專利名稱：用于檢驗物體的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本申請一般而言涉及檢驗物體，更具體地涉及利用光測量系統檢驗物體的方法和裝置。
背景技術：
例如，有時對物體進行檢驗來確定物體整體或部分的大小和/或形狀，和/或檢測物體中的缺陷。例如，對諸如渦輪或壓縮機葉片之類的一些燃氣渦輪發動機部件進行檢驗，以檢測到可能由振動應力、機械應力和/或熱應力引起的對發動機誘發的疲勞裂紋。而且，例如，檢驗一些燃氣渦輪發動機輪葉的形變，例如平臺定向、輪廓橫截面、沿著層疊(stacking)軸的彎曲和扭曲、厚度、和/或在給定截面上的弦長。隨著時間的流逝，繼續操作帶有許多缺陷的物體可能降低物體的性能和/或導致物體故障，例如因為裂紋在物體上擴散。因此，盡可能早地檢測到物體的缺陷可以便于提高物體的性能和/或減少物體故障。
為了便于檢驗物體，至少一些物體是用光測量系統進行檢驗的，該系統將結構光圖案投影到物體表面上。光測量系統對從物體表面反射的結構光圖案進行成像，然后分析反射的光圖案的形變以計算物體的表面特征。更具體地說，在操作期間，待檢驗的物體通常被連接到一個測試夾具上，并且被定位在該光測量系統附近。然后觸發一個光源，以使所發射的光照亮待檢驗的物體。然而，生成的物體圖像可能包括由發射光多次反射引起的噪聲。這種噪聲可能導致降低的圖像質量以及差的測量結果，從而可能導致錯誤地解釋物體的表面特征。例如，物體的棱柱面反射的光可能引起多次反射。此外，例如，在物體與由光源照亮的測試夾具的部分之間的內反射可能引起多次反射。例如，如果測試夾具具有在物體上投射反射的形狀或涂層(finish)，和/或如果物體具有一個反射測試夾具的圖像的相對類似鏡面的涂層，則可能引起多次反射。
發明內容
一方面，提供一種檢驗物體的方法。該方法包括從液晶顯示(LCD)裝置和硅基液晶(LCOS)裝置的至少一個中發射光，相移從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射的光，將相移的光投影到物體的表面上，利用成像傳感器接收從物體表面反射的光，以及分析由成像傳感器接收到的光以便于檢驗該物體的至少一部分。
另一方面，提供一種檢驗物體的方法。該方法包括從液晶顯示(LCD)裝置和硅基液晶(LCOS)裝置的至少一個中發射光的第一正弦干涉圖，從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射光的第二正弦干涉圖，其中第二正弦干涉圖相對于第一正弦干涉圖進行了相移，將第一和第二正弦干涉圖投影到物體表面上，利用成像傳感器接收從物體表面反射的光，以及分析由成像傳感器接收到的光以便于檢驗該物體的至少一部分。
另一方面，一種用于檢驗物體的結構光測量系統包括液晶顯示(LCD)裝置和硅基液晶(LCOS)裝置中的至少一個，其被配置成將結構光投影到物體表面上；以及計算機，其被可操作地連接到LCD裝置和LCOS裝置中的至少一個。該計算機被配置成對從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射的光進行相移。該系統還包括成像傳感器，該成像傳感器被配置成接收從物體表面反射的結構光。
圖1是結構光測量系統的典型實施例的框圖。
圖2是被檢驗物體的側截面圖，其說明單次和多次反射的光路。
圖3是說明利用圖1所示的結構光測量系統來檢驗物體的典型方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1是結構光測量系統10的典型實施例的框圖，該結構光測量系統10用于測量物體12的多個表面特征。例如，系統10可以用來檢驗和確定物體12的表面，其中當與表示物體12的模型相比時，這些表面可以包括諸如傾斜、彎曲、扭曲、和/或卷繞(warp)之類的特征。
在該典型實施例中，物體12是轉子葉片，例如但不限于壓縮機，或者是用于渦輪發動機的渦輪葉片。因此，在該典型實施例中，物體12包括從平臺16向外延伸的翼面(airfoil)14。雖然以下描述針對檢驗燃氣渦輪發動機葉片，但是本領域技術人員將會理解，檢驗系統10可以用于改善任何物體的結構光成像。
