將輪廓形狀映射至x和y坐標(biāo)系的制作方法
【專利摘要】一種用于確定目標(biāo)形狀的幾何屬性的方法，目標(biāo)形狀是比如用于燃?xì)鉁u輪(10)的支撐罩(36)的周界形狀。該方法包括獲取包含第一特征(164)(106)的至少一部分第一對(duì)象的數(shù)字圖像。將包含第一特征(164)的圖像顯示在顯示設(shè)備(108)上。在重建過程中，沿所顯示的第一特征(164)(109)的范圍使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)(168A、168B、168C、168D)與特征點(diǎn)相關(guān)聯(lián)(164A、164B、164C)。使用相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)(168A、168B、168C、168D)生成對(duì)應(yīng)于第一特征(164)(114)的數(shù)據(jù)文件。該數(shù)據(jù)文件包括特征點(diǎn)(164A、164B、164C)的幾何屬性。
【專利說明】將輪廓形狀映射至X和Y坐標(biāo)系
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年6月21日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/499315的權(quán)益，該申請(qǐng)作為引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及燃?xì)鉁u輪，更確切地說，涉及一種方法和裝置，用于將燃?xì)鉁u輪支撐罩輪廓形狀映射至X-Y坐標(biāo)系，以制造備用支撐罩。
【背景技術(shù)】
[0004]燃?xì)鉁u輪，還稱為燃?xì)廨啓C(jī)，是一種內(nèi)燃機(jī)，包括聯(lián)接到渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。燃料在位于壓縮機(jī)和渦輪機(jī)之間的燃燒室中點(diǎn)燃會(huì)產(chǎn)生高壓和高速氣流。該氣流被導(dǎo)向渦輪機(jī)，使其旋轉(zhuǎn)。
[0005]該燃燒室包括燃料噴射器環(huán)，其將燃料(典型為煤油、噴氣燃料、丙烷或天然氣)引入壓縮氣流，以點(diǎn)燃空氣/燃料混合物。該點(diǎn)燃增加了空氣/燃料混合物(還稱為工作氣體)的溫度和壓力。
[0006]工作氣體在經(jīng)過渦輪機(jī)時(shí)會(huì)膨脹。該渦輪機(jī)包括靜止導(dǎo)片排以及連接到渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)葉片。膨脹的氣流通過導(dǎo)片加速，并且在旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)葉片上引導(dǎo)，使得葉片和渦輪機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的軸使壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，并提供機(jī)械輸出。能量可以軸功率、壓縮空氣、推力或其任意組合的形式從渦輪機(jī)提取出，用于為飛機(jī)、火車、輪船和發(fā)電機(jī)供電。
[0007]在經(jīng)過該渦輪段之后，工作氣流經(jīng)由噴嘴進(jìn)入渦輪排氣殼，常規(guī)排氣殼噴嘴的內(nèi)外壁包括各自的內(nèi)外環(huán)孔，其通常形成為單個(gè)鑄件。廢氣在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間通過。
[0008]負(fù)載在內(nèi)壁和外壁之間經(jīng)由位于廢氣流路中的一系列徑向支柱傳送。每個(gè)支柱封裝在空氣動(dòng)力學(xué)整流罩中。罩的橫截面類似于飛機(jī)機(jī)翼，其圓形前緣逐漸變細(xì)至較薄的后緣。
[0009]當(dāng)熱廢氣流過該區(qū)域時(shí)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間不同的熱膨脹率導(dǎo)致在支撐罩內(nèi)和在支撐罩與內(nèi)外環(huán)之間的連接點(diǎn)處產(chǎn)生顯著的熱應(yīng)力。這些熱應(yīng)力可導(dǎo)致支撐罩的破裂和疲勞退化，尤其在罩連接到內(nèi)外環(huán)孔的地方。
[0010]使熱應(yīng)力最小一個(gè)方法是增加支撐罩的寬度，較寬的支撐罩呈現(xiàn)出較低的熱瞬變值，由此使罩上的溫度梯度最小。與較薄的罩相比，較寬的支撐罩還能夠支撐較大的負(fù)載。然而，增加支撐罩寬度會(huì)相應(yīng)地增加對(duì)噴嘴氣流路徑中的氣流的阻塞，這可導(dǎo)致增加對(duì)氣流的中斷，并相應(yīng)地降低燃?xì)鉁u輪效率。
