用于投影虛擬數據的方法和使能這種投影的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于將源自由工程設計部門制作的數字設計模型的虛擬數據投影在感興趣的表面上的方法。
[0002]它可適用于多個領域，尤其是航空、建筑、造船、或者甚至航空航天領域。
[0003]本發明更特別適用于在其建筑、組裝或者甚至維護的階段期間的大型對象，例如飛機、直升機、或者甚至衛星。
【背景技術】
[0004]在制造期間或者甚至在操作期間了解實際對象的狀態常常是局部的。制造者通常要處理文件(例如電子表格、照片或測量值文件)的文件夾中或數據庫中的測量值的集合。于是，尤其是對于大型對象來說不僅難以定位由與特定區域相關聯的實際測量產生的數據以及確定所述測量實際在哪里實施，而且最重要的是難以弄懂它們如何彼此相關和對應或者如何與三維數字設計模型相關和對應。由此，在制造或操作期間確定狀態不是容易的。
[0005]在安裝、組裝和維護操作期間，需要操作者來實施許多任務，例如執行程序、進行測量、實施診斷、對所實施的工作進行報告等。
[0006]操作者通常使用紙計劃(paper plans)或藍圖來確定并定位待實施的各種任務。他還將使用常規測量手段，例如測量帶。這種工作方式可以證明是耗時的，并且可能出現錯誤(定位錯誤、破壞、不正確的引用等)。
[0007]更快速且有效地實施這些任務的一種方式是將信息直接投影到感興趣的表面上。所述感興趣的表面對應于操作者必須與之交互的表面。
[0008]例如，可以使用激光打標系統，例如美國專利申請US2009/0195753A1中所描述的激光打標系統。該申請公開了一種用于將激光打標投影到車輛的外部上的設備，包括多個激光投影儀、由所述激光投影儀以同步形式投影的車輛的外部的圖像、連接到激光投影儀的計算機以及工作站，所述工作站借助所述計算機連接到激光投影儀并允許協調由激光投影儀投影的圖像。然而，該信息投影設備實施起來是復雜的，并且由于激光投影的固有局限性(Hicker，亮度損失)而僅允許顯示少量信息。
[0009]更類似的設備在歐洲專利申請N0.EP1719580A2中被描述。具體地，該專利申請公開了一種用于借助激光投影儀將信息投影到感興趣的表面上的設備。該設備使用計量發射器，借助位于感興趣的表面上和激光投影儀上的計量接收器允許確定后者的位置和取向。然而，該設備與先前的系統擁有相同的局限性并且因此在能夠顯示的信息類型方面受限制。另外，校準系統由于需要定位多種計量發射器和接收器而是耗時的。
[0010]另一種已知類型的投影裝置采用視頻投影儀和單攝像機。由于該系統需要打標機事先定位在感興趣的表面上的精確位置處，因此該系統實施起來是困難且耗時的。
[0011]目前，每個已知的信息投影解決方案不幸地或者是復雜、不可改變且難以移動，或者是校準起來耗時。因此，這些方法證明在大多數組裝操作中是無效和不能用的。此外，它們通常被設計成實施單個非常具體的任務，例如位置標示或僅跟蹤目標。
[0012]因此，目前存在對能夠更簡單且有效地以高精確度實施可移動和靈活的信息投影的明確需要。
【發明內容】
[0013]本發明針對的是通過提供一種允許用于投影信息的方法的設備來減少現有技術的全部或其中一些缺點，所述信息被精確裁剪以適應待實施的環境。
[0014]為此目的，根據第一方面，本發明涉及一種用于投影由數字設計模型產生的信息的方法，包括以下步驟:
[0015]-校準步驟，包括:獲取源自感興趣的表面的特性數據，比較所述特性數據與由數字設計模型產生的虛擬數據，以及確定投影設備的空間位置，所述投影設備包括視頻投影儀和至少兩個分離的圖像捕獲設備；以及
[0016]-根據所述空間位置借助所述視頻投影儀將由數字設計模型產生的信息投影到所述感興趣的表面上的步驟。
