專利名稱：用于生成掩模的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及檢查物體，特別涉及用于生成用來檢查物體的掩模的方法和設備。
背景技術：
有時候檢查物體，例如，以確定全部或一部分該物體的尺寸和/或形狀，以及/或者檢查物體中的缺陷。例如，檢查燃氣輪機引擎組件，如渦輪或壓氣機葉片，以檢查可以由引擎引起的振動、機械和/或熱應力而引起的疲勞裂縫。此外，例如，檢查一些燃氣輪機引擎葉片，如平臺取向，輪廓橫截面、沿堆疊軸的弓形彎和扭轉、厚度、和/或在指定橫截面的弦長的變形狀況。隨著時間的過去，例如當裂紋擴展穿透物體時，對具有一個或多個缺陷的物體的連續(xù)運轉會降低物體的性能和/或導致物體損壞。因此，盡可能早的檢查到物體的缺陷可以有助于增強物體的性能和/或減少物體的損壞。
為了便于檢查物體，使用光測量系統(tǒng)來檢查至少一些物體，該光測量系統(tǒng)投射結構化光圖案到物體的表面上。光測量系統(tǒng)接收從物體表面反射回來的結構化光圖案，然后分析反射的光圖案的形變以計算出物體的表面特征。特別是，在運行期間，被檢查的物體有時連接著試驗夾具(fixture)并且放置在接近光測量系統(tǒng)處。然后打開光源使得發(fā)射光照亮物體。但是，在運行期間，光源也可以照亮試驗夾具的至少一部分和/或超出被檢查區(qū)域的物體的部分，其可以產生在物體與測試夾具之間，和/或在物體待檢查的區(qū)域與超出該區(qū)域的物體部分之間的內反射。例如，如果試驗夾具具有把反射光投射在物體上的形狀或光潔度，或如果物體具有反射試驗夾具圖像的比較類似于反射鏡那樣的光潔度，那么可以引起內反射。這樣的內反射會導致下降的圖像質量和糟糕的測量結果，可能導致物體表面特征的不正確的解釋。
因此，至少一個熟知的成像系統(tǒng)包括使用例如管道帶子(duct tape)形成的掩模。特別是，管道帶子附在光源上以有助于減少內反射。但是，一般管道帶子掩模以幾何圖樣附于光源上，這沒有有效的使夾具避開物體。因此，測試夾具與物體之間，和/或物體待檢查的區(qū)域與超出該區(qū)域的物體部分之間的內反射仍然可以產生。

發(fā)明內容
在一方面，提供一種產生用于光測量系統(tǒng)的掩模的方法，該光測量系統(tǒng)包括用于把光投射到物體表面上的光源，和用于接收從物體表面反射回來的光的成像系統(tǒng)。該方法包括確定檢測物體的輪廓，和基于該確定的輪廓產生掩模，其中掩模包括在其內部延伸的開口，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配。
在另一方面，提供一種檢查物體的方法。該方法包括產生掩模，該掩模包括在其內部延伸的開口，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配；把該掩模放置在光源和待檢查物體之間；以及操作光源使得發(fā)出的光穿過掩模以照亮待檢查物體的一部分。
在又一個方面，提供一種用于檢查物體的結構化光測量系統(tǒng)。該結構化光測量系統(tǒng)包括把結構化光投射到物體表面上的結構化光源，用于接收從物體表面反射回來的結構化光的成像系統(tǒng)，和放置在結構化光源和物體之間的掩模，該掩模包括在其內部延伸的開口，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配。


圖1是結構化光測量系統(tǒng)的示范實施例的結構圖；圖2是圖1中示出的系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖3是說明制造能夠用于圖1和2中示出的系統(tǒng)的掩模的示范方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1是結構化光測量系統(tǒng)10的示范實施例的結構圖，該光測量系統(tǒng)設計為測量物體12的多個表面特征。例如，系統(tǒng)10可以設計成檢查和確定物體的表面，其中當與代表物體12的模型相比較時，表面可以包括如傾斜、彎曲、扭曲和/或翹曲的特征。圖2是圖1中示出的系統(tǒng)10的一部分的透視圖。
在示范實施例中，物體12是轉動葉片，例如，但是不限于，燃氣輪機引擎中使用的壓氣機或渦輪機葉片。因此，在這示范實施例中，物體12包括從平臺16上延伸出來的機翼14。雖然下面的描述是關于檢查燃氣輪機引擎的葉片，但是本領域的普通技術人員將明白系統(tǒng)10可以用來提高用于任何物體的結構化光成像。