[0011]因此，在噴嘴【技術(shù)領(lǐng)域】中仍然需要做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)，尤其當(dāng)涉及支撐罩的熱破裂時(shí)。本發(fā)明以新穎和非顯而易見的方式滿足了該需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參考附圖在下面描述中說明本發(fā)明附圖中:[0013]圖1是適用于與本發(fā)明一起使用的現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪的橫截面視圖。
[0014]圖2是燃?xì)鉁u輪的排氣殼的透視圖。
[0015]圖3是圖2的排氣殼的內(nèi)外環(huán)以及中間支撐柱整流件的第一布置的視圖。
[0016]圖4是圖2的排氣殼的內(nèi)外環(huán)以及中間支撐柱整流件的第二布置的視圖。
[0017]圖5是描述與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的各步驟的流程圖。
[0018]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的模板和標(biāo)記板的拍攝圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本文中使用中術(shù)語“特征”、“特征點(diǎn)”或“特征位置”包括與對(duì)象相關(guān)聯(lián)或位于場(chǎng)景中的任意可識(shí)別的或可區(qū)分的幾何元素，并在照片中可見，比如但并不限于邊緣、部分、截面、裂紋、裂縫、線、接點(diǎn)、面積、區(qū)域、直徑、周界、圓周、邊界、輪廓等。這種特征可被標(biāo)記和測(cè)量。
[0020]本文使用的術(shù)語“標(biāo)記”包括指示出沿特征范圍的點(diǎn)或位置的任意類型的可見或數(shù)字信息。例如，計(jì)算機(jī)顯示屏上的符號(hào)和計(jì)算機(jī)用以形成符號(hào)的數(shù)字信息均可作為標(biāo)記。
[0021]本文使用的術(shù)語“控制點(diǎn)”包括空間中具有已知X和Y坐標(biāo)值(對(duì)于二維對(duì)象)或已知X、Y和Z坐標(biāo)值(對(duì)于三維對(duì)象)的已知位置?？刂泣c(diǎn)可用于定義坐標(biāo)系，從中可獲取維度信息。
[0022]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可以硬件、軟件、固件、專用處理器或其組合的多種形式來實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可以軟件形式實(shí)施為有形地體現(xiàn)在非暫時(shí)性的程序存儲(chǔ)設(shè)備中的應(yīng)用程序。所述應(yīng)用程序可以上傳至包含任意合適結(jié)構(gòu)的機(jī)器，并由其執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，由于本申請(qǐng)中描述的某些系統(tǒng)構(gòu)件和方法步驟可以軟件形式實(shí)施，因此系統(tǒng)構(gòu)件(或處理步驟)之間的實(shí)際連接可根據(jù)寫入程序的方式和本發(fā)明的結(jié)構(gòu)而不同。在本文提供的本發(fā)明的教導(dǎo)情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以預(yù)期本發(fā)明的這些和類似實(shí)施方式或構(gòu)造。
[0023]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步明白的是，本發(fā)明的功能還可利用分立的硬件構(gòu)件、一個(gè)或多個(gè)特定用途集成電路(ASIC)、或者編程的數(shù)字信號(hào)處理器或微控制器來實(shí)施。
[0024]用于執(zhí)行本文所要求保護(hù)的功能的“逐步過程”是在本文中以正文形式和/或在流程圖中描述的特定算法。軟件程序的指令創(chuàng)建了用于實(shí)施該具體算法的專用機(jī)器。
[0025]通用計(jì)算機(jī)或微處理器可被編程成實(shí)施本發(fā)明的創(chuàng)建新機(jī)器的算法/步驟。當(dāng)通用計(jì)算機(jī)依據(jù)來自體現(xiàn)本發(fā)明的程序軟件的指令而被編程成執(zhí)行具體功能時(shí)，通用計(jì)算機(jī)成為專用計(jì)算機(jī)。實(shí)施所述算法/步驟的軟件程序的指令通過在設(shè)備內(nèi)創(chuàng)建電氣路徑而電氣地改變通用計(jì)算機(jī)。這些電氣路徑產(chǎn)生了用于實(shí)施具體算法/步驟的專用機(jī)器。
[0026]除非特別聲明，否則在討論中明顯地，應(yīng)當(dāng)明白，在全文中，使用如“處理”或“計(jì)算”或“運(yùn)算”或“確定”或“顯示”等術(shù)語的討論指代的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似電子計(jì)算設(shè)備的動(dòng)作或過程，其操作并將在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器中表示為物理(電子)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或其它信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備中類似地表示為物理量的其它數(shù)據(jù)。