系統10還包括結構光源22，該結構光源22是液晶顯示(LCD)投影儀和/或硅基液晶(LCOS)投影儀。盡管可以使用其它圖案，但是在一些實施例中，光源22將正弦干涉圖投影到物體12上。系統10還包括一個或多個接收從物體12反射的結構光的成像傳感器24。在該典型實施例中，成像傳感器24是利用從物體12反射的結構光來接收和產生圖像的照相機，盡管可以使用其它成像傳感器24。一個或多個計算機26被可操作地連接到成像傳感器24以處理從其接收到的圖像，以及監視器28可以用來向操作者顯示信息。在一個實施例中，計算機26包括裝置30，例如軟盤驅動器、CD-ROM驅動器、DVD驅動器、磁光盤(MOD)裝置、和/或任何其它包括網絡連接裝置例如以太網裝置的數字裝置，用于從諸如軟盤、CD-ROM、DVD之類的計算機可讀介質32、和/或諸如網絡或因特網之類的另一數字源、以及尚待開發的數字裝置中讀取指令和/或數據。在另一實施例中，計算機26執行存儲在固件(未示出)中的指令。計算機26被編程以執行在此描述的功能，并且如在此所使用，術語“計算機”不僅僅局限于在本領域被稱為計算機的那些集成電路，而是廣義地指計算機、處理器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器、專用集成電路、以及其它可編程電路，并且在本文中這些術語可互換使用。
圖2是物體12的側截面圖。在操作期間，例如物體12這樣的待檢驗物體被連接到一個測試夾具(未示出)，并且被定位在系統10附近。在一些實施例中，物體12相對于光源22(在圖1中示出)以α的定向角進行定向，該定向角使得能夠向成像傳感器24(在圖1中示出)提供一個視圖，以使由光源22和成像傳感器24限定的平面β將物體12的一個或多個棱柱特征基本上二等分。例如，在該典型實施例中，翼面14和平臺16各自定義物體12的一個棱柱特征。
然后觸發光源22，從而發射光以照亮物體12。成像傳感器24獲得投影到物體12上的發射光圖案的圖像。然而，生成的物體12的圖像可能包括由發射光多次反射而引起的噪聲。這種噪聲可能導致降低的圖像質量以及差的測量結果，從而可能導致錯誤地解釋物體12的表面特征。例如，物體12的棱柱面(例如翼面14和平臺16的相交面)反射的光可能引起多次反射，如圖2所示。直接反射的光路有時被稱為單次反射，在圖2中以SB表示，而多次反射在圖2中以MB表示。此外，例如，在物體12與由光源22照亮的測試夾具的部分之間的內反射可能引起多次反射MB。例如，如果測試夾具具有在物體12上投射反射的形狀或涂層，和/或如果物體12具有一個反射測試夾具的圖像的相對類似鏡面的涂層，則可能產生多次反射MB。
為了識別物體12的特征和/或多次反射MB，計算機26被可操作地連接到光源22，并且被配置成對從光源22發射的光進行相移。更具體地說，計算機26改變由光源22發射的光的圖案的初相，以及成像傳感器24捕獲所得到的不同相位的順序圖像。然后計算機26分析從物體12反射的光以便于檢驗物體12，例如但不限于識別來自單次反射SB光和/或多次反射MB光的反射，識別表面紋理，識別表面定向，識別用于制造物體12的材料，確定平臺定向，確定輪廓橫截面，確定彎曲，確定扭曲，確定厚度，確定弦長，確定補償(shim)，和/或確定物體12的邊緣。在一些實施例中，計算機26對從物體12反射和由成像傳感器24接收到的光執行相位卷繞(wrapping)和/或相位解卷繞以確定相位圖。此外，在一些實施例中，計算機26利用所確定的相位圖來計算物體12至少一部分的三維形狀，該三維形狀有時被稱為三維點云。在一些實施例中，系統10包括多個成像傳感器24，每個成像傳感器24相對于物體12被不同地定向，以便于接收以不同的角度34和36從物體12反射的光。多個成像傳感器24中的每個可以以不同的相移來接收從物體12反射的光，或者每個成像傳感器24可以同時接收不同相位的圖像序列，以便于檢驗物體12。例如，利用已知的邊緣檢測方法，例如但不限于如在美國專利No.6,876,459中所述的邊緣檢測方法，多個不同角度的圖像可以便于確定物體12的邊緣。
