专利名称：用于检查物体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本申请一般而言涉及检查物体，更具体地涉及使用光测量系统来检查物体的方法和装置。
背景技术：
有时对物体进行检查，例如以确定物体的整体或一部分的尺寸和/或形状，和/或检测物体中的缺陷。例如，对诸如涡轮或压缩机叶片之类的一些燃气涡轮发动机部件进行检查，以检测可能由振动应力、机械应力和/或热应力引起的对发动机诱发的疲劳裂纹。此外，例如，检查一些燃气涡轮发动机叶片的形变，例如平台取向、轮廓横截面、沿层叠(stacking)轴的弯曲和扭曲、厚度、和/或在给定截面上的弦长。随着时间的流逝，继续操作带有一个或多个缺陷的物体可能降低物体的性能和/或导致物体故障，例如因为裂纹在物体上扩散。因此，尽可能早地检测出物体的缺陷可以便于提高物体的性能和/或减少物体故障。
为了便于检查物体，至少一些物体是使用光测量系统进行检查的，该系统将结构光图案投射到物体表面上。光测量系统对从物体表面反射的结构光图案进行成像，然后分析反射的光图案的形变来计算物体的表面特征。然而，至少一些已知的光测量系统不能调节在物体的被照射表面的不同区域上的光分布，从而可能导致被照射表面的一些区域太暗或太亮以至于不能进行检查。一些已知的光测量系统采用液晶显示(LCD)、硅基液晶(LCOS)或数字微镜器件(DMD)设备来作为能够调节在被照射物体表面的不同区域上的光分布的光源。然而，至少一些已知的LCD、LCOS和DMD设备可能具有比用于光源所期望的低的分辨率。此外，至少一些已知的LCD、LCOS和DMD设备不能精确地构造平滑的光图案，例如正弦波，而是会产生二元近似。膜式衰减器也已用于控制在物体的被照射表面的不同区域上的光分布，例如以使可能太亮以至于不能进行测量的被照射表面的区域变暗。然而，当检查不同的物体和/或当重定向该物体、光源和/或成像传感器时，可能需要改变至少一些已知的衰减器。
发明内容
一方面，提供一种使用包括光源和成像传感器的光测量系统来检查物体的方法。该方法包括从光源发射光，将从光源发射的光分散(disperse)成衍射图案和干涉图案中的一种，以及使用透镜将成图案的光成像到物体上。
另一方面，一种用于检查物体的结构光测量系统包括结构光源，其被构造为将结构光投射到物体表面上；成像传感器，其被构造为接收从物体表面反射的结构光；光栅，其被定位以将由结构光源发射的光分散成衍射图案和干涉图案中的至少一种；以及透镜，其被定位以将从光栅接收的成图案的光成像到物体上。
另一方面，一种用于检查物体的结构光测量系统包括激光器，其被构造为将结构光投射到物体表面上；成像传感器，其被构造为接收从物体表面反射的结构光；分束器，其被至少部分地定位在激光器和物体之间，用于将由激光器发射的光分散成干涉图案；以及透镜，其被定位以使从分束器接收的成图案的光成像到物体上。
图1是结构光测量系统的一个典型实施例的框图。
图2是结构光测量系统的一个可替换实施例的框图。
图3是结构光测量系统的另一个实施例的框图。
图4是结构光测量系统的另一个实施例的框图。
图5是结构光测量系统的另一个实施例的框图。
具体实施例方式
图1是用于测量物体12的多个表面特征的结构光测量系统10的一个典型实施例的框图。例如，系统10可以用于检查和确定物体12的表面，其中这些表面可以包括在与表示物体12的模型相比时诸如倾斜、弯曲、扭曲和/或翘曲之类的特征。
在该典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不限于压缩机，或者是用于涡轮发动机的涡轮叶片。因此，在该典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼面14。尽管以下描述针对检查燃气涡轮发动机叶片，但是本领域技术人员将会理解，系统10可以用于改进任何物体的结构光成像。
系统10包括结构光源22，例如但不限于白光灯、激光器、发光二极管(LED)、液晶显示(LCD)设备、硅基液晶(LCOS)设备、和/或数字微镜器件(DMD)。系统10也包括一个或多个接收从物体12反射的结构光的成像传感器24。在该典型实施例中，成像传感器24是接收从物体12反射的结构光并利用该结构光产生图像的照相机，尽管系统10可以采用其它成像传感器24。一个或多个计算机26处理从传感器24接收的图像，并且监视器28可以用来将信息显示给操作者。