[0027]圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)10的橫截面，包括壓縮機(jī)12、至少一個(gè)燃燒器14和渦輪段16。典型地，多個(gè)燃燒器14以圓弧方式布置在渦輪機(jī)軸周圍。渦輪段16包括固定到可旋轉(zhuǎn)中心軸20的多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片18。多個(gè)靜止輪葉22定位在旋轉(zhuǎn)葉片18的上游，并固定到渦輪汽缸壁表面23。輪葉22的尺寸確定并構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)葉片18上引導(dǎo)工作氣體。
[0028]操作時(shí)，空氣經(jīng)由壓縮機(jī)12吸入，在壓縮機(jī)中，空氣被壓縮并朝向燃燒室14受到驅(qū)動(dòng)。壓縮空氣經(jīng)由進(jìn)氣口 26進(jìn)入燃燒器。從該進(jìn)氣口 26，空氣通常在燃燒器入口 28進(jìn)入燃燒器，在燃燒器入口，空氣與燃料混合。燃燒室14點(diǎn)燃燃料/空氣混合物以產(chǎn)生工作氣體。工作氣體通常處于約2500° F與約2900° F之間(或約1371°C和1593°C之間)的溫度。工作氣體離開燃燒室14，并經(jīng)由過渡構(gòu)件30以及經(jīng)由渦輪機(jī)16來膨脹，由葉片22來引導(dǎo)，以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片18。當(dāng)氣體通過渦輪機(jī)16時(shí)，其使葉片18旋轉(zhuǎn)，這又驅(qū)動(dòng)了軸20，從而經(jīng)由軸20來傳送可用的機(jī)械功。軸20還使壓縮機(jī)軸(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)，以壓縮輸入空氣。
[0029]燃?xì)廨啓C(jī)10還包括冷卻系統(tǒng)24，冷卻系統(tǒng)的尺寸確定并構(gòu)造成提供冷卻劑(例如流或壓縮空氣)，以對(duì)葉片18、輪葉22和其它渦輪機(jī)構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)部冷卻。
[0030]排氣殼定位在圖1所示最后一排旋轉(zhuǎn)葉片18的下游。圖2示出排氣殼的部分透視圖，其示出間隔開的各個(gè)內(nèi)外環(huán)32和34以及布置在內(nèi)外環(huán)32和34之間的多個(gè)整流件36。支撐柱布置在每個(gè)整流件內(nèi)(因此在圖2中不可見)，用于同心地支撐內(nèi)外環(huán)32和34。整流件36優(yōu)選地由片狀金屬型材料制造，形狀空氣動(dòng)力學(xué)地形成為呈現(xiàn)低阻表面，以引導(dǎo)熱排出流體遠(yuǎn)離封裝的支撐柱。利用該布置，封裝的支撐柱不必由高溫材料制成。來自冷卻系統(tǒng)24的冷卻空氣被引導(dǎo)成冷卻存在于排氣殼中的結(jié)構(gòu)。
[0031]圖3示出排氣殼的后視圖，描述了整流件36沿切線方向從內(nèi)環(huán)34延伸到外環(huán)32。整流件36在每個(gè)末端附接至對(duì)應(yīng)環(huán)。應(yīng)當(dāng)明白的是，還可利用替代的附接方式將整流件附接到所述環(huán)例如螺栓連接。位于每個(gè)整流件36內(nèi)的支柱延伸通過環(huán)32和34，并在外端連接至渦輪汽缸壁表面23，在內(nèi)端連接至支承殼體(未示出)，支承殼體旋轉(zhuǎn)地支撐渦輪機(jī)軸20。
[0032]圖4示出替代實(shí)施例，其中，整流件36(及由此的封裝的支撐柱)在外環(huán)32和內(nèi)環(huán)34之間沿徑向延伸。
[0033]支撐罩的連接點(diǎn)的耐久性通過使用環(huán)狀負(fù)載凸緣而得以增強(qiáng)。當(dāng)該環(huán)狀負(fù)載凸緣被定制成匹配每個(gè)支撐罩的精確輪廓，該增強(qiáng)是特別有利的，其中，支撐罩的下邊緣附接到第一環(huán)狀凸緣，而上邊緣附接到第二環(huán)狀負(fù)載凸緣。在此需要精確的匹配，以防止熱廢氣穿過該接點(diǎn)而到達(dá)支撐罩內(nèi)的支撐柱。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)支撐罩的上下邊緣的輪廓(即，周界)被精確地確定和記錄。輪廓形狀在本文中還稱為目標(biāo)形狀。當(dāng)更換支撐罩作為對(duì)于操作發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)項(xiàng)目時(shí)，精確地確定形狀是特別有用的。
