本公開內(nèi)容大體上涉及用于構(gòu)件的定位系統(tǒng)及方法，并且更具體地涉及便于改善構(gòu)件上的定位和后續(xù)操作(諸如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)關(guān)于構(gòu)件的定位)的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在各種應(yīng)用中，通常期望的是構(gòu)件和構(gòu)件上的表面特征的一致且準(zhǔn)確地定位。構(gòu)件和其上的表面特征的定位可便于在構(gòu)件和表面特征上或?qū)?gòu)件和表面特征執(zhí)行的后續(xù)操作。

其中期望一致且準(zhǔn)確的定位的一個應(yīng)用是在其中構(gòu)件經(jīng)歷許多極端條件(例如，高溫、高壓、大應(yīng)力負(fù)載等)的應(yīng)用中。隨著時間過去，設(shè)備的獨(dú)立構(gòu)件可遭受可縮短構(gòu)件的使用壽命的蠕變和/或變形。例如，此類問題可適于一些渦輪機(jī)，諸如燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。在渦輪機(jī)的操作期間，渦輪機(jī)內(nèi)且特別是渦輪機(jī)的渦輪區(qū)段內(nèi)的各種構(gòu)件(共同稱為渦輪構(gòu)件)(諸如渦輪葉片)可經(jīng)歷高溫和高應(yīng)力引起的蠕變。對于渦輪葉片，蠕變可促使整個葉片的部分伸長，使得葉片末梢接觸靜止結(jié)構(gòu)(例如，渦輪殼)，且可能在操作期間引起不需要的振動和/或降低性能。

因此，可針對蠕變監(jiān)測諸如渦輪構(gòu)件的構(gòu)件。針對蠕變監(jiān)測構(gòu)件的一個途徑在于將應(yīng)變傳感器配置在構(gòu)件上，且以各種間隔分析應(yīng)變傳感器來監(jiān)測與蠕變應(yīng)變相關(guān)聯(lián)的變形。此途徑的一個缺陷在于，用于分析應(yīng)變傳感器的設(shè)備必須在應(yīng)變傳感器的各次分析期間定位在關(guān)于應(yīng)變傳感器的特定位置，以防止此類定位中的不一致引起的引入變形分析中的任何誤差。此定位可能耗時且昂貴，因此導(dǎo)致變形監(jiān)測過程中的低效。

構(gòu)件和其上的表面特征的一致且準(zhǔn)確的定位的需要不限于應(yīng)變傳感器和渦輪構(gòu)件應(yīng)用。此需要存在于其它構(gòu)件應(yīng)用中。例如，限定在構(gòu)件的外表面中的冷卻孔的準(zhǔn)確且一致的探測是期望的，諸如用于遮蓋目的。而且，施加到構(gòu)件的外表面上的殘余涂層的準(zhǔn)確且一致的探測是期望的，諸如用于除去目的。

因此，便于改善的定位和后續(xù)操作(諸如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)關(guān)于構(gòu)件的定位)的用于構(gòu)件的備選定位系統(tǒng)和方法是期望的。具體而言，提供表面特征(諸如應(yīng)變傳感器、冷卻孔、涂層等)的有效且準(zhǔn)確的探測的系統(tǒng)和方法將是有利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地闡明，或可從描述中清楚，或可通過實(shí)施本發(fā)明理解到。

按照本公開內(nèi)容的一個實(shí)施例，提供了一種用于構(gòu)件的定位方法。構(gòu)件具有外表面。該方法包括通過分析構(gòu)件的圖像以獲得表面特征的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來沿x軸線和y軸線定位配置在外表面上的表面特征。該方法還包括沿z軸線直接地測量表面特征來獲得表面特征的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中x軸線、y軸線和z軸線相互正交。該方法還包括計(jì)算表面特征的縱傾值、側(cè)傾值或橫擺值中的至少兩個。

按照本公開內(nèi)容的另一個實(shí)施例，提供了一種用于構(gòu)件的定位方法。構(gòu)件具有外表面。該方法包括通過執(zhí)行構(gòu)件的圖像的像素分析以獲得表面特征的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來沿x軸線和y軸線定位配置在外表面上的表面特征。該方法還包括沿z軸線直接地測量表面特征來獲得表面特征的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中x軸線、y軸線和z軸線相互正交。該方法還包括基于x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)、y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來計(jì)算表面特征的縱傾值和側(cè)傾值。