在一个实施例中，计算机26包括设备30，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)设备、和/或任何其它包括网络连接设备例如以太网设备的数字设备，用于从诸如软盘、CD-ROM、DVD之类的计算机可读介质32和/或诸如网络或因特网之类的另一数字源、以及尚待开发的数字装置中读取指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机26执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机26被编程以执行这里所述的功能，并且如在此所使用，术语“计算机”不仅仅限于在本领域被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、以及其它可编程电路，并且在本文中这些术语可互换使用。
系统10还包括透镜34、光栅36和透镜38。尽管可以使用其它透镜34，但是在一些实施例中透镜34是场透镜，例如但不限于双凸透镜。透镜34被至少部分地定位在光源22和光栅36之间，并接收和引导从光源22发射的光穿过光栅36。光栅36被至少部分地定位在透镜34和透镜38之间，并且在一些实施例中，包括将引导穿过的光分散成衍射图案的图案(未示出)。更具体地，在一些实施例中，光栅36包括形成在基底上用于将光分散成衍射图案的线和间隔的图案。在一些实施例中，光栅36包括周期性的线和间隔的图案，例如伦奇刻线。尽管光栅36可以具有其它图案，但是在一些实施例中，光栅36包括每个都具有在大约10与大约15微米之间的宽度的线，以使每毫米图案包括在大约50与大约100个之间的线对。在其它实施例中，光栅36包括一种线和间隔的图案，其中线之间的间隔随着越来越接近光栅36的边缘而依次变小，例如矩形狭缝衍射图案。线和间隔的图案可以使用任何适当的方法和/或结构形成在基底上。例如，在一些实施例中，线和间隔的图案由附着于和/或嵌入基底的材料的多个绞合线(strand)构成，例如但不限于金属绞合线(例如铬绞合线)。在其它实施例中，线和间隔的图案被蚀刻到基底上。每条蚀刻的线在一些实施例中可以用适当的材料填充，例如但不限于金属(例如铬)。尽管光栅36的基底可以由其它材料制成，但是在一些实施例中，光栅36的基底由玻璃和/或石英制成。
在其它实施例中，光栅36包括将引导穿过其的光分散成干涉图案的图案(未示出)，例如但不限于均匀间隔的线的均匀正弦波图案。在一些实施例中，光栅36是相位光栅，例如但不限于单串方格线的照相记录，其被漂白以使在记录上没有直接可见的强度图案，但是在记录上留下小的折射率变化，其中存在的线用作一系列棱镜，以在某一升角和降角处对随后将进行干涉以产生干涉图案的光重定向。
透镜38接收并将成图案的光成像到物体12上，以利用从光源22发射的光照射物体12。在该典型实施例中，透镜38是“高分辨率”透镜，或更具体地，是便于产生具有大于约50％的对比度的图像的透镜。尽管可以使用其它透镜38，但是在一些实施例中透镜38是平场透镜，例如但不限于放大机镜头和/或光刻透镜。
如上所述，在一些实施例中，光源22包括LCD、LCOS和/或DMD设备。一些其它已知的光源，例如激光器、发光二极管(LED)和白光灯，不能调节在物体12的被照射表面的不同区域上的光分布。更具体地，这种其它已知光源中的一些可能不能调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级(light level)。因此，被照射物体的一些区域可能太暗或太亮以至于不能用除了LCD、LCOS和/或DMD设备之外的光源进行检查。然而，一些已知的LCD、LCOS和DMD设备能够调节从其发射的光分布。因此，通过使用LCD、LCOS和/或DMD设备作为光源22，系统10能够调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级的分布。然而，一些已知的LCD、LCOS和DMD设备可以在物体12上投射比检查物体12所期望的和/或适合的低的光分辨率。此外，一些已知的LCD、LCOS和DMD设备不能精确地构造平滑的光图案，例如正弦波，而是会产生二元近似。
通过将光栅36和透镜38与作为光源22的LCD、LCOS和/或DMD设备进行组合，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，系统10便于用平滑的光图案照射物体12，并且便于增加从物体12反射的光的分辨率。更具体地，因为光穿过光栅36，所以光栅36便于将从光源22发射的光分散成平滑的光图案，例如平滑的衍射或干涉图案。当光栅36包括线和间隔的图案时，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，线和间隔的尺寸，结合由透镜38产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。此外，当光栅36是相位光栅时，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，由光栅36产生的干涉，结合由透镜38产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。