[0035]如下文結(jié)合圖5更全面地所述，通過將材料片放置在罩的下邊緣(和上邊緣)，然后在罩的輪廓(即周界)周圍拉伸標(biāo)記工具以在材料片上劃線，從而捕獲每個(gè)目標(biāo)形狀。然后，照相方法將所劃出的線(表示支撐罩的輪廓)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，進(jìn)而得到數(shù)字文件，以允許使用常規(guī)CAD工具來操作和編輯目標(biāo)形狀。使目標(biāo)形狀成為數(shù)字格式還允許目標(biāo)形狀的數(shù)字存儲(chǔ)，并便于將目標(biāo)形狀傳輸至賣主，以制造備用構(gòu)件。
[0036]在所述應(yīng)用中，目標(biāo)形狀表示如上所述的支撐罩的下或上邊緣的周界。此外，在所述實(shí)施例中，該周界為閉合曲線。然而，本發(fā)明的教導(dǎo)可應(yīng)用于由任意曲線(無論是開放的還是閉合的)定義的目標(biāo)形狀，還可應(yīng)用于任意形狀以及生成模板所需的任意構(gòu)件的任意目標(biāo)形狀(區(qū)域)。如本文所述，構(gòu)件模板(即目標(biāo)形狀)可用于制造備用的構(gòu)件或者用于制造與所述構(gòu)件配合或與所述構(gòu)件一起操作另一構(gòu)件。
[0037]參考圖5的流程圖100，在步驟102，第一構(gòu)件的目標(biāo)形狀(或第一構(gòu)件的區(qū)域的目標(biāo)形狀)被捕獲，以生成目標(biāo)形狀的模板。該模板可用于制造第二構(gòu)件，第二構(gòu)件沿包括目標(biāo)形狀的界面匹配第一構(gòu)件?；蛘撸撃０蹇捎糜谥圃斓谝粯?gòu)件的替代物。在一個(gè)應(yīng)用中，目標(biāo)形狀包括支撐罩的下邊緣，以用于制造與該下邊緣配合的任意構(gòu)件。
[0038]該捕獲過程可通過若干不同技術(shù)中的任意一個(gè)來完成。例如，該目標(biāo)形狀可放置在具有涂漆面的材料片上。用戶利用尖銳的標(biāo)記工具跟隨目標(biāo)形狀外形(輪廓或周界)，以在涂漆面中蝕刻出或劃出曲線。
[0039]在另一實(shí)施例中，材料片覆蓋有涂層，比如可從堪薩斯州奧拉西的ITW Dymon獲得的Dykem Blue噴漆涂層。在該實(shí)施例中，用戶采用標(biāo)記工具在Dykem Blue涂層中蝕刻出或標(biāo)記出目標(biāo)形狀外形。
[0040]在沒有獲取目標(biāo)形狀的情況下，用戶還可徒手在涂漆或涂覆的材料片中劃出期望形狀。
[0041]還可通過將目標(biāo)形狀放置在材料片上并噴涂該目標(biāo)形狀，將涂漆延伸至材料片上來捕獲該目標(biāo)形狀。當(dāng)移除目標(biāo)形狀時(shí)，目標(biāo)形狀的外形呈現(xiàn)在材料板上。
[0042]除尖銳的物體之外，鋼筆、鉛筆或標(biāo)記器也可用為劃線工具。蝕刻材料片上的涂層或在材料片上或材料片的涂層上留下標(biāo)記的任意工具均可滿足。，僅需要目標(biāo)形狀(或表示目標(biāo)形狀的多個(gè)點(diǎn))在隨后曝光的照片中可見。
[0043]在另一實(shí)施例中，可使用分割器工具。分割器的一個(gè)點(diǎn)放置在構(gòu)件邊緣的點(diǎn)上，而另一點(diǎn)用于以距構(gòu)件邊緣的一偏移距離在材料片或材料片的涂層上劃點(diǎn)。該過程沿構(gòu)件的整個(gè)周界繼續(xù)進(jìn)行(或能夠容易接近的盡量多的周界)，捕獲用于目標(biāo)形狀的多個(gè)點(diǎn)。在該實(shí)施例中，偏移距離(即，構(gòu)件輪廓與目標(biāo)形狀輪廓之間的距離)必須為已知，并且稍后當(dāng)制造備用構(gòu)件時(shí)要考慮在內(nèi)。
[0044]在圖5的步驟104，用戶將標(biāo)記板放置在目標(biāo)形狀的平面表面中或周圍。參見圖6，示出位于目標(biāo)形狀線164內(nèi)的基底162上的標(biāo)記板160，目標(biāo)形狀線根據(jù)上述技術(shù)之一來生成。為防止稍后的標(biāo)記板160和目標(biāo)形狀或線164的照片畸變(B卩，在步驟106)，標(biāo)記板160和基底162優(yōu)選地均應(yīng)當(dāng)為平面的。
[0045]標(biāo)記板160包括多個(gè)可見的標(biāo)記168，從多個(gè)可見的標(biāo)記可生成X_Y坐標(biāo)系。盡管標(biāo)記168顯示為方形，但是可使用任意多邊形形狀。并且，可以確定目標(biāo)形狀線164上的示例性特征點(diǎn)164A、164B、164C之間的尺寸。標(biāo)記168的角部充當(dāng)控制點(diǎn)，用于建立該坐標(biāo)系，并確定這些尺寸。例如，角部168A、168B、168C和168D為示例性控制點(diǎn)。通過確定坐標(biāo)系和尺寸，目標(biāo)形狀可被完全描述成用于制造具有目標(biāo)形狀的對(duì)象或與目標(biāo)形狀配合的對(duì)象。
