測量系統包括配置為將結構光投射到所述物體表面的結構光源(22)；配置為接收從所述物體表面反射的結構光的成像傳感器(24)；以及可與所述結構光源和所述成像傳感器一起工作的電子光罩(50、52)，所述電子光罩包括電子開口(62)，所述電子開口(62)具有定義為從所述光源和所述成像傳感器其中之一的視角來看基本上與要檢查的所述物體的輪廓(60)匹配的輪廓(56)。
5.如權利要求4所述的系統(10)，其特征在于，所述電子光罩(50、52)可與所述光源(22)一起工作以通過所述電子光罩開口(62、68)引導所述光源發射的光，使得光以基本上與所述物體輪廓(60)匹配的照射圖案分散。
6.如權利要求4所述的系統(10)，其特征在于，所述電子光罩(50、52)可與所述成像傳感器(24)一起工作以通過所述電子光罩開口(62、68)引導從所述物體反射的光，使得光以基本上與所述物體輪廓(60)匹配的圖案從其中分散。
7.如權利要求4所述的系統(10)，其特征在于，所述結構光源(22)包括激光、白光燈、發光二極管(LED)、液晶顯示器(LCD)裝置、硅基液晶(LCOS)裝置和數字微鏡裝置(DMD)的至少其中之一。
8.如權利要求4所述的系統(10)，其特征在于，所述電子光罩(50、52)配置為阻擋從所述光源(22)發射的光照射所述物體輪廓(60)之外的所述物體(12)的一部分(54、58)和與所述物體相鄰的結構的至少其中之一。
9.如權利要求4所述的系統(10)，其特征在于，所述電子光罩(50、52)配置為基本上阻擋環境光、從所述物體輪廓(60)之外的所述物體(12)的表面反射的光和與所述物體相鄰的結構反射的光的至少其中之一被所述成像傳感器(24)接收。
10.如權利要求4所述的系統(10)，其特征在于，所述電子光罩是可與所述光源(22)一起工作且具有電子邊緣開口(62)的電子邊緣光罩(50)，所述電子邊緣開口(62)具有定義為從所述光源的視角看基本上與所述物體(12)的第一輪廓(56)匹配的輪廓(64)，以及所述系統還包括可與所述成像傳感器(24)一起工作且具有電子圖像光罩的電子圖像光罩(52)，所述電子圖像光罩具有電子圖像開口(68)，所述電子圖像開口(68)具有定義為從所述成像傳感器的視角看基本上與所述物體的第二輪廓(60)匹配的輪廓(70)，其中所述物體的所述第二輪廓小于所述物體的所述第一輪廓且至少部分包含在所述物體的所述第一輪廓內。
全文摘要
一種用于生成與光測量系統(10)一起使用的光罩(50、52)的方法(72)，光測量系統(10)包括用于將光投射到物體(12)上的光源(22)，和用于接收從物體反射的光的成像傳感器(24)。該方法包括確定(74)要檢查的物體的輪廓(56)，并且基于所確定的物體輪廓生成(86)電子光罩。電子光罩具有電子開口(62、68)，電子開口(62、68)具有定義為從光源和成像傳感器其中之一的視角來看基本上與所確定的物體輪廓匹配的輪廓(64、70)。
文檔編號G01N21/01GK1955723SQ200610143649
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月24日 優先權日2005年10月24日
發明者胡慶英, K·G·哈丁, J·B·羅斯, D·W·哈米爾頓 申請人:通用電氣公司
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