因为光源22包括LCD、LCOS和/或DMD设备，所以系统10能够调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级。因此，物体12的被照射表面的太亮或太暗的区域能够被调节，以使它们可由系统10测量，并且更具体地可由成像传感器24看得见。此外，在一些实施例中，电子和/或物理掩模(未示出)可以结合光源22使用，以便于避免光源照射在不同于物体12的待检查部分的位置处的表面。因此这种掩模可以便于减少在周围结构例如测试夹具与待检查的物体12的表面之间的内反射。此外，这种掩模可以便于在物体12上产生照射图案，该照射图案从光源22的位置看来基本上与物体12的待检查部分的轮廓匹配。
图2是用于测量物体12的多个表面特征的结构光测量系统50的一个可替换实施例的框图。更具体地，系统50用于检查和确定物体12的表面，其中这些表面可以包括在与表示物体12的模型相比时诸如倾斜、弯曲、扭曲和/或翘曲之类的特征。
在该典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不限于压缩机，或者是用于涡轮发动机的涡轮叶片。因此，在该典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼面14。尽管以下描述针对检查燃气涡轮发动机叶片，但是本领域技术人员将会理解，系统50可以用于改进任何物体的结构光成像。
系统50包括结构光源52，例如但不限于激光器、白光灯、发光二极管(LED)、液晶显示(LCD)设备、硅基液晶(LCOS)设备、和/或数字微镜器件(DMD)。系统50也包括一个或多个接收从物体12反射的结构光的成像传感器54。在该典型实施例中，成像传感器54是接收从物体12反射的结构光并利用该结构光产生图像的照相机，尽管系统50可以采用其它成像传感器54。一个或多个计算机56处理从传感器54接收的图像，并且监视器58可以用来将信息显示给操作者。在一个实施例中，计算机56包括设备60，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)设备、和/或任何其它包括网络连接设备例如以太网设备的数字设备，用于从诸如软盘、CD-ROM、DVD之类的计算机可读介质62和/或诸如网络或因特网之类的另一数字源、以及尚待开发的数字装置中读取指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机56执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机56被编程以执行这里所述的功能，并且如在此所使用，术语“计算机”不仅仅限于在本领域被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、以及其它可编程电路，并且在本文中这些术语可以互换使用。
系统50还包括透镜64、光栅66、液晶显示(LCD)设备68和透镜70。尽管可以使用其它透镜64，但是在一些实施例中透镜64是场透镜，例如但不限于双凸透镜。透镜64被至少部分地定位在光源52和光栅66之间，并接收和引导从光源52发射的光穿过光栅66。光栅66被至少部分地定位在透镜64和LCD设备68之间，并且在一些实施例中，包括将引导穿过的光分散成衍射图案的图案(未示出)。更具体地，在一些实施例中，光栅66包括形成在基底上用于将光分散成衍射图案的线和间隔的图案。在一些实施例中，光栅66包括周期性的线和间隔的图案，例如伦奇刻线。尽管光栅66可以具有其它图案，但是在一些实施例中，光栅66包括每个都具有在大约10与大约15微米之间的宽度的线，以使每毫米图案包括在大约50与大约100个之间的线对。在其它实施例中，光栅66包括一种线和间隔的图案，其中线之间的间隔随着越来越接近光栅66的边缘而依次变小，例如矩形狭缝衍射图案。线和间隔的图案可以使用任何适当的方法和/或结构形成在基底上。例如，在一些实施例中，线和间隔的图案由附着于和/或嵌入基底的材料的多个绞合线构成，例如但不限于金属绞合线(例如铬绞合线)。在其它实施例中，线和间隔的图案被蚀刻到基底上。每条蚀刻的线在一些实施例中可以用适当的材料填充，例如但不限于金属(例如铬)。尽管光栅66的基底可以由其它材料制成，但是在一些实施例中，光栅66的基底由玻璃和/或石英制成。