[0046]在標(biāo)記板160中，標(biāo)記168以棋盤圖案布置，但是該圖案不是必需的。標(biāo)記板160應(yīng)當(dāng)包括足夠數(shù)量的標(biāo)記168 (和控制點(diǎn))，以產(chǎn)生目標(biāo)形狀的精確表示。該數(shù)量取決于目標(biāo)形狀的形狀，目標(biāo)形狀為二維還是三維等。
[0047]在每個(gè)標(biāo)記168內(nèi)的圖案和位于每個(gè)標(biāo)記168下方的代碼唯一地識(shí)別該標(biāo)記。提供相同屬性(即具有已知X-Y坐標(biāo)和尺寸的控制點(diǎn)位置)的其它標(biāo)記板可用于代替標(biāo)記板160。對(duì)于本申請(qǐng)，需要具有至少三個(gè)控制點(diǎn)位置的標(biāo)記板。當(dāng)然，額外的控制點(diǎn)位置提供了額外的精度。所示標(biāo)記板160及其規(guī)則網(wǎng)格為滿足這些需求的簡(jiǎn)單的示例性標(biāo)記板。
[0048]如圖6所示，遮蔽了某些標(biāo)記168。這并不表示在該過程期間出現(xiàn)問題，只要有足夠數(shù)量的其它標(biāo)記168來精確地確定目標(biāo)形狀的幾何形狀和尺寸即可。
[0049]在步驟106，拍攝目標(biāo)形狀線164和標(biāo)記板160的照片。必要時(shí)，可拍攝多于一個(gè)的照片，而且記錄所述照片以示出整個(gè)目標(biāo)形狀和標(biāo)記板160的一部分。當(dāng)捕獲多個(gè)圖像時(shí)，捕獲區(qū)域可以重疊，以簡(jiǎn)化對(duì)單獨(dú)圖像進(jìn)行記錄，從而形成目標(biāo)形狀的完整照片，然而，如果能夠恰當(dāng)?shù)赜涗泩D像以示出目標(biāo)形狀，即，如果可使用標(biāo)記168來完成所述記錄，則并不一定需要使圖像重疊。然而，重要的是，當(dāng)所有圖像用于形成完整目標(biāo)形狀時(shí)，被建模的整個(gè)目標(biāo)形狀線164是可見的。
[0050]任意相機(jī)可用于拍攝照片，因?yàn)閳D像質(zhì)量并非極其重要。關(guān)鍵僅僅在于，目標(biāo)形狀線164和標(biāo)記板160及其控制點(diǎn)出現(xiàn)于照片中。甚至智能電話相機(jī)也可用于捕獲圖像。然而，更高分辨率的照片允許捕獲更加精確的模板，由此制造更加精確的部件。
[0051]然后在步驟107，目標(biāo)形狀和標(biāo)記板的圖像存儲(chǔ)為數(shù)字文件，以在后續(xù)處理步驟期間使用。在步驟108，顯示圖像。
[0052]一種稱為重建的方法(照相測(cè)量法的分支領(lǐng)域)用于從攝影圖像中確定目標(biāo)形狀線164的幾何屬性，特別是目標(biāo)形狀線164上的特征點(diǎn)的幾何屬性。參見圖5的步驟109。
[0053]通常，重建涉及從對(duì)象的圖像中創(chuàng)建對(duì)象的二維或三維表示的度量(S卩，圖像的已知標(biāo)度)。例如，在已知圖像標(biāo)度的情況下，位于平行于相機(jī)的攝影圖像平面的平面上的兩個(gè)點(diǎn)(即兩個(gè)特征點(diǎn))之間的距離(從而避免與將二維圖像轉(zhuǎn)換到三維模型相關(guān)的計(jì)算復(fù)雜性和潛在的測(cè)量誤差)可通過測(cè)量圖像上的該距離來確定。注意的是，沿X軸的標(biāo)度可與沿Y軸的標(biāo)度不同，兩者可根據(jù)本發(fā)明來確定。然后，可根據(jù)圖像中測(cè)量的距離乘以標(biāo)度的倒數(shù)來確定兩個(gè)特征點(diǎn)之間的實(shí)際距離。
[0054]為確定圖像的標(biāo)度，圖像應(yīng)當(dāng)包括具有已知尺寸的已知對(duì)象(即，控制點(diǎn))。具有標(biāo)記168和控制點(diǎn)168A、168B、168C和168D的標(biāo)記板160滿足該需求。
[0055]該重建過程還涉及校正由相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)引起的圖像畸變。在沒有該圖像畸變校正時(shí)，誤差會(huì)被引入目標(biāo)形狀的表示中。已知算法可用于通過將圖像參數(shù)輸入到畸變校正算法并提供未畸變的圖像參數(shù)作為輸出來校正畸變。在去除相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的畸變之后，通過從畸變校正的攝影圖像中確定目標(biāo)形狀線164的幾何屬性來繼續(xù)進(jìn)行重建過程。
[0056]如本發(fā)明所應(yīng)用的，該圖像包括具有標(biāo)記168(以及由此包括控制點(diǎn)168A、168B等)的已知對(duì)象(即標(biāo)記板160)，所述標(biāo)記具有相對(duì)于其它標(biāo)記168已知的度量和已知的位置。因此標(biāo)記168和控制點(diǎn)形成與目標(biāo)形狀線164 —起使用的X-Y坐標(biāo)系。圖像的標(biāo)度可從這些標(biāo)記和控制點(diǎn)中確定。
