基于接触的连续三维测量的制作方法
【专利说明】基于接触的连续三维测量
[0001]相关申请的交叉引用本申请要求在2013年3月8日提交的美国临时申请号61/774，953的优先权。
[0002]本申请还与在2009年6月19日提交的美国专利申请号12/488，008相关，所述美国专利申请号12/488，008要求在2008年6月19日提交的美国临时申请号61/073，904的优先权。这个申请还与在2012年7月30提交的美国专利申请号13/561，712相关，所述美国专利申请号13/561，712要求在2011年7月28日提交的美国临时申请号61/512，680的优先权。
[0003]以上申请中的每个的全部内容据此通过引用整体地被结合。
技术领域
[0004]本发明通常涉及触觉传感器，并且更具体地，涉及提供在具有大于传感器接触面积的表面面积的物品之上的连续测量的触觉传感器系统。
技术背景
[0005]在2009年6月19日提交的美国专利申请号12/488，008公开了触觉传感器包含光传感结构、能够传输图像的弹性体的体积以及覆盖弹性体的体积的反射外壳。反射外壳由一个或多个光源照射通过弹性体，并且朝着光传感结构把光反射回来。反射外壳和下面的弹性体能够在接触期间与目标表面相符。产生的几何变更导致反射外壳的表面法线中的局部化改变，从而导致从反射外壳在光传感结构方向上反射的光量中的类似局部化改变。光强度中的这些变化编码针对被测量表面的三维数据，所述三维数据能够被计算为表面法线、梯度图、三维表面图或任何其他合适的表示。
[0006]虽然开发这样的系统的属性的技术通常描述在以上描述的申请中，但是仍然需要将这个技术适配成促进在大于触觉传感器的表面面积的表面之上连续捕获表面数据。
【发明内容】
[0007]通过使用在目标表面之上卷动、滚动或另外移动的透明的弹性体和反射表面的传感器基体(matrix)，促进了大于传感器的表面的连续测量。描述了各种网状物材料、照相机配置和处理系统以获得这个上下文中的连续三维测量。
[0008]—方面，本文中公开的装置包含:网状物材料的源，所述网状物材料是被适配成在接触期间与物品相符的弹性体材料；滚筒，被配置成抵靠网状物材料按压目标表面，由此提供所述网状物材料中的目标表面的压印；成像系统，包含具有视场的照相机和被配置成照射所述视场的光源；卷缆(spooling)系统，被配置成从所述源牵引所述网状物材料通过滚筒到成像系统；以及控制器，被配置成操作卷缆系统以在视场中定位所述压印并且以使用成像系统捕获网状物材料中的压印的一个或多个图像。
[0009]所述滚筒可以以预定的接触力抵靠网状物材料按压目标表面。所述滚筒可以以预定的接触角度抵靠网状物材料按压目标表面。所述光源可以被配置成提供所述压印的掠入射(grazing)照射。照相机可以捕获多个图像，图像中的每一个可以用来自不同方向的掠入射照射来照射。网状物材料可以是可固化材料。
[0010]装置可以包含固化系统，所述固化系统可以被配置成当网状物从滚筒经过到成像系统时以准许网状物材料保留压印的方式来固化网状物材料。装置可以进一步包含:处理器，被配置成使用一个或多个图像得到三维图像。装置可以包含:处理器，被配置成得到针对目标表面的表面梯度和法线图中的至少一个。装置可以包含:光源，被定位成照射视场中的压印。
[0011]网状物材料可以包含硅树脂。所述硅树脂可以是紫外线光可固化硅树脂。装置可以进一步包含:紫外线光源，被定位成沿着从源到成像系统的路径固化网状物。网状物材料可以包含基底材料的网状物和催化剂的网状物，它们可以被组合以当从源提供基底材料和催化剂时开始固化。网状物材料可以是半透明的并且成像系统可以包含背光以从与照相机相对的表面照射网状物材料。网状物材料可以是复合材料，所述复合材料包含在远离目标表面的第一面上的透明的弹性体和在邻近目标表面的第二面上的不透明的、反射材料。滚筒和网状物材料的源可以被配置成当目标表面经过滚筒时连续地捕获压印。