[0017]特性數據代表通過使由每個所述圖像捕獲設備獲取的數據相關聯獲得的感興趣的表面的三維結構的虛擬重構。
[0018]憑借這些措施，本發明允許分析感興趣的表面的三維結構并且使引導負責實施裝配操作或負責所述感興趣的表面的質量控制的操作者成為可能。在裝配操作的情況下，本發明將例如使得將待安裝的一件裝備的輪廓投影到一部分上成為可能。在質量控制操作的情況下，本發明將例如允許數字設計模型的三維結構投影到感興趣的表面的三維結構上，由此允許操作者觀察兩個結構之間的任何差別。而且，更容易確定在所述數字設計模型中的感興趣的表面的特性點的空間位置，因為本發明使得在精確定位的目的的情況下去掉將打標機定位在感興趣的表面上的精確位置處的在先步驟成為可能，在數字設計模型中，所述信息的空間位置與使用所述打標機的空間位置的感興趣的表面相關。這種定位打標機的步驟常常是關于定位的精度的誤差源。
[0019]在一些實施例中，校準步驟包括以下子步驟:將校準圖案投影在所述感興趣的表面上；分析所述校準圖案并在圖像捕獲設備和視頻投影儀之間創建一組對應關系；以及根據對應關系最大值確定圖像捕獲設備和視頻投影儀的空間位置。這些實施例允許視頻投影儀相對于圖像捕獲設備的空間位置被精確確定并且然后確定投影設備相對于感興趣的表面的空間位置。
[0020]在一些實施例中，校準步驟以下面的方式連續實施:通過除了數字設計模型之外還投影并且連續地投影所述校準圖案并且裁剪所述校準以適應感興趣的表面；以及通過利用圖像捕獲設備分析圖案并連續確定所述圖像捕獲設備和視頻投影儀的空間位置。特別地，這些實施例允許視頻投影儀相對于圖像捕獲設備的空間位置以及投影設備相對于感興趣的表面的空間位置被連續確定，并且更確切地說，每次提取新的圖像。這例如使得可以減少當使能投影的設備能夠移動時并且當寄生移動出現在圖像捕獲設備和視頻投影儀之間時的校準精度帶來的問題。
[0021]根據一些實施例，該方法包括檢測并突出所述數字設計模型和現實之間的差別的步驟。
[0022]根據一些實施例，該方法包括用于確定圖像捕獲設備的視野中的已知的可移動對象的空間位置并跟蹤所述可移動對象的步驟。這使得操作者更容易與感興趣的表面交互。
[0023]根據一些實施例，該方法包括允許補償振動的步驟和允許在不可能實施該補償的情況下發出警報的步驟。這使得可以防止由于投影儀和圖像捕獲設備的寄生移動、尤其是通過對所述圖像捕獲設備的設置的改變產生的誤差。
[0024]根據一些實施例，該方法包括使得可以防止在感興趣的表面上的陰影的步驟。
[0025]根據一些實施例，該方法包括允許在三維中實施投影的步驟。這使得配備有主動式眼鏡的操作者更容易看到所述信息。
[0026]根據另一個方面，本發明涉及一種用于投影由數字設計模型產生的信息的設備，所述設備包括視頻投影儀、計算機和至少兩個圖像捕獲設備，并且還包括用于下述的裝置:
[0027]-獲取源自感興趣的表面的特性數據；
[0028]-比較所述特性數據與由數字設計模型產生的虛擬數據；
[0029]-確定所述圖像捕獲設備、所述視頻投影儀和所述投影設備的空間位置；以及
[0030]-根據所述空間位置借助所述視頻投影儀將由數字設計模型產生的信息投影到所述感興趣的表面上。
[0031]計算機允許在圖像捕獲設備、數字設計模型和視頻投影儀之間管理數據。
[0032]在一些實施例中，圖像捕獲設備是全局快門攝像機。這具有防止與設備的移動相關的圖像變形的優點。
[0033]在一些實施例中，用于投影虛擬數據的設備包括至少兩個紅外光源。這使得圖像捕獲設備可以跟蹤任何協同對象，其包括在圖像捕獲設備的視野中移動的紅外目標。這使得操作者更容易與感興趣的表面交互。
[0034]在一些實施例中，用于投影虛擬數據的設備包括能夠根據振動調整圖像捕獲設備的設置以及能夠在振