在其它实施例中，光栅66包括将引导穿过其的光分散成干涉图案的图案(未示出)，例如但不限于均匀间隔的线的均匀正弦波图案。在一些实施例中，光栅66是相位光栅，例如但不限于单串方格线的照相记录，其被漂白以使在记录上没有直接可见的强度图案，但是在记录上留下小的折射率变化，其中存在的线用作一系列棱镜，以在某一升角和降角处对随后将进行干涉以形成干涉图案的光重定向。
例如为了控制光分布和/或掩蔽，引导从光栅66分散的成图案的光穿过LCD设备68。透镜70接收并将成图案的光成像到物体12上，以利用从光源52发射的光照射物体12。在该典型实施例中，透镜70是“高分辨率”透镜，或更具体地，是便于产生具有大于约50％的对比度的图像的透镜。尽管可以使用其它透镜70，但是在一些实施例中透镜70是平场透镜，例如但不限于放大机镜头和/或光刻透镜。
通过将光栅66和透镜70与LCD设备68进行组合，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备作为光源的已知光测量系统相比，系统50便于用平滑的光图案照射物体12，并且便于增加从物体12反射的光的分辨率。更具体地，因为光穿过光栅66，所以光栅66便于将从光源52发射的光分散成平滑的光图案，例如平滑的衍射或干涉图案。当光栅66包括线和间隔的图案时，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备作为光源的已知光测量系统相比，线和间隔的尺寸，结合由透镜70产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。此外，当光栅66是相位光栅时，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，由光栅66产生的干涉，结合由透镜70产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。
因为系统50引导光穿过LCD设备68，所以系统50能够调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级。因此，物体12的被照射表面的太亮或太暗的区域能够被调节，以使它们可由系统50测量，并且更具体地可由成像传感器54看得见。此外，在一些实施例中，电子和/或物理掩模(未示出)可以结合光源52和/或LCD设备68使用，以便于避免光源52照射在不同于物体12的待检查部分的位置处的表面。因此这种掩模可以便于减少在周围结构例如测试夹具与待检查的物体12的表面之间的内反射。此外，这种掩模可以便于在物体12上产生照射图案，该照射图案从光源52的位置看来基本上与物体12的待检查部分的轮廓匹配。此外，因为LCD设备68不用作光源52，所以系统50可以便于增加LCD设备68的操作寿命。
图3是用于测量物体12的多个表面特征的结构光测量系统80的另一个实施例的框图。更具体地，系统80用于检查和确定物体12的表面，其中这些表面可以包括在与表示物体12的模型相比时诸如倾斜、弯曲、扭曲和/或翘曲之类的特征。
在该典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不限于压缩机，或者是用于涡轮发动机的涡轮叶片。因此，在该典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼面14。尽管以下描述针对检查燃气涡轮发动机叶片，但是本领域技术人员将会理解，系统80可以用于改进任何物体的结构光成像。
系统80包括结构光源82，例如但不限于激光器、白光灯、发光二极管(LED)、液晶显示(LCD)设备、硅基液晶(LCOS)设备、和/或数字微镜器件(DMD)。系统80也包括一个或多个接收从物体12反射的结构光的成像传感器84。在该典型实施例中，成像传感器84是接收从物体12反射的结构光并利用该结构光产生图像的照相机，尽管系统80可以采用其它成像传感器84。一个或多个计算机86处理从传感器84接收的图像，并且监视器88可以用来将信息显示给操作者。在一个实施例中，计算机86包括设备90，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)设备、和/或任何其它包括网络连接设备例如以太网设备的数字设备，用于从诸如软盘、CD-ROM、DVD之类的计算机可读介质92和/或诸如网络或因特网之类的另一数字源、以及尚待开发的数字装置中读取指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机86执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机86被编程以执行这里所述的功能，并且如在此所使用，术语“计算机”不仅仅限于在本领域被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、以及其它可编程电路，并且在本文中这些术语可互换使用。