盡管計算機26在此被描述為執行各種功能，比如對從光源22發射的光進行相移和分析由成像傳感器24接收到的光，但是應當理解，這些功能中的任何一個可以由其它計算機執行。例如，在一些實施例中，通過作為光源22的部件的計算機(未示出)對從光源22發射的光進行相移。此外，例如，在一些實施例中，通過作為光源22的部件的計算機(未示出)對由成像傳感器24接收到的光進行分析。
圖3是說明利用結構光測量系統10(在圖1中示出)檢驗物體12(在圖1和2中示出)的方法38的典型實施例的流程圖。方法38包括從光源22發射40光以及對從光源22發射的光進行相移42。例如，在一些實施例中，光源22發射光的第一圖案，以及光源22所發射的光的一系列其它圖案相對于第一圖案進行相移，并通過光源22發射。在一些實施例中，從光源22發射40光包括發射光的正弦干涉圖。此外，在一些實施例中，光源22(例如利用構成光源22的部件的計算機)用來對從其發射的光進行相移42。相移的光圖案被投影44到物體12的表面上。通過成像傳感器24接收46從物體12反射的光，并且利用成像傳感器24和/或計算機26從其產生48圖像。然后分析50圖像以識別52單次反射SB、多次反射MB、和/或物體12的特征。
例如，利用常規的圖像處理技術，比如但不限于兩幅圖像之間的減法或差分成像、對圖像的某些區域進行遮蔽、以及圖像信息的相關，可以從圖像中容易地識別并且有選擇地提取來自單次反射SB光、多次反射MB光或其它變化的反射。例如，已知的是，如果獲得物體12的兩幅或更多幅圖像，并且對這些圖像進行相關，以使它們具有共同的參考點或者來自相同的位置和方向，則數字處理技術允許從另一幅圖像中“減去”一幅圖像，從而得到產生的差分圖像。產生的差分圖像僅僅包括有關第一和第二圖像之間發生改變的視場中的那些區域的信息。此外，如果已知物體12的形狀或結構，或者已知兩幅或更多幅圖像，就可以數字地遮蔽或阻止圖像中已知包含錯誤或不相關信息的特定區域被進一步處理。例如，利用減法技術，可以在差分圖像中識別出包含背景的圖像的區域，然后利用其來遮蔽掉后續的或當前的圖像中的背景區域。同樣，利用已知信息或多幅圖像，正在進行測量的物體12的圖像可以與所存儲的參考圖像進行相關或配準，以便于識別出物體12與物體12的表示之間的差異。
此外，例如，利用常規的圖像處理技術，例如但不限于相移技術，可以從物體反射的光所產生的圖像容易地識別出物體12的特征，這些特征例如但不限于表面紋理、表面定向、以及用于制造物體12的材料。在一些實施例中，識別物體12的特征包括但不限于識別表面紋理、識別表面定向、識別用于制造物體12的材料、確定平臺定向、確定輪廓橫截面、確定彎曲、確定扭曲、確定厚度、確定弦長、確定補償、和/或確定物體12的邊緣。
上述結構光測量系統10可以便于更快且更高效地檢驗物體12。更具體地說，通過相移投影到物體12上的光，可以分析物體12的多幅圖像以檢驗物體12。因此，利用從物體12反射的光來確定多次反射MB和/或物體12的特征。此外，結構光測量系統10可以便于識別、降低、和/或消除圖像噪聲，例如但不限于多次反射MB，同時確定物體12的特征。在此所描述和/或所說明的方法和系統的技術效果包括便于識別、降低、和/或消除圖像噪聲，例如但不限于多次反射MB，同時確定物體12的特征。
盡管在此所描述和/或所說明的系統和方法是相對于燃氣渦輪發動機部件進行描述和/或說明的，更具體地說是用于燃氣渦輪發動機的發動機葉片，但是在此所描述和/或所說明的系統和方法的實施不限于燃氣渦輪發動機葉片，通常也不限于燃氣渦輪發動機部件。更確切地，在此所描述和/或所說明的系統和方法適用于任何物體。
在此對系統和方法的典型實施例進行了詳細的描述和/或說明。所述系統和方法不限于在此所述的特定實施例，而是，每種系統的部件以及每種方法的步驟都可以與在此所述的其它部件和步驟獨立地和分別地進行利用。每個部件和每個方法步驟也可以與其它的部件和/或方法步驟結合使用。
