專利名稱：側面照明的三維邊緣定位方法
技術領域：
和
背景技術：
在用于測量三維(3D)物體的物理特性的非接觸式測量系統中，該物體例如為航空發動機中所用的渦輪葉片，經常遇到的一個問題是精確地定位物體的邊緣。
在具有復雜的部件形狀的部件例如壓縮機葉片的驗收測試中，通常不可以利用常規的嚴格的計量技術來獲得精確的信息。相反，采用了三維(3D)表面測量技術，其使用了結構化光學系統。在這樣的系統中，經受測試的部件利用一系列的條狀激光線來照明，而表面結構信息被映射或寄存在一坐標系中。接著該結果例如與部件的CAD定義進行比較以確定其可接受性。
在使用這種3D測量技術時，遇到的一個問題是精確地定位部件的邊緣。在這個方面，將會理解，該邊緣不必是尖銳的邊緣，而是成圓角的；即，它們具有圓的輪廓。常規的3D系統不能很好地定位成圓角部件的邊緣。如果不能精確地獲得一個邊緣(或多個邊緣)的位置，那么不能以所需的確定性建立起坐標系中的部件的其他表面結構的位置以便確保獲得精確的部件數據，根據該數據接受或淘汰部件。
迄今為止，當3D系統已經用于測試目的時，通過進行由觀察系統獲得的數據的最佳配合已經試驗了邊緣的位置。雖然這種方法在邊緣尖銳時是有用的，但是它在邊緣輕微彎曲時是無效的。另一種方法是從背后照亮部件，并且通過部件在基座或支承件上轉動時所產生的最終輪廓定位該邊緣。這種方法不僅需要對觀察系統所獲得的圖像數據進行附加的處理，而且所得到的結果不像由其3D方法所得的那些結果那樣精確。
本發明的方法和設備將發散(白)光源結合到結構化的(激)光系統中以便獲得高度精確的邊緣位置信息，從而提供更可靠的部件測試結果。
發明內容
簡短地說，本發明的方法用于定位部件的邊緣以便對部件進行驗收測試。白光源照亮該部件，該部件安裝在支承件上以便相對于光源移動。由部件反射的光沿著部件的邊緣產生了部件的輪廓，并且利用結構化激光系統觀察該部件，該激光系統提供了包括部件邊緣的部件的圖像。處理器分析該圖像以便定位邊緣。該圖像的分析包括在部件相對于光源轉動時，在部件的邊緣處確定包括觀察到的圖像的像素的數量。這種分析使用本領域中公知的三角測量技術在三維空間中提供了邊緣的位置。通常該部件具有一個以上的邊緣，并且每個邊緣使用這種方法來定位。一旦已經確定了邊緣的位置，這些邊緣的位置現在就用于一坐標系中以便定位部件的其他表面結構。
通過結合附圖閱讀下面的說明，本發明的前述和其他目的、特征和優點以及其目前優選的實施例將變得更明顯。
在形成本說明書的部分的附圖中圖1是本發明的設備的簡化表示，該設備用于精確地定位部件的邊緣；以及圖2是部件的外形，該部件被轉動或定位成表現部件的輪廓以便表現出用于觀察的部件邊緣。
在附圖的幾個圖中，相對應的參考標記表示相對應的部件。
具體實施例方式
以下詳細說明通過實例并且不限制地表示本發明。該說明能夠清楚地使本領域普通技術人員制造和使用本發明，描述了本發明的幾個實施例、適應性修改、變型、替換方案和用途，包括的內容目前被認為是實施本發明的最佳方式。
參考附圖，例如，部件P是壓縮機葉片。該部件具有復雜的部件形狀，部件的輪廓不易于使用嚴格的計量措施來測量。具體地說，該部件具有需要精確定位的各個邊緣E1和E2。用于進行這樣的工作的本發明的設備在圖1中總體表示為10。設備10首先包括白光源12。該光源定位成照亮部件的整個表面。該部件又安裝在支承件或基座14上，該支承件或基座可以移動以便相對于光源轉動該部件。成像裝置16包括照相機或其他的成像裝置以便獲得被照亮的部件的圖像。由光學系統獲得的圖像由處理器18進行處理，該處理器使用基于三角測量的方法以便利用由處理器進行分析的圖像數據來限定部件的邊緣。