系统80还包括透镜94、光栅96、反射镜98、数字微镜器件(DMD)100和透镜102。尽管可以使用其它透镜94，但是在一些实施例中透镜94是场透镜，例如但不限于双凸透镜。透镜94被至少部分地定位在光源82和光栅96之间，并接收和引导从光源82发射的光穿过光栅96。光栅96被至少部分地定位在透镜94和反射镜98之间，并且在一些实施例中，包括将引导穿过的光分散成衍射图案的图案(未示出)。更具体地，在一些实施例中，光栅96包括形成在基底上用于将光分散成衍射图案的线和间隔的图案。在一些实施例中，光栅96包括周期性的线和间隔的图案，例如伦奇刻线。尽管光栅96可以具有其它图案，但是在一些实施例中，光栅96包括每个都具有在大约10与大约15微米之间的宽度的线，以使每毫米图案包括在大约50与大约100个之间的线对。在其它实施例中，光栅96包括一种线和间隔的图案，其中线之间的间隔随着越来越接近光栅96的边缘而依次变小，例如矩形狭缝衍射图案。线和间隔的图案可以使用任何适当的方法和/或结构形成在基底上。例如，在一些实施例中，线和间隔的图案由附着于和/或嵌入基底的材料的多个绞合线构成，例如但不限于金属绞合线(例如铬绞合线)。在其它实施例中，线和间隔图案被蚀刻到基底上。每条蚀刻的线在一些实施例中可以用适当的材料填充，例如但不限于金属(例如铬)。尽管光栅96的基底可以由其它材料制成，但是在一些实施例中，光栅96的基底由玻璃和/或石英制成。
在其它实施例中，光栅96包括将引导穿过其的光分散成干涉图案的图案(未示出)，例如但不限于均匀间隔的线的均匀正弦波图案。在一些实施例中，光栅96是相位光栅，例如但不限于单串方格线的照相记录，其被漂白以使在记录上没有直接可见的强度图案，但是在记录上留下小的折射率变化，其中存在的线用作一系列棱镜，以在某一升角和降角处对随后将进行干涉以形成干涉图案的光重定向。
例如为了控制光分布和/或掩蔽，从光栅96分散的成图案的光被反射出反射镜98并指向DMD 100。尽管可以使用其它反射镜98，但是在一些实施例中反射镜98是半银(half-silver)反射镜。从DMD 100反射出的光被引导穿过反射镜98并由透镜102接收。在一些实施例中，波片104被定位在DMD 100和反射镜98之间，以便于减少从反射镜98和DMD 100反射出的光的损失。透镜102接收并将成图案的光成像到物体12上，以利用从光源82发射的光照射物体12。在该典型实施例中，透镜102是“高分辨率”透镜，或更具体地，是便于产生具有大于约50％的对比度的图像的透镜。尽管其可以使用它透镜102，但是在一些实施例中透镜102是平场透镜，例如但不限于放大机镜头和/或光刻透镜。
通过将光栅96和透镜102与DMD 100进行组合，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备作为光源的已知光测量系统相比，系统80便于用平滑的光图案照射物体12，并且便于增加从物体12反射的光的分辨率。更具体地，因为光穿过光栅96，所以光栅96便于将从光源82发射的光分散成平滑的光图案，例如平滑的衍射或干涉图案。当光栅96包括线和间隔的图案时，与使用LCD和/或DMD投影仪作为光源的已知光测量系统相比，线和间隔的尺寸，结合由透镜102产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。此外，当光栅96是相位光栅时，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，由光栅96产生的干涉，结合由透镜102产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。
