專利名稱：用于生成掩模的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shè)備。
背景技術(shù)：
有時(shí)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?xì)廨啓C(jī)引擎組件，如渦輪或壓氣機(jī)葉片，以檢查可以由引擎引起的振動、機(jī)械和/或熱應(yīng)力而引起的疲勞裂縫。此外，例如，檢查一些燃?xì)廨啓C(jī)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(zhuǎn)、厚度、和/或在指定橫截面的弦長的變形狀況。隨著時(shí)間的過去，例如當(dāng)裂紋擴(kuò)展穿透物體時(shí)，對具有一個(gè)或多個(gè)缺陷的物體的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會降低物體的性能和/或?qū)е挛矬w損壞。因此，盡可能早的檢查到物體的缺陷可以有助于增強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)化光圖案，然后分析反射的光圖案的形變以計(jì)算出物體的表面特征。特別是，在運(yùn)行期間，被檢查的物體有時(shí)連接著試驗(yàn)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(yùn)行期間，光源也可以照亮試驗(yàn)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(chǎn)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(nèi)反射。例如，如果試驗(yàn)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(yàn)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(nèi)反射。這樣的內(nèi)反射會導(dǎo)致下降的圖像質(zhì)量和糟糕的測量結(jié)果，可能導(dǎo)致物體表面特征的不正確的解釋。
因此，至少一個(gè)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(nèi)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(nèi)反射仍然可以產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供一種產(chǎn)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(chǎn)生掩模，其中掩模包括在其內(nèi)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(chǎn)生掩模，該掩模包括在其內(nèi)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(gè)方面，提供一種用于檢查物體的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)包括把結(jié)構(gòu)化光投射到物體表面上的結(jié)構(gòu)化光源，用于接收從物體表面反射回來的結(jié)構(gòu)化光的成像系統(tǒng)，和放置在結(jié)構(gòu)化光源和物體之間的掩模，該掩模包括在其內(nèi)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(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)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(shí)施例方式
圖1是結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)10的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，該光測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)為測量物體12的多個(gè)表面特征。例如，系統(tǒng)10可以設(shè)計(jì)成檢查和確定物體的表面，其中當(dāng)與代表物體12的模型相比較時(shí)，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(shí)施例中，物體12是轉(zhuǎn)動葉片，例如，但是不限于，燃?xì)廨啓C(jī)引擎中使用的壓氣機(jī)或渦輪機(jī)葉片。因此，在這示范實(shí)施例中，物體12包括從平臺16上延伸出來的機(jī)翼14。雖然下面的描述是關(guān)于檢查燃?xì)廨啓C(jī)引擎的葉片，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白系統(tǒng)10可以用來提高用于任何物體的結(jié)構(gòu)化光成像。
系統(tǒng)10也包括結(jié)構(gòu)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(shù)字微鏡裝置(DMD)。系統(tǒng)10也包括一個(gè)或多個(gè)成像傳感器24，每個(gè)傳感器都設(shè)定成接收從物體12反射回來的結(jié)構(gòu)化光。在這個(gè)示范實(shí)施例中，成像傳感器24是一個(gè)設(shè)定為接收從物體12反射回來的結(jié)構(gòu)化光的照相機(jī)，盡管也可以使用其它的成像傳感器24。一臺或多臺計(jì)算機(jī)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(shí)施例中，計(jì)算機(jī)26包括裝置30，例如，軟盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、磁光盤驅(qū)動器(MOD)，或者包括像以太網(wǎng)裝置這樣用于從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)32讀取指令和/或數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)連接裝置在內(nèi)的其它任何數(shù)字裝置，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如軟盤、CD-ROM、DVD或像局域網(wǎng)或因特網(wǎng)這樣的其它數(shù)字源，和仍在開發(fā)的數(shù)字裝置。在另一實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)26執(zhí)行固件(未畫出)中存儲的指令。計(jì)算機(jī)26被程序化以執(zhí)行在此描述的功能，當(dāng)在此使用詞語“計(jì)算機(jī)”時(shí)，其不僅僅限于那些計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的集成電路，而寬泛地指的是計(jì)算機(jī)、處理器、微控制器、微計(jì)算機(jī)、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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(chǎn)生內(nèi)反射。例如，如果試驗(yàn)夾具具有把反射轉(zhuǎn)向到物體12的形狀或光潔度，或者物體12具有反射試驗(yàn)夾具圖像的比較類似于反射鏡那樣的光潔度。這樣的內(nèi)反射會導(dǎo)致下降的圖像質(zhì)量和糟糕的測量結(jié)果，可能導(dǎo)致物體12的表面特征的不正確解釋。
因此，在示范實(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)，例如但不限于，試驗(yàn)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(nèi)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(nèi)反射。特別是，掩模52有利于在物體12上產(chǎn)生照明圖案，當(dāng)從光源22的位置看來時(shí)，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(shí)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(chǎn)生104掩模，其中該掩模包括在其內(nèi)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(gè)參數(shù)到計(jì)算機(jī)中包括輸入一個(gè)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(dāng)從光源22看來時(shí)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(chǎn)生物體12的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)繪圖。然后把物體12的三維CAD繪圖輸入到計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)施例中，距離120和122是通過操作者手工確定并輸入計(jì)算機(jī)26。在替換實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括至少兩個(gè)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(jì)算機(jī)26。雖然方法100描述成關(guān)于把多個(gè)變量和繪圖輸入計(jì)算機(jī)26，但是應(yīng)當(dāng)意識到任何計(jì)算機(jī)都能夠用于接收繪圖和變量以生成掩膜52。