系統(tǒng)10也包括結構化光源22，例如，但是不限于，激光、白光燈、發(fā)光二極管(LED)、液晶顯示(LCD)裝置、硅基液晶(LCOS)裝置、和/或數字微鏡裝置(DMD)。系統(tǒng)10也包括一個或多個成像傳感器24，每個傳感器都設定成接收從物體12反射回來的結構化光。在這個示范實施例中，成像傳感器24是一個設定為接收從物體12反射回來的結構化光的照相機，盡管也可以使用其它的成像傳感器24。一臺或多臺計算機26有效地連接到成像傳感器24以處理從傳感器24接收的圖像，并且可以用監(jiān)視器28向操作者顯示信息。在一實施例中，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、磁光盤驅動器(MOD)，或者包括像以太網裝置這樣用于從計算機可讀介質32讀取指令和/或數據的網絡連接裝置在內的其它任何數字裝置，所述計算機可讀介質例如軟盤、CD-ROM、DVD或像局域網或因特網這樣的其它數字源，和仍在開發(fā)的數字裝置。在另一實施例中，計算機26執(zhí)行固件(未畫出)中存儲的指令。計算機26被程序化以執(zhí)行在此描述的功能，當在此使用詞語“計算機”時，其不僅僅限于那些計算機領域的集成電路，而寬泛地指的是計算機、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、和其它可編程電路，這些詞匯在此可以互換使用。
在操作期間，待檢查的物體，即物體12，與試驗夾具(未畫出)連在一起，并放置為接近系統(tǒng)10。然后打開光源22使得發(fā)出光照亮物體12。但是，光源22也可以照亮試驗夾具的至少一部分和/或超出待檢查區(qū)域的物體12的部分，這可以在物體12與試驗夾具之間、和/或物體12的待檢查部分與超出待檢查區(qū)域的物體12的部分之間產生內反射。例如，如果試驗夾具具有把反射轉向到物體12的形狀或光潔度，或者物體12具有反射試驗夾具圖像的比較類似于反射鏡那樣的光潔度。這樣的內反射會導致下降的圖像質量和糟糕的測量結果，可能導致物體12的表面特征的不正確解釋。
因此，在示范實施例中，系統(tǒng)10也包括與光源22相耦合的掩模固定器50，并且掩模52與掩模固定器50相耦合，使得掩模52位于光源22和物體12之間。在示范實施例中，掩模52有利于防止光源22照亮除了物體12待檢查的部分以外的位置的表面，因此有利于減少環(huán)境結構，例如但不限于，試驗夾具、地板、天花板、墻壁、和/或地面，與物體12待檢查部分之間的內反射，和/或有利于減少物體12待檢查部分與超出被檢查區(qū)域的物體12的部分之間的內反射。特別是，掩模52有利于在物體12上產生照明圖案，當從光源22的位置看來時，該圖案與物體12待檢查部分的形狀基本匹配，即待檢查的物體12的輪廓。
圖3是說明制造掩模(如圖2中所示的掩模52)的示例方法100的流程圖。在這示范實施例中，方法100包括確定102待檢查物體的輪廓，和基于所確定輪廓產生104掩模，其中該掩模包括在其內部延伸的開口，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配。
因此，輸入102多個參數到計算機中包括輸入一個包含物體12幾何形狀的文件。在此使用的物體12的幾何形狀被定義成當從光源22看來時物體12的三維輪廓。例如，為了制造物體12，使用幫助操作者精確作圖的軟件來產生物體12的計算機輔助設計(CAD)繪圖。然后把物體12的三維CAD繪圖輸入到計算機26。
特別是，例如使用裝置30把包含物體12幾何形狀的文件110輸入計算機26中。方法100也包括確定定義為光源22和物體12之間的距離的第一距離120，以及確定定義為光源22和掩膜50之間的距離的第二距離122。在示范實施例中，距離120和122是通過操作者手工確定并輸入計算機26。在替換實施例中，系統(tǒng)10包括至少兩個傳感器(未畫出)，其用來自動確定距離120和122并且自動輸入計算機26。雖然方法100描述成關于把多個變量和繪圖輸入計算機26，但是應當意識到任何計算機都能夠用于接收繪圖和變量以生成掩膜52。