在實踐本發明的方法時，白光源12定位在壓縮機葉片的側面。光源的定位或者部件在其支承件14上的運動是這樣的，以便產生如圖2中所示的部件輪廓。雖然光學系統16是通常用于產生光條的激光源的結構化光學系統，但是使用光源12的優點在于該光是不定向的。由于部件的邊緣E1、E2是窄的很好限定的表面，所以照在邊緣表面上的白光將照亮整個表面。如果該部件相對于光源12適當地定位，則照在邊緣上的光將從邊緣產生可觀察到的鏡面反射，而不會從部件上的其他表面產生類似的反射。如果沒有看到這樣的反射，那么該部件和/或光源就轉動離開部件的中心軸線，直至觀察到反射為止。
當部件的邊緣相對于光源適當地定位時，在邊緣的位置處應該出現整齊干凈的線，而部件的表面不會被照亮并且因此將顯得黑暗。在通過處理器18分析圖像時，該處理器確定包括邊緣處的線寬的像素的數量。通過轉動部件以便以這種方式從多個位置觀察邊緣，或者通過使用多個照相機來觀察邊緣，就在三維空間中確定了邊緣位置。這種類型的處理在本領域中是公知的并且不再描述。本領域普通技術人員將會理解，被用在結構化光學系統中以便沿三維定位一條線的其他方法也可以用在這種應用中，而不會背離本發明的范圍。重要的是，一旦形成了部件的邊緣，邊緣的位置就參照一種坐標系，在光的計量程序期間通過該坐標系隨后定位部件的表面結構。由于部件P具有兩個邊緣E1和E2，所以每個邊緣以上述方式定位并且兩個邊緣的邊緣信息參照該坐標系。
本發明的方法和設備的重要特征首先在于，部件的邊緣利用結構化光學系統的3D分析而精確地定位。簡單的發散白光源12的使用增加了用于測量部件的表面結構的3D結構化(激)光系統的性能。其次，邊緣位置參照與部件的其他表面結構的位置相同的坐標系。邊緣位置提供了邊界，通過該邊界，表面結構信息可以與CAD數據或其他數據相比較，通過這種方法確定了部件的可接受性。
考慮到以上說明，將會看到，實現了本發明的幾個目的并且獲得了其他有利的結果。由于在以上結構中可以作出各種變型而不會背離本發明的范圍，所以計劃的是，包含在以上說明中或者表示在附圖中的所有內容應該被解釋為示例性的，而不是限制性的。
權利要求
1.一種用于定位部件(P)的邊緣(E1或E2)以便使用結構化光學系統對部件進行驗收測試的方法，其包括將發散光源(12)定位在部件的附近并且利用從該光源發射的光來照亮部件；將部件相對于光源轉動，因而由部件反射的來自光源的光沿著部件的邊緣產生了部件的輪廓；利用成像裝置(16)觀察該部件以便獲得部件的邊緣的圖像；以及處理該圖像以便利用通過分析圖像產生的數據在三維空間中定位部件的邊緣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，光源(12)是白光源。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，成像裝置(16)包括照相機。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，分析該圖像以確定部件的邊緣的步驟包括在部件相對于光源轉動時，確定包括由觀察裝置觀察到的反射圖像的像素的數量。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，分析該圖像的步驟包括在沿著部件的邊緣的各點處確定像素數量。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，該部件具有一個以上的邊緣，并且該方法用于定位部件的每個邊緣。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，部件的邊緣的位置用于一坐標系中以便定位部件的其他表面結構。