[0057]所確定的標(biāo)度可應(yīng)用于目標(biāo)形狀線164的任意兩個(gè)特征點(diǎn)(即，圖像中的點(diǎn))，以確定特征點(diǎn)相對(duì)于標(biāo)記板160上的控制點(diǎn)或相對(duì)于X-Y參考坐標(biāo)系的位置。然后可確定目標(biāo)形狀的度量表示中的兩個(gè)特征點(diǎn)之間的距離。
[0058]步驟109的重建過程繼續(xù)進(jìn)行直到通過使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)與特征點(diǎn)相關(guān)聯(lián)來確定出目標(biāo)形狀的所有重要特征點(diǎn)和尺寸為止。例如，尤其關(guān)鍵的是，確定目標(biāo)形狀的彎曲段的這些位置和尺寸。
[0059]為了完全地描述目標(biāo)形狀，需要識(shí)別位于該目標(biāo)形狀和/或目標(biāo)形狀的周界上的足夠數(shù)量的特征點(diǎn)。這些特征點(diǎn)可在重建過程中捕獲，由用戶自動(dòng)地或手動(dòng)地識(shí)別。重建軟件可采用線或邊緣檢測(cè)算法，例如，線或邊緣檢測(cè)算法檢測(cè)目標(biāo)形狀外形，并將多個(gè)特征點(diǎn)放置在所述外形上。如本申請(qǐng)所應(yīng)用的，特征點(diǎn)自動(dòng)地或手動(dòng)地放置在目標(biāo)形狀線164上。
[0060]對(duì)于手動(dòng)放置特征點(diǎn)，顯示目標(biāo)形狀圖像，用戶在目標(biāo)形狀周界上手動(dòng)地點(diǎn)擊鼠標(biāo)以放置特征點(diǎn)。重建軟件捕獲每個(gè)鼠標(biāo)點(diǎn)擊的位置，并在該位置放置特征點(diǎn)。流程圖100的步驟110表示出了該過程。
[0061]沿目標(biāo)形狀圖像的彎曲段捕獲的特征點(diǎn)的密度可大于沿目標(biāo)形狀的直線段捕獲的特征點(diǎn)的密度。所捕獲特征點(diǎn)的更高密度保證了更精確的最終模板圖像。
[0062]目標(biāo)形狀的某些區(qū)段可能未被足夠數(shù)量的特征點(diǎn)捕獲，充分地且精確地捕獲重要目標(biāo)形狀特征。例如，表示在步驟102所捕獲的目標(biāo)形狀的樣板的劃線沿某些區(qū)段可能不是充分可見的，以至于不能沿所述區(qū)段精確地放置足夠數(shù)量的特征點(diǎn)?；蛘?，由于用戶為了形成充分可見的線而沿模板劃線兩次，但未能將第二條劃線直接放置于第一條劃線之上，所以沿某些區(qū)段可以有兩條間隔的劃線。在這種條件下，重建軟件可自動(dòng)地確定兩個(gè)存在的特征點(diǎn)之間的一個(gè)或多個(gè)中間特征點(diǎn)，其中該兩個(gè)存在的特征點(diǎn)并不足夠接近以捕獲精確的目標(biāo)形狀曲線段。這些中間點(diǎn)的放置在圖5的步驟112中得以闡述。
[0063]為了確定中間特征點(diǎn)的位置，所述程序在兩個(gè)存在的特征點(diǎn)的位置之間插值。尤其關(guān)鍵的是，軟件沿目標(biāo)形狀特征的彎曲段精確地放置中間特征點(diǎn)，以精確地捕獲該曲線形狀。樣條插值或多項(xiàng)式插值算法可用于確定這種中間特征點(diǎn)的位置。
[0064]無論軟件何時(shí)放置中間特征點(diǎn)，可首先給用戶呈現(xiàn)用于中間特征點(diǎn)的候選位置。用戶可確定中間特征點(diǎn)是否相對(duì)于目標(biāo)形狀特征被正確地放置，并且在必要時(shí)將該中間特征點(diǎn)移動(dòng)至更精確的位置或接受由重建軟件放置的中間位置。
[0065]為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化分析，假設(shè)基底162和標(biāo)記板160是平面的，因此避免了三維計(jì)算及隨之而來的復(fù)雜度。然而，根據(jù)本發(fā)明，該假設(shè)是不需要的。
[0066]除了上述校正光學(xué)畸變之外，本發(fā)明還可校正由重建軟件自動(dòng)地放置的特征點(diǎn)中以及由用戶手動(dòng)地放置的特征點(diǎn)中的其它畸變(例如，徑向或切向畸變)。
[0067]類似于光學(xué)畸變，可通過軟件使用標(biāo)記板，尤其是標(biāo)記板方格(其在標(biāo)記板中形成網(wǎng)格的行和列)來自動(dòng)地確定和測(cè)量這些畸變。例如，如果沒有徑向畸變，則網(wǎng)格的行和列會(huì)位于沿每個(gè)網(wǎng)格行和列的直線上。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的算法確定這種畸變，如果所述畸變?cè)谟脩舳x的閾值之上，則該算法進(jìn)行必要的校正，以校正畸變。
[0068]重建過程完成后，在步驟114，目標(biāo)形狀表示被轉(zhuǎn)換為數(shù)字CAD文件格式，數(shù)字CAD文件格式適用于與CAD程序或另一計(jì)算機(jī)輔助繪圖程序一起使用。
[0069]在步驟116，CAD文件被導(dǎo)出至CAD軟件程序，例如，AUTOCAD軟件。該軟件還可生成與其它CAD程序一起使用的文件。
[0070]CAD文件可電傳輸至賣主，以制造包含該目標(biāo)形狀的對(duì)象或與目標(biāo)形狀配合的對(duì)象。本發(fā)明消除了將目標(biāo)形狀的物理模板發(fā)送至賣主的需要，而這在現(xiàn)有技術(shù)中是必要的。