因为系统80反射DMD 100的光，所以系统80能够调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级。因此，物体12的被照射表面的太亮或太暗的区域能够被调节，以使它们可由系统80测量，并且更具体地可由成像传感器84看得见。此外，在一些实施例中，电子和/或物理掩模(未示出)可以结合光源82和/或DMD 100使用，以便于避免光源82照射在不同于物体12的待检查部分的位置处的表面。因此这种掩模可以便于减少在周围结构例如测试夹具与待检查的物体12的表面之间的内反射。此外，这种掩模可以便于在物体12上产生照射图案，该照射图案从光源82的位置看来基本上与物体12的待检查部分的轮廓匹配。此外，因为DMD 100不用作光源82，所以系统80可以便于增加DMD 100的操作寿命。
图4是用于测量物体12的多个表面特征的结构光测量系统110的另一个实施例的框图。更具体地，系统110用于检查和确定物体12的表面，其中这些表面可以包括在与表示物体12的模型相比时诸如倾斜、弯曲、扭曲和/或翘曲之类的特征。
在该典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不限于压缩机，或者是用于涡轮发动机的涡轮叶片。因此，在该典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼面14。尽管以下描述针对检查燃气涡轮发动机叶片，但是本领域技术人员将会理解，系统110可以用于改进任何物体的结构光成像。
系统110包括激光器112和一个或多个接收从物体12反射的结构光的成像传感器114。在该典型实施例中，成像传感器114是接收从物体12反射的结构光并利用该结构光产生图像的照相机，尽管系统110可以采用其它成像传感器114。一个或多个计算机116处理从传感器114接收的图像，并且监视器118可以用来将信息显示给操作者。在一个实施例中，计算机116包括设备120，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)设备、和/或任何其它包括网络连接设备例如以太网设备的数字设备，用于从诸如软盘、CD-ROM、DVD之类的计算机可读介质122和/或诸如网络或因特网之类的另一数字源、以及尚待开发的数字装置中读取指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机116执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机116被编程以执行这里所述的功能，并且如在此所使用，术语“计算机”不仅仅限于在本领域被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、以及其它可编程电路，并且在本文中这些术语可互换使用。
系统110还包括透镜124、分束器126、液晶显示(LCD)设备128和透镜130。尽管可以使用其它透镜124，但是在一些实施例中透镜124是场透镜，例如但不限于双凸透镜。透镜124被至少部分地定位在激光器112和分束器126之间，并接收和引导激光器112发射的光至分束器126。分束器126被定位以通过分离和重组光来将从激光器112发射的光分散成干涉图案。尽管可以使用其它分束器126，但是在一些实施例中分束器126是半银反射镜。
例如为了控制光分布和/或掩蔽，引导从分束器126分散的成图案的光穿过LCD设备128。透镜130接收并将成图案的光成像到物体12上，以利用从激光器112发射的光照射物体12。在该典型实施例中，透镜130是“高分辨率”透镜，或更具体地，是便于产生具有大于约50％的对比度的图像的透镜。尽管可以使用其它透镜130，但是在一些实施例中透镜130是平场透镜，例如但不限于放大机镜头和/或光刻透镜。
通过将分束器126和透镜130与LCD设备128进行组合，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备作为光源的已知光测量系统相比，系统110便于用平滑的光图案照射物体12，并且便于增加从物体12反射的光的分辨率。更具体地，分束器126便于将从激光器112发射的光分散成平滑的光干涉图案。与使用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，由分束器126产生的干涉，结合由透镜130产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。