當介紹在此所描述和/或說明的組件和方法的元件/部件/等時，冠詞“一”、“一個”、“該”以及“所述”打算指存在一個或多個元件/部件/等。術語“包括”、“包含”以及“具有”打算指“包括在內的”，并且指除了所列舉的元件/部件/等之外，還可以有附加的元件/部件/等。
雖然根據各種特定實施例對本發明進行了描述，但是本領域技術人員將認識到，可以在權利要求書的精神和范圍內進行修改來實施本發明。
附圖標記列表
權利要求
1.一種用于檢驗物體(12)的方法(38)，所述方法包括從液晶顯示(LCD)裝置和硅基液晶(LCOS)裝置的至少一個中發射(40)光；相移(42)從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射的光；將相移的光投影(44)到物體的表面上；利用成像傳感器(24)接收(46)從物體表面反射的光；以及分析(50)由成像傳感器接收到的光以便于檢驗該物體的至少一部分。
2.根據權利要求1所述的方法(38)，其中發射(40)光包括從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射光的正弦干涉圖。
3.根據權利要求1所述的方法(38)，其中相移(42)包括利用LCD裝置和LCOS裝置中的至少一個，對從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射的光進行相移。
4.根據權利要求1所述的方法(38)，其中接收(46)從物體表面反射的光包括利用第一成像傳感器(24)接收從物體表面反射的光；以及利用相對于物體與第一成像傳感器不同地定向的第二成像傳感器接收從物體表面反射的光。
5.根據權利要求4所述的方法(38)，其中分析(50)由成像傳感器(24)接收到的光包括利用由第一和第二成像傳感器接收到的光來確定物體(12)的邊緣。
6.根據權利要求1所述的方法(38)，其中分析(50)由成像傳感器接收到的光包括基于由所述成像傳感器(24)接收到的光來識別多次反射。
7.一種用于檢驗物體(12)的結構光測量系統(10)，所述結構光測量系統包括液晶顯示(LCD)裝置和硅基液晶(LCOS)裝置中的至少一個，所述裝置被配置成將結構光投影到所述物體的表面上；計算機(26)，其被可操作地連接到LCD裝置和LCOS裝置中的所述至少一個，所述計算機被配置成對從LCD裝置和LCOS裝置的所述至少一個中發射的光進行相移；以及成像傳感器(24)，其被配置成接收從物體表面反射的結構光。
8.根據權利要求7所述的系統(10)，其中LCD裝置和LCOS裝置中的所述至少一個被配置成從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射光的正弦干涉圖。
9.根據權利要求7所述的系統(10)，其中所述成像傳感器(24)是第一成像傳感器，以及所述系統進一步包括相對于物體與所述第一成像傳感器不同地定向的第二成像傳感器。
10.根據權利要求7所述的系統(10)，其中所述計算機(26)被可操作地連接到所述成像傳感器(24)，以用于分析從物體反射和由所述成像傳感器接收到的光。
全文摘要
一種用于檢驗物體(12)的方法(38)包括從液晶顯示(LCD)裝置和硅基液晶(LCOS)裝置的至少一個中發射(40)光；相移(42)從LCD裝置和LCOS裝置的至少一個中發射的光；將相移的光投影(44)到物體的表面上；利用成像傳感器(24)接收(46)從物體表面反射的光；以及分析(50)由成像傳感器接收到的光以便于檢驗該物體的至少一部分。
文檔編號G01N21/88GK1955719SQ20061016390
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, D·W·哈米爾頓, K·G·哈丁, J·B·洛斯 申請人:通用電氣公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