[0071]在步驟118，創(chuàng)建包含目標(biāo)形狀的對(duì)象或與目標(biāo)形狀配合的對(duì)象的CAD模型。[0072]在步驟120，通過將CAD模型傳輸至CNC機(jī)器(即，計(jì)算機(jī)化數(shù)控機(jī)床)而制成結(jié)合目標(biāo)形狀的對(duì)象。
[0073]盡管參考二維形狀描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的教導(dǎo)可容易地?cái)U(kuò)展至三維形狀，以用于制造三維對(duì)象。在三維情況下，需要來自不同視點(diǎn)的多個(gè)圖像，每個(gè)圖像示出同一部件。所需圖像的最小數(shù)量為兩個(gè)，即來自處于不同位置的兩個(gè)相機(jī)的同一圖像。在這種情況下，利用兩個(gè)相機(jī)之間的視差(相機(jī)中心之間的差)來測(cè)量對(duì)象深度。
[0074]盡管在本文中示出并描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，但是顯而易見的是，這些實(shí)施例僅通過示例的形式來提供。在不脫離本發(fā)明的情況下，可進(jìn)行許多變型、改變和替換。因此，本發(fā)明意在僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 獲取包含第一特征的至少一部分第一對(duì)象的數(shù)字圖像； 將包含第一特征的圖像顯示在顯示設(shè)備上； 沿所顯示的第一特征的范圍使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)與特征點(diǎn)相關(guān)聯(lián)；以及使用相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)來生成對(duì)應(yīng)于所述第一特征的數(shù)據(jù)文件，所述數(shù)據(jù)文件包括所述特征點(diǎn)的幾何屬性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一特征包括二維第一特征和三維第一特征中的一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述沿所顯示的第一特征的范圍使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)與特征點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的步驟還包括: 在顯示設(shè)備上移動(dòng)光標(biāo)以沿所述第一特征的范圍標(biāo)記第一特征點(diǎn)；以及使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)與所述第一特征點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，并使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)與其余特征點(diǎn)中的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括校正數(shù)字圖像中的畸變的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在圖像中置入標(biāo)度以及使用所述標(biāo)度來提供用于特征點(diǎn)的尺寸信息，其中，由所述標(biāo)度可以確定所述第一特征沿X軸的標(biāo)度以及所述第一特征沿Y軸的標(biāo)度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述標(biāo)度包括標(biāo)記板，所述標(biāo)記板具有位于已知位置的多個(gè)標(biāo)記，并具有已知尺寸。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述多個(gè)標(biāo)記包括多個(gè)多邊形，所述控制點(diǎn)包括一個(gè)或多個(gè)多邊形的角部。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用數(shù)據(jù)文件來制造包含第二特征的第二對(duì)象，其中所述第二特征與所述第一特征配合。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一對(duì)象包括支撐罩，所述第一特征包括沿第一特征邊緣的支撐罩輪廓。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，應(yīng)用于制造使用中的機(jī)器的備用部件，所述方法還包括: 利用數(shù)字文件制造包括與所述第一特征配合的第二特征的備用部件。