因为系统110引导光穿过LCD设备128，所以系统110能够调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级。因此，物体12的被照射表面的太亮或太暗的区域能够被调节，以使它们可由系统110测量，并且更具体地可由成像传感器114看得见。此外，在一些实施例中，电子和/或物理掩模(未示出)可以结合激光器112和/或LCD设备128使用，以便于避免激光器112照射在不同于物体12的待检查部分的位置处的表面。因此这种掩模可以便于减少在周围结构例如测试夹具与待检查的物体12的表面之间的内反射。此外，这种掩模可以便于在物体12上产生照射图案，该照射图案从激光器112的位置看来基本上与物体12的待检查部分的轮廓匹配。此外，因为LCD设备128不用作光源，所以系统110可以便于增加LCD设备128的操作寿命。
图5是用于测量物体12的多个表面特征的结构光测量系统150的另一个实施例的框图。更具体地，系统150用于检查和确定物体12的表面，其中这些表面可以包括在与表示物体12的模型比较时诸如倾斜、弯曲、扭曲和/或翘曲之类的特征。
在该典型实施例中，物体12是转子叶片，例如但不限于压缩机，或者是用于涡轮发动机的涡轮叶片。因此，在该典型实施例中，物体12包括从平台16向外延伸的翼面14。尽管以下描述针对检查燃气涡轮发动机叶片，但是本领域技术人员将会理解，系统150可以用于改进任何物体的结构光成像。
系统150包括激光器152和一个或多个接收从物体12反射的结构光的成像传感器154。在该典型实施例中，成像传感器154是接收从物体12反射的结构光并利用该结构光产生图像的照相机，尽管系统150可以采用其它成像传感器154。一个或多个计算机156处理从传感器154接收的图像，并且监视器158可以用来将信息显示给操作者。在一个实施例中，计算机156包括设备160，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)设备、和/或任何其它包括网络连接设备例如以太网设备的数字设备，用于从诸如软盘、CD-ROM、DVD之类的计算机可读介质162和/或诸如网络或因特网之类的另一数字源、以及尚待开发的数字装置中读取指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机156执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机156被编程以执行这里所述的功能，并且如在此所使用，术语“计算机”不仅仅限于在本领域被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、以及其它可编程电路，并且在本文中这些术语可互换使用。
系统150还包括透镜164、分束器166、反射镜168、数字微镜器件(DMD)170和透镜172。尽管可以使用其它透镜164，但是在一些实施例中透镜164是场透镜，例如但不限于双凸透镜。透镜164被至少部分地定位在激光器152和分束器166之间，并接收和引导从激光器152发射的光至分束器166。分束器166被定位以通过分离和重组光来将从激光器152发射的光分散成干涉图案。尽管可以使用其它分束器166，但是在一些实施例中分束器166是半银反射镜。
例如为了控制光分布和/或掩蔽，从分束器166分散的成图案的光被反射出反射镜168并指向DMD 170。尽管可以使用其它反射镜168，但是在一些实施例中反射镜168是半银反射镜。从DMD 170反射出的光被引导穿过反射镜168并由透镜172接收。在一些实施例中，波片174被定位在DMD 170和反射镜168之间，以便于减少从反射镜168和DMD 170反射出的光的损失。透镜172接收并将成图案的光成像到物体12上，以利用从激光器152发射的光照射物体12。在该典型实施例中，透镜172是“高分辨率”透镜，或更具体地，是便于产生具有大于约50％的对比度的图像的透镜。尽管可以使用其它透镜172，但是在一些实施例中透镜172是平场透镜，例如但不限于放大机镜头和/或光刻透镜。
通过将分束器166和透镜172与DMD 170进行组合，与使用LCD、LCOS和/或DMD设备作为光源的已知光测量系统相比，系统150便于用平滑的光图案照射物体12，并且便于增加从物体12反射的光的分辨率。更具体地，分束器166便于将从激光器152发射的光分散成平滑的光干涉图案。与用LCD、LCOS和/或DMD设备的已知光测量系统相比，由分束器166产生的干涉，结合由透镜172产生的对比度，可以被选择以增加从物体12反射的光的分辨率。