[0012]另一方面，本文中公开的方法包含:提供包含被适配成在接触期间与物品相符的弹性体材料的网状物材料的源；使网状物材料从源在目标表面之上连续地经过；施加力以按压网状物材料到目标表面上，由此创建网状物材料中的目标表面的压印；将网状物材料从目标表面馈送到成像系统；以及捕获压印的图像。
[0013]网状物材料可以是可固化的网状物材料并且所述方法可以进一步包含在与目标表面接触之后固化网状物材料以保留压印。可固化的网状物材料可以是紫外线可固化材料。网状物材料可以是包含远离目标表面定向的透明的弹性体和接近目标表面定向的反射表面的复合材料。捕获图像可以包含从网状物材料中的压印的一个或多个图像捕获三维图像。所述方法可以进一步包含通过层压基底材料的网状物和催化剂的网状物以开始通过催化剂来固化基底材料而形成网状物材料。网状物材料可以是半透明的并且所述方法可以包含从背面照射压印以捕获图像。所述方法可以包含将反射材料的油墨施加到透明的弹性体的衬底以形成网状物材料。
[0014]另一方面，本文中公开的装置包含:照相机和光源；透明的支撑紧固装置，具有面向照相机的第一表面和面向用于测量的物品的目标表面的第二表面，其中光源和照相机被通过透明的支撑紧固装置朝着目标表面定向；邻近第二表面的透明的弹性体的层；在透明的弹性体的层和目标表面之间的材料的网状物，网状物包含提供可与目标表面相符的薄的、不透明的表面并且在面向透明的弹性体的层的面上反射光的反射材料；以及卷缆系统，被配置成沿着透明的支撑紧固装置的第二表面移动网状物以促进邻近目标表面的网状物的部分的置换。
[0015]透明的支撑紧固装置可以是提供面向目标表面的刚硬的、平面的表面的透明的板。透明的支撑紧固装置可以是沿着朝着目标表面的轴可移动的。装置可以进一步包含:处理器，被配置成基于编码在来自照相机的目标表面的一个或多个图像中的三维数据计算目标表面的三维图像。透明的弹性体的层可以被接合到网状物以提供包含透明的弹性体和反射材料的复合材料的网状物。
[0016]装置可以进一步包含在透明的支撑紧固装置和网状物之间的润滑剂以促进网状物沿着透明的支撑紧固装置移动。所述润滑剂可以包含:指数匹配油，被选择以将透明的支撑紧固装置的光学指数匹配到第一层的光学指数。
[0017]透明的弹性体的层可以被耦合到透明的支撑紧固装置的第二表面。
[0018]装置可以包含:控制器，被配置成操作卷缆系统以通过卷动反射材料的网状物来定位网状物的未使用的部分在透明的支撑紧固装置和目标表面之间而置换在目标表面的连续测量之间的反射材料的部分。控制器可以被配置成置换在预定数量的表面测量之后反射材料的部分。
[0019]装置可以进一步包含处理系统以移动包含目标表面的物品以便呈现物品的表面的不同的部分作为装置的目标表面。装置可以进一步包含:处理器，被配置成将来自物品的多个表面的多个表面测量组合到单个的三维图像中。装置可以进一步包含:处理器，被配置成将来自物品的多个表面的多个表面测量组合到针对多个表面的表面梯度或法线图中的至少一个中。处理系统的操作可以与卷缆系统的操作同步以匹配网状物和目标表面相对于透明的支撑紧固装置的平面移动。
[0020]透明的支撑紧固装置可以包含刚硬的圆筒，其中第一表面面向刚硬的圆筒的内部并且第二表面形成面向所述刚硬的圆筒的外部的侧壁，并且其中照相机可以被定位在所述刚硬的圆筒之内。刚硬的圆筒可以被可转动地耦合在照相机周围并且被配置成不依赖于所述刚硬的圆筒的转动以相对于目标表面的预定的姿势维持照相机。