8.一種用于定位部件(P)的邊緣(E1或E2)以便對部件進行驗收測試的方法，其包括將發散的白光源(12)定位在部件的附近并且利用從該光源發射的光來照亮部件；將部件相對于光源轉動，因而由部件反射的來自光源的光沿著部件的邊緣產生了部件的輪廓；利用成像裝置(16)觀察該部件以便獲得部件的邊緣的圖像；以及處理該圖像以便利用通過分析圖像產生的數據在三維空間中定位部件的邊緣。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，使用結構化的激光系統(10)。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，分析該圖像以確定部件的邊緣的步驟包括在部件相對于光源轉動時，在部件的邊緣處確定包括由觀察裝置觀察到的反射圖像的像素的數量。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，該部件具有一個以上的邊緣，并且該方法用于定位部件的每個邊緣。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，部件的邊緣的位置用于一坐標系中以便定位部件的其他表面結構。
13.一種用于定位部件(P)的邊緣(E1或E2)以便對部件進行驗收測試的設備(10)，其包括發散光源(12)，該光源定位在部件的附近并且利用從該光源發射的白光來照亮部件；上面安裝著部件的支承件(14)，該支承件可以轉動以便將部件相對于光源移動，因而反射離開部件的來自光源的光沿著部件的邊緣產生了部件的輪廓；成像裝置(16)，用該成像裝置觀察該部件以便獲得部件的邊緣的圖像；以及處理器(18)，該處理器處理該圖像以便利用通過分析圖像產生的數據在三維空間中定位部件的邊緣。
14.根據權利要求13所述的設備，其特征在于，光源(12)是白光源。
15.根據權利要求13所述的設備，其特征在于，通過在部件相對于光源轉動時，在部件的邊緣處確定包括反射圖像的像素的數量，處理器(P)分析部件的圖像以確定部件的邊緣。
16.根據權利要求15所述的設備，其特征在于，該部件具有一個以上的邊緣，并且該設備在部件相對于光源轉動時定位部件的每個邊緣。
17.根據權利要求16所述的設備，其特征在于，部件的邊緣的位置用于一坐標系中以便定位部件的其他表面結構。
18.一種用于測量部件(P)的表面結構的結構化激光系統，其中，改進包括發散光源(12)，該光源定位在部件的附近并且利用從該光源發射的白光來照亮部件；上面安裝著部件的支承件(14)，該支承件可以轉動以便將部件相對于光源移動，因而反射離開部件的來自光源的光沿著部件的邊緣(E1、E2)產生了部件的輪廓；照相機(16)，用該照相機觀察該部件以便獲得部件的邊緣的圖像；以及處理器(18)，該處理器處理該圖像以便利用通過分析圖像產生的數據在三維空間中定位部件的邊緣，分析該圖像的步驟包括在部件相對于光源轉動時，在部件的邊緣處確定包括反射圖像的像素的數量，并且該處理器在一坐標系中使用部件的邊緣的位置以便定位部件的其他表面結構，從而對部件進行驗收測試。
19.根據權利要求18所述的改進，其特征在于，該部件具有一個以上的邊緣，并且該系統在部件相對于光源轉動時定位部件的每個邊緣。
20.根據權利要求19所述的改進，其特征在于，光源(12)是白光源。
全文摘要
用于定位部件的邊緣以便對部件進行驗收測試的設備和方法。白光源(12)照亮了安裝在支承件(14)上并相對于光源轉動的部件。由部件反射的光沿著部件的邊緣產生了部件的輪廓。通過照相機(16)來觀察該部件以便獲得包括其邊緣的部件的圖像。處理器(18)分析該圖像以便在三維空間中定位部件的邊緣。圖像的分析包括在部件相對于光源轉動時，在部件的邊緣處確定包括所觀察到的圖像的像素的數量。該部件具有一個以上的邊緣，并且每個邊緣利用該方法定位。部件的邊緣的位置現在用于一坐標系中以便定位部件的其他表面結構。
文檔編號G01B11/00GK1448693SQ03107988
公開日2003年10月15日 申請日期2003年3月28日 優先權日2002年3月28日
發明者K·G·哈丁 申請人:通用電氣公司