因为系统150反射DMD 170的光，所以系统150能够调节投射到物体12的被照射表面的不同区域上的光强级。因此，物体12的被照射表面的太亮或太暗的区域能够被调节，以使它们可由系统150测量，并且更具体地可由成像传感器154看得见。此外，在一些实施例中，电子和/或物理掩模(未示出)可以结合激光器152和/或DMD 170使用，以便于避免激光器152照射在不同于物体12的待检查部分的位置处的表面。因此这种掩模可以便于减少在周围结构例如测试夹具与待检查的物体12的表面之间的内反射。此外，这种掩模可以便于在物体12上产生照射图案，该照射图案从激光器152的位置看来基本上与物体12的待检查部分的轮廓匹配。此外，因为DMD 170不用作光源，所以系统150可以便于增加DMD170的操作寿命。
尽管在此所描述和/或说明的系统和方法是相对于燃气涡轮发动机部件进行描述和/或说明的，更具体地说是用于燃气涡轮发动机的发动机叶片，但是在此所描述和/或说明的系统和方法的实施不限于燃气涡轮发动机叶片，通常也不限于燃气涡轮发动机部件。更确切地，在此所描述和/或说明的系统和方法适用于任何物体。
这里详细描述和/或说明了系统和方法的典型实施例。所述系统和方法不限于这里描述的特定实施例，而是，每种系统的部件以及每种方法的步骤都可以与这里所述的其它部件和步骤独立地和分别地进行利用。每个部件和每个方法步骤也可以与其它部件和/或方法步骤结合使用。
当介绍这里描述和/或说明的组件和方法的元件/部件/等时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”打算指存在一个或多个元件/部件/等。术语“包括”、“包含”以及“具有”打算指“包括在内的”，并且指除了所列举的元件/部件/等之外，还可以有附加的元件/部件/等。
尽管根据各种特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将认识到，可以在权利要求书的精神和范围内进行修改来实施本发明。
附图标记列表
权利要求
1.一种用于检查物体(12)的结构光测量系统(10)，所述结构光测量系统包括结构光源(22)，其被构造为将结构光投射到物体表面上；成像传感器(24)，其被构造为接收从物体表面反射的结构光；光栅(36)，其被定位以将由所述结构光源发射的光分散成衍射图案和干涉图案中的至少一种；以及透镜(38)，其被定位以将从所述光栅接收的成图案的光成像到物体上。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述结构光源(22)包括下述中的一种液晶显示(LCD)设备(68)、数字微镜器件(DMD)(100)、硅基液晶(LCOS)设备、激光器(112)、白光灯、以及发光二极管(LED)。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述光栅(36)包括衍射光栅和相位光栅中的一种。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述透镜(38)包括平场透镜。
5.根据权利要求1所述的系统(10)，还包括液晶显示(LCD)设备(68)，该液晶显示(LCD)设备被至少部分地定位在所述光栅(36)和所述透镜(38)之间。
6.根据权利要求1所述的系统(10)，还包括数字微镜器件(DMD)(100)；以及反射镜(98)，其被定位以从所述光栅(36)接收成图案的光，从所述DMD反射出成图案的光，并将从所述DMD反射出的成图案的光引导至所述透镜(38)。
7.根据权利要求6所述的系统(10)，其中所述反射镜(98)包括半银反射镜。
8.根据权利要求6所述的系统(10)，还包括波片(104)，该波片被至少部分地定位在所述DMD(100)和所述反射镜(98)之间。
9.一种用于检查物体(12)的结构光测量系统(10)，所述结构光测量系统包括激光器(112)，其被构造为将结构光投射到物体表面上；成像传感器(24)，其被构造为接收从物体表面反射的结构光；分束器(126)，其被至少部分地定位在所述激光器和物体之间，用于将由所述激光器发射的光分散成干涉图案；以及透镜(38)，其被定位以将从所述分束器接收的成图案的光成像到物体上。
10.根据权利要求9所述的系统(10)，其中所述分束器(126)包括半银反射镜(98)。
全文摘要
一种使用包括光源(22)和成像传感器(24)的光测量系统(10)来检查物体(12)的方法。该方法包括从光源发射光，将从光源发射的光分散成衍射图案和干涉图案中的一种，并利用透镜(38)将成图案的光成像到物体上。
文档编号G01N21/88GK1955720SQ20061016412
公开日2007年5月2日 申请日期2006年10月24日 优先权日2005年10月24日
发明者K·G·哈丁, R·W·泰特, R·S·德穆思 申请人:通用电气公司