在示范實施例中，計算機26也包括程序，其設置成利用文件110已經距離120和122來產生掩膜輪廓。在此使用的掩膜輪廓定義為多個信息，例如但不限于，物體12的正確尺寸和形狀，外部系統(tǒng)能夠利用這些信息來制造掩膜52。特別是，從光源22的觀察點看來的掩膜的輪廓和物體12的輪廓基本匹配。
為了產生計算機26使用的大量參數以產生掩膜輪廓，成像傳感器24，相對于物體12，放置在第一角度150或第一觀察點，并且光源22，相對于物體12，放置在第二角度152或第二觀察點。然后確定在光源22和物體12之間的第一測量120，然后確定在掩膜固定器50和物體12之間的第二測量122。例如，然后將第一和第二測量120和122，以及物體幾何輪廓文件110都輸入例如計算機26。然后計算機26利用第一和第二測量120和122，以及物體幾何輪廓文件110以執(zhí)行幾何變換。
例如，在示范實施例中，光源22從第二角度152照亮物體12，并且傳感器24在第一角度150接收從物體12反射的照明光。因此，為了方便掩蔽夾具30的至少一些部分，掩模52放置在光源22和物體12之間，以便僅有物體12被基本照亮。因此，涉及物體12的信息，即文件110，和涉及與光源22相關的物體12的位置的關系的信息，即距離120和122，通過計算機26進行幾何變換以便于產生掩模的輪廓。然后，掩模的輪廓存入掩模生成文件160，其包括大量使操作者能制造掩模52的信息。
例如，在示范實施例中，掩模生成文件160包括如掩模52的準確的大小和形狀的信息，從光源22的透視來看掩模52與掩模固定器50產生的物體12的投影基本匹配。在示范實施例中，掩模生成文件160傳輸到設置成利用掩模生成文件160來制造掩模52的機器(未畫出)。例如，在一實施例中，掩模生成文件160傳輸到計算機數控(CNC)機器中。然后該CNC機器利用掩模生成文件160來制造掩模52。例如，CNC機器基于掩模生成文件160切除或移去模板170的部分以形成延伸穿透模板170的開口172。在示范實施例中，開口172具有從光源22看來與物體12的輪廓基本匹配的輪廓。在替換實施例中，利用掩模生成文件160來打印模板170。然后手動除去模板170的部分以形成開口172。
然后，掩模52放置在掩模固定器50中使得掩模52基本防止了光源22投射到物體12和/或夾具30的不希望的部分。更具體說，當掩模52放置在掩模固定器50中時，掩模52基本防止了光源22投射到除物體12待檢查的部分以外位置的表面，因此減少了環(huán)境結構，例如，但不限于，試驗夾具、地板、天花板、墻壁、和/或地面，與物體12待檢查部分之間的內反射，和/或減少物體12待檢查部分與超出被檢查區(qū)域的物體12的部分之間的內反射。
在此描述的是便于制造用在光測量系統(tǒng)中的掩模的示范性方法和設備。具體說，能夠利用在此描述的方法來制造掩模，以便在反射結構的檢查/掃描期間有助于阻止不希望的反射。在使用中，待檢查物體的幾何形狀信息、光源與物體之間的分離距離、以及光源與掩模固定器之間的距離都輸入計算機。然后計算機利用裝在計算機上的運算法則或程序來得到準確尺寸和位置的掩模形狀，然后利用其來制造掩模。當掩模放置在掩模固定器中時，掩模有助于防止光源投射到除物體待檢查的部分以外位置的表面，因此減少了環(huán)境結構與物體待檢查部分之間的內反射，和/或減少物體待檢查部分與物體的超出該區(qū)域部分之間的內反射。
在此描述的掩模通過基本消除物體待檢查部分與環(huán)境結構之間的內反射，和/或完全消除物體待檢查部分與物體的超出該區(qū)域部分之間的內反射，有利于提高圖像質量。更具體說，產生具有完全和待檢查物體的輪廓相匹配的輪廓，有利于減少檢查物體所需的時間，并且也完全消除了不希望的光線到達物體和由此被傳感器接收到。因此，傳感器接收到質量更高但數量減少了的數據，因此減少了圖像處理時間。而且，通過把各個三維輪廓輸入到計算機以及隨后產生用于每個待檢查物體的特殊掩模，能夠檢查大量的不同物體。在此描述的系統(tǒng)和方法的技術效果包括通過完全消除物體待檢查部分與環(huán)境結構之間的內反射，和/或完全消除物體待檢查部分與物體的超出該區(qū)域部分之間的內反射，有利于提高圖像質量。
雖然在此描述和/或說明的系統(tǒng)和方法是參照燃氣輪機引擎組件，更具體說針對燃氣輪機引擎的引擎葉片來描述和/或說明的，但是在此描述和/或說明的系統(tǒng)和方法的應用性不限于燃氣輪機引擎葉片，也不限于通常的燃氣輪機引擎組件。另外，在此描述和/或說明的系統(tǒng)和方法可以應用于任何物體。
