[发明专利]结构光系统用于光学形状和位置测量的精确图象获取

说明书

技术领域

本发明一般涉及测量复合材料的非破坏性技术领域。更具体地说，本发明涉及测量三维复合材料制品的改进技术。

背景技术

近年来，在航空航天等行业中，复合材料的使用不断增长。复合材料使性能显著提高，然而它们制造困难，因此在制造过程中需要严格的质量控制程序。此外，复合材料本身良好地适合于制造具有不规则形状的部件。已经开发出非破坏性评价(“NDE”)技术，作为鉴定复合结构中的缺陷的方法，例如用于检测夹杂物、分层及孔隙度。常规的NDE方法通常实施缓慢、劳动密集，成本高昂。因此，测试程序不利地增加了与复合结构相关的制造成本。

对于具有不规则表面的部件来说，优选使测量数据与位置性的三维数据相关联。对于这些部件来说，确定部件的形状对将测量与部件上的位置相关联是关键的。现有技术中扫描具有不规则形状的复合材料部件的方法要求将被扫描的部件定位在台面上并固定于已知的位置，从而提供用于扫描的起始参考点。对于大的和/或不规则形状的物体来说，定位部件所需的台面或其它装置是昂贵的，并且经常是只针对一种部件。

根据现有技术的方法，扫描复杂形状的部件以确定所述部件的三维形状需要从若干不同的位置或角度进行多次扫描。这些扫描在确定物体的三维形状时经常是缓慢的。因此需要能够快速获取三维位置数据的方法及装置。

发明内容

本发明提供用于确定物体三维形状的非接触方法及装置。

在本发明的一个方面中描述分析制品和提供三维结构的方法。该方法包括以下步骤：(a)定位用于评价的制品；(b)用光束扫描该制品；(c)用摄像机检测该制品上的光束；(d)执行第一个计算机实施的流程以捕获并处理由摄像机从该制品上检测到的光；以及(e)执行第二个计算机实施的流程以获得有关该制品形状的三维数据，其中制品的扫描和光束的检测同时发生于扫描制品时。

在某些实施例中，所述光具有已知的波长和模式。在某些实施例中，所述摄像机包括CCD图象传感器。在某些实施例中，扫描所述制品包括操作云台(pan-and-tilt)单元，其中所述云台单元包括光束源和光检测摄像机。在某些实施例中，第三个计算机实施的流程指示摄像机检测预选位置处的制品上的光束，其中该第三个计算机实施的流程控制云台单元。在某些实施例中，第三个计算机实施的流程记录云台单元的位置，并且将云台单元的位置与有关该制品形状的三维数据相关联。在某些实施例中，所述方法还包括在用光束扫描该制品之前校准光源和摄像机。

在另一方面提供一种用于测量物体三维表示的装置。该装置包括：光束源；光检测摄像机；用于控制光束源和光检测摄像机移动的装置；中央处理单元；和移动控制系统；其中光束源与光检测装置彼此连接。

在某些实施例中，该装置还包括铰接的机械臂，所述机械臂包括光束源、光检测装置和用于控制光束源和光检测摄像机移动的装置。在某些实施例中，用于控制光束源和光检测摄像机移动的装置包括云台单元。在某些实施例中，该装置还包括中央处理单元和用户界面，其中可操作中央处理单元以对用于控制光束源和光检测摄像机移动的装置进行控制。在某些实施例中，中央处理单元被配置成记录来自光检测装置的信息。在某些实施例中，中央处理单元被配置成处理由光检测装置记录的信息。在某些实施例中，中央处理单元被配置成利用由摄像机获得的信息产生物体的三维表示。

附图说明

图1提供根据本发明的一个实施例的逻辑流程图。

具体实施方式

本发明包括许多不同形式的实施例。具体的实施例有详细的描述并显示于附图中，并且需要理解的是，所公开的内容应被视为是本发明原则的例证，并不是为了将本发明限制于本文中示出和描述的那些实施例。要充分认识到，为了产生所需的结果，可以单独运用或者任意合适地组合运用本文中论述的实施例的各种教导内容。本领域技术人员经阅读以下对实施例的详细说明并参考附图后，如上所述的各种特性以及下面更详细描述的其它特征及特性将是显而易见的。

本文中所述的是用于确定制品的形状及三维坐标的非接触方法及装置。在已经确定了制品的三维尺寸后，可以对部件进行扫描，并且可以将物理及光谱数据与制品上的具体位置相关联。