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一對(duì)象包括用于制造備用部件的模板，并且所述第一特征是所述第一對(duì)象的形狀，所述方法還包括: 將所述模板放置成緊鄰一標(biāo)度； 獲取包含模板和標(biāo)度的數(shù)字圖像；以及 利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件制造具有對(duì)應(yīng)于所述第一特征的形狀的備用部件。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述模板包括在基底上表示的曲線。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述曲線表示支撐罩的邊緣。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，應(yīng)用于制造使用中的機(jī)器的備用部件，所述方法還包括: 獲取用于形成所述備用部件的形狀的所述第一特征的數(shù)字圖像；以及 使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件制造所述備用部件，所述備用部件的一部分的形狀對(duì)應(yīng)于所述第一特征的形狀。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，應(yīng)用于制造使用中的機(jī)器的備用部件，所述方法還包括: 制成所述備用部件的模板，其中，所述第一特征包括所述第一對(duì)象的橫截面形狀； 獲取包含模板和標(biāo)度的圖像；以及 利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件制造具有對(duì)應(yīng)于第一特征的第二特征的備用部件。
16.—種方法,包括: 創(chuàng)建一模板，所述模板的形狀對(duì)應(yīng)于在使用中的機(jī)器中待更換的一部分部件的形狀，所述模板包括位于表面上的標(biāo)記； 獲取包含所述模板和標(biāo)度的數(shù)字圖像； 將所述數(shù)字圖像顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上； 使用計(jì)算機(jī)沿所述模板的范圍定位多個(gè)特征點(diǎn)，所述多個(gè)特征點(diǎn)的空間關(guān)聯(lián)與待更換的一部分部件的形狀相對(duì)應(yīng)； 生成與所述多個(gè)特征點(diǎn)的空間取向相對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件；以及 使用所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件而不使用所述模板來制造備用部件。
17.一種方法，包括: 用指令和包含第一特征的至少一部分第一對(duì)象的數(shù)字圖像來加載存儲(chǔ)設(shè)備； 在處理器中執(zhí)行所述指令，以實(shí)現(xiàn)以下動(dòng)作，包括: 將包含第一特征的所述數(shù)字圖像顯示在顯示設(shè)備上，所述數(shù)字圖像還包括具有已知尺寸的控制點(diǎn)的標(biāo)記板； 沿所顯示的第一特征的范圍使一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)與特征點(diǎn)相關(guān)聯(lián)；以及使用相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)來生成對(duì)應(yīng)于所述第一特征的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件，所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件包括所述特征點(diǎn)的幾何屬性。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 在所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)圖像中置入具有多個(gè)多邊形的標(biāo)記板，其中所述控制點(diǎn)包括一個(gè)或多個(gè)多邊形的角部； 根據(jù)所述控制點(diǎn)確定沿X軸的標(biāo)度和沿Y軸的標(biāo)度；以及 使用X軸標(biāo)度和Y軸標(biāo)度確定所述特征點(diǎn)的幾何屬性。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括使用所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件制造包含第二特征的第二對(duì)象，或者制造用于替換所述第一對(duì)象的備用對(duì)象，其中所述第二特征與所述第一特征配合。
【文檔編號(hào)】G06F3/042GK103797485SQ201280031109
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月21日
【發(fā)明者】C·哈徹, Y·金克, S·H·巴洛赫 申請(qǐng)人:西門子能量股份有限公司