在此詳細描述和/或說明了示范實施例的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法不限于在此描述的具體實施例，而是，每個系統(tǒng)的組件，和每個方法的步驟，可以脫離在此描述的其它組件和步驟獨立和單獨利用。每個系統(tǒng)的組件，和每個方法的步驟，也可以與在此描述的其它組件和步驟結合使用。
當引入此描述和/或說明的組合體和方法的元件/組件/等等，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”是用來指示存在一個或多個元件/組件/等等。詞匯“包含”、“包括”和“具有”是用來表示包括的和指示除了列出的元件/組件/等等以外，可能存在附加元件/組件/等等。
在根據不同具體實施例對本發(fā)明進行描述的同時，本領域的技術人員將認識到在權利要求的精神和范圍內能夠對本發(fā)明進行改進。
部件列表

權利要求
1.一種用于產生用在光測量系統(tǒng)(10)中的掩模(52)的方法(100)，該光測量系統(tǒng)(10)包括用于把光投射到物體(12)表面上的光源(22)，和用于接收從該物體表面反射的光的成像系統(tǒng)，所述方法包括確定(102)待檢查物體的輪廓；和基于所確定的輪廓產生(104)掩模，其中該掩模包括在其內部延伸的開口(172)，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配。
2.根據權利要求1的方法(100)，進一步包括提供掩模模板；和使用確定的輪廓形成穿透掩模模板的開口(172)。
3.根據權利要求1的方法(100)，其中確定待檢查物體(12)的輪廓進一步包括把物體的幾何輪廓輸入到計算機(26)中；和執(zhí)行幾何輪廓的幾何變換以確定待檢查物體的輪廓。
4.一種用于檢查物體(12)的結構化光測量系統(tǒng)(10)，所述結構化光測量系統(tǒng)包括把結構化的光投射到物體表面上的結構化光源(22)；用于接收從該物體表面反射的結構化光的成像系統(tǒng)；和放置在所述結構化光源和物體之間的掩模(52)，所述掩模包括在其內部延伸的開口(172)，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配。
5.根據權利要求4的結構化光測量系統(tǒng)(10)，其中物體(12)包括燃氣輪機引擎葉片。
6.根據權利要求4的結構化光測量系統(tǒng)(10)，其中所述結構化光源(22)至少包括白光燈、激光、發(fā)光二極管(LED)、液晶顯示(LCD)裝置、硅基液晶(LCOS)裝置、和激光其中之一。
7.根據權利要求4的結構化光測量系統(tǒng)(10)，進一步包括位于所述結構化光源(22)和物體(12)之間的掩模固定器(50)，所述掩模固定器設置為容納所述掩模。
8.根據權利要求4的結構化光測量系統(tǒng)(10)，進一步包括計算機(26)，所述計算機設置為接收表示物體(12)的三維幾何輪廓的數據；和執(zhí)行幾何輪廓的幾何變換以確定從所述光源(22)看到的待檢查物體的輪廓。
9.根據權利要求8的結構化光測量系統(tǒng)(10)，其中所述計算機(26)進一步設置為接收表示物體與所述光源(22)之間距離的輸入；接收表示所述光源與所述掩模固定器(50)之間距離的輸入；和使用確定的距離以執(zhí)行物體的幾何變換。
10.根據權利要求4的結構化光測量系統(tǒng)(10)，進一步包括設置成固定物體(12)的夾具，所述光源(22)進一步設置成引導光穿過所述掩模(52)使得所述夾具基本不能被照到。
全文摘要
一種用于產生用在光測量系統(tǒng)(10)中的掩模(52)的方法(100)，該光測量系統(tǒng)包括用于把光投射到物體(12)表面上的光源(22)，和用于接收從該物體表面反射回來的光的成像系統(tǒng)。該方法包括確定(102)待檢查物體的輪廓，和基于所確定輪廓產生(104)掩模，其中該掩模包括在其內部延伸的開口(172)，從光源處看來該開口的輪廓與物體的輪廓基本匹配。
文檔編號G01N21/41GK1955718SQ20061016358
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權日2005年10月24日
發(fā)明者K·G·哈丁, X·錢, R·S·德穆思 申請人:通用電氣公司