在示范實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)26也包括程序，其設(shè)置成利用文件110已經(jīng)距離120和122來產(chǎn)生掩膜輪廓。在此使用的掩膜輪廓定義為多個(gè)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(diǎn)看來的掩膜的輪廓和物體12的輪廓基本匹配。
為了產(chǎn)生計(jì)算機(jī)26使用的大量參數(shù)以產(chǎn)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(diǎn)，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(diǎn)。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(jì)算機(jī)26。然后計(jì)算機(jī)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(shí)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(guān)的物體12的位置的關(guān)系的信息，即距離120和122，通過計(jì)算機(jī)26進(jìn)行幾何變換以便于產(chǎn)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(shí)施例中，掩模生成文件160包括如掩模52的準(zhǔn)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(chǎn)生的物體12的投影基本匹配。在示范實(shí)施例中，掩模生成文件160傳輸?shù)皆O(shè)置成利用掩模生成文件160來制造掩模52的機(jī)器(未畫出)。例如，在一實(shí)施例中，掩模生成文件160傳輸?shù)接?jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器中。然后該CNC機(jī)器利用掩模生成文件160來制造掩模52。例如，CNC機(jī)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(shí)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(shí)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(dāng)掩模52放置在掩模固定器50中時(shí)，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(jié)構(gòu)，例如，但不限于，試驗(yàn)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(nèi)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(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)。然后計(jì)算機(jī)利用裝在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)算法則或程序來得到準(zhǔn)確尺寸和位置的掩模形狀，然后利用其來制造掩模。當(dāng)掩模放置在掩模固定器中時(shí)，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(jié)構(gòu)與物體待檢查部分之間的內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)之間的內(nèi)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(nèi)反射，有利于提高圖像質(zhì)量。更具體說，產(chǎn)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(shí)間，并且也完全消除了不希望的光線到達(dá)物體和由此被傳感器接收到。因此，傳感器接收到質(zhì)量更高但數(shù)量減少了的數(shù)據(jù)，因此減少了圖像處理時(shí)間。而且，通過把各個(gè)三維輪廓輸入到計(jì)算機(jī)以及隨后產(chǎn)生用于每個(gè)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(shù)效果包括通過完全消除物體待檢查部分與環(huán)境結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)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(nèi)反射，有利于提高圖像質(zhì)量。
雖然在此描述和/或說明的系統(tǒng)和方法是參照燃?xì)廨啓C(jī)引擎組件，更具體說針對燃?xì)廨啓C(jī)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(yīng)用性不限于燃?xì)廨啓C(jī)引擎葉片，也不限于通常的燃?xì)廨啓C(jī)引擎組件。另外，在此描述和/或說明的系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用于任何物體。
在此詳細(xì)描述和/或說明了示范實(shí)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(shí)施例，而是，每個(gè)系統(tǒng)的組件，和每個(gè)方法的步驟，可以脫離在此描述的其它組件和步驟獨(dú)立和單獨(dú)利用。每個(gè)系統(tǒng)的組件，和每個(gè)方法的步驟，也可以與在此描述的其它組件和步驟結(jié)合使用。
當(dāng)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(gè)”、“該”和“所述”是用來指示存在一個(gè)或多個(gè)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(jù)不同具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述的同時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行改進(jìn)。
部件列表

權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)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(chǎn)生(104)掩模，其中該掩模包括在其內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1的方法(100)，進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1的方法(100)，其中確定待檢查物體(12)的輪廓進(jìn)一步包括把物體的幾何輪廓輸入到計(jì)算機(jī)(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(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，所述結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)包括把結(jié)構(gòu)化的光投射到物體表面上的結(jié)構(gòu)化光源(22)；用于接收從該物體表面反射的結(jié)構(gòu)化光的成像系統(tǒng)；和放置在所述結(jié)構(gòu)化光源和物體之間的掩模(52)，所述掩模包括在其內(nèi)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(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，其中物體(12)包括燃?xì)廨啓C(jī)引擎葉片。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，其中所述結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，進(jìn)一步包括位于所述結(jié)構(gòu)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(shè)置為容納所述掩模。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)(26)，所述計(jì)算機(jī)設(shè)置為接收表示物體(12)的三維幾何輪廓的數(shù)據(jù)；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(jù)權(quán)利要求8的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(26)進(jìn)一步設(shè)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(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)化光測量系統(tǒng)(10)，進(jìn)一步包括設(shè)置成固定物體(12)的夾具，所述光源(22)進(jìn)一步設(shè)置成引導(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)生(104)掩模，其中該掩模包括在其內(nèi)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(quán)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