[0021 ] 装置可以包含传送机以在维持目标表面与网状物接触的同时移动物品。网状物可以是可以包含防粘衬里(release liner)的复合材料并且其中卷缆系统可以包含滚筒以当网状物接触刚硬的圆筒的侧壁时从复合材料移除防粘衬里。卷缆系统可以包含第二滚筒用于当网状物被从刚硬的圆筒的侧壁移除时添加新的防粘衬里到复合材料。物品可以是一张材料，装置可以进一步包含与刚硬的圆筒相对的滚筒以维持所述一张材料与网状物接触。物品可以是一张材料，所述装置可以进一步包含被定位成并且被布置成同时从所述一张材料的相对表面捕获图像的第二照相机、光源、支撑紧固装置、弹性体的层以及反射层。
[0022]装置可以包含敷料器用于将反射材料施加到透明的弹性体的层，由此提供网状物的材料作为包含反射材料和透明的弹性体的复合网状物材料。敷料器可以是油墨敷料器并且反射材料可以被施加为油墨。敷料器可以将反射涂层从防粘衬里施加到透明的弹性体。
[0023]另一方面，本文中公开的装置包含:具有由透明的材料形成的侧壁的刚硬的圆筒；在侧壁周围的透明的弹性体的第一层；在第一层周围的反射材料的第二层，所述反射材料提供可与刚硬的圆筒外部的表面相符的薄的、不透明的表面并且所述反射材料反射在面向所述第一层的面上的光；被定位在刚硬的圆筒之内的照相机，所述刚硬的圆筒被可转动地耦合在照相机周围，由此准许所述照相机不依赖于所述刚硬的圆筒的转动维持刚硬的圆筒之外的目标表面的预定的观察点；以及清洗系统，被配置成在所述第二层与目标表面接触之前清洗所述第二层。
[0024]通常，透明的材料可以包含光学上透明的铸塑丙烯酸树脂。所述装置可以包含被定位成提供从刚硬的圆筒之内朝着预定的观察点的定向照射的光源。光源可以被定位在刚硬的圆筒内。所述装置可以进一步包含:处理器，被配置成基于来自照相机的一个或多个图像计算目标表面的三维形状。所述处理器可以通过基于从第二层反射的光的强度来估计表面法线而计算三维形状。
[0025]所述装置可以进一步包含可转动地接触第二层的接触轮，其中所述接触轮被配置成抵靠所述刚硬的圆筒维持预定的接触力。所述装置可以进一步包含馈送器用于在接触轮和刚硬的圆筒之间馈送一张材料。接触轮可以提供转动的力以在接触轮和刚硬的圆筒之间移动所述一张材料。接触轮可以在预定的观察点之内的位置处可转动地接触刚硬的圆筒。所述装置可以进一步包含与接触轮分离的驱动轮用于将转动的力传递到刚硬的圆筒。清洗系统可以包含在远离接触轮的位置处接触第二层的清洗轮，所述清洗轮包含被选择以从第二层移除碎片的粘性的表面。所述清洗系统可以包含被定位成当刚硬的圆筒转动时清洗和烘干第二层的清洗溶液敷料器和烘干轮。
[0026]装置可以进一步包含支撑物品与第二层接触的传送机，其中传送机被配置成以预定的距离通过刚硬的圆筒切线地移动物品。所述装置可以进一步包含被耦合到所述装置的臂用于横跨固定的样品滚动所述装置，其中第一层和第二层可以被设置在固定的样品上。
【附图说明】
[0027]为了更完整地理解本发明的各种实施例，现参考结合附图得到的下面的描述，在所述附图中:
图1是触觉滚动传感器的侧视图。
[0028]图2示出具有传送机组件的触觉滚动传感器的侧视图。
[0029]图3示出触觉滚动传感器的侧视图。
[0030]图4示出具有传感膜的连续馈送网状物的触觉滚动传感器的侧视图。
[0031]图5示出具有传感膜的连续馈送网状物的触觉滚动传感器的侧视图。
[0032]图6是压力圆筒和复合网状物材料的透视图。
[0033]图7示出具有非滚动的压力板的触觉传感器的侧视图。
[0034]图8示出具有固定的样品表面和传感器膜的触觉传感器的侧视图。
[0035]图9示出具有非弹性体的传感结构的触觉传感器的侧视图。
[0036]图10示出用于连续成像的方法的流程图。
【具体