按照本公開內(nèi)容的另一個實(shí)施例，提供了一種用于構(gòu)件的定位系統(tǒng)。構(gòu)件具有外表面。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括用于獲得構(gòu)件的圖像的成像裝置，以及用于檢查配置在構(gòu)件的外表面上的表面特征的三維數(shù)據(jù)采集裝置。系統(tǒng)還包括與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可操作地通信的處理器。處理器配置成用于通過分析圖像以獲得表面特征的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來沿x軸線和y軸線定位表面特征，基于來自三維數(shù)據(jù)采集裝置的信號獲得表面特征的沿z軸線的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中x軸線、y軸線和z軸線相互正交，以及計(jì)算表面特征的縱傾值、側(cè)傾值或橫擺值中的至少兩個。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種用于構(gòu)件的定位方法，所述構(gòu)件具有外表面，所述方法包括：通過分析所述構(gòu)件的圖像以獲得表面特征的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來沿x軸線和y軸線定位配置在所述外表面上的所述表面特征；沿z軸線直接地測量所述表面特征，以獲得所述表面特征的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中所述x軸線、所述y軸線和所述z軸線相互正交；以及計(jì)算所述表面特征的縱傾值、側(cè)傾值或橫擺值中的至少兩個。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述縱傾值、所述側(cè)傾值或所述橫擺值中的至少兩個基于所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)或所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)中的至少一者來計(jì)算。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，計(jì)算步驟包括計(jì)算所述表面特征的所述縱傾值和所述側(cè)傾值。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，所述縱傾值基于所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來計(jì)算，以及其中所述側(cè)傾值基于所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來計(jì)算。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述表面特征使用非接觸直接測量技術(shù)來直接地測量。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，直接測量步驟包括：朝所述表面特征發(fā)射光；在所述光反射之后探測所述光；以及基于探測的光計(jì)算所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，分析所述圖像包括執(zhí)行所述圖像的像素分析。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括基于所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)、所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述縱傾值、所述側(cè)傾值或所述橫擺值中的至少兩個來關(guān)于所述表面特征定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述表面特征為應(yīng)變傳感器。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述表面特征為冷卻孔。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案提供了一種用于構(gòu)件的定位方法，所述構(gòu)件具有外表面，所述方法包括：通過執(zhí)行所述構(gòu)件的圖像的像素分析以獲得表面特征的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來沿x軸線和y軸線定位配置在所述外表面上的所述表面特征；沿z軸線直接地測量所述表面特征，以獲得所述表面特征的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中所述x軸線、所述y軸線和所述z軸線相互正交；以及基于所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)、所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算所述表面特征的縱傾值和側(cè)傾值。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)、所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)、所述縱傾值和所述側(cè)傾值來關(guān)于所述表面特征定位數(shù)據(jù)采集裝置。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案提供了一種用于構(gòu)件的定位系統(tǒng)，所述構(gòu)件具有外表面，所述系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：用于獲得所述構(gòu)件的圖像的成像裝置；以及用于檢查配置在所述構(gòu)件的所述外表面上的表面特征的三維數(shù)據(jù)采集裝置；以及與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可操作通信的處理器，所述處理器配置成用于：通過分析所述圖像以獲得所述表面特征的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來沿x軸線和y軸線定位所述表面特征；基于來自所述三維數(shù)據(jù)采集裝置的信號獲得所述表面特征的沿z軸線的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中所述x軸線、所述y軸線和所述z軸線相互正交；以及計(jì)算所述表面特征的縱傾值、側(cè)傾值或橫擺值中的至少兩個。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述縱傾值、所述側(cè)傾值或所述橫擺值中的至少兩個基于所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)或所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)中的至少一者來計(jì)算。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，計(jì)算步驟包括計(jì)算所述表面特征的所述縱傾值和所述側(cè)傾值。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，所述縱傾值基于所述x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來計(jì)算，以及其中所述側(cè)傾值基于所述y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)來計(jì)算。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述三維數(shù)據(jù)采集裝置為非接觸三維數(shù)據(jù)采集裝置。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，分析所述圖像包括執(zhí)行所述圖像的像素分析。

本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述表面特征為應(yīng)變傳感器。

本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述表面特征為冷卻孔。

本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將參照以下描述和所附權(quán)利要求變得更好理解。并入且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，且連同描述用于闡釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

針對本領(lǐng)域的技術(shù)人員的包括其最佳模式的本發(fā)明的完整且開放的公開內(nèi)容在參照附圖的說明書中提出，在附圖中：

圖1為按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的包括表面特征的示例性構(gòu)件的透視圖；

圖2為按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的示例性表面特征的頂視圖；

圖3為按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的在表面特征的定位期間用于監(jiān)測構(gòu)件的系統(tǒng)的透視圖；

圖4為按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的構(gòu)件的圖像；

圖5為圖4的圖像的一部分的近視圖；

圖6為按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的在表面特征的直接測量期間用于監(jiān)測構(gòu)件的系統(tǒng)的透視圖；

圖7為按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的構(gòu)件的三維輪廓；以及

圖8為示出按照本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的方法的流程圖。

零件列表

10渦輪構(gòu)件

11外表面

30表面特征

35冷卻孔

40應(yīng)變傳感器

41基準(zhǔn)點(diǎn)

42基準(zhǔn)點(diǎn)

45負(fù)空間

47唯一標(biāo)識符

d距離

50x軸線

52y軸線

54z軸線

60側(cè)傾角

62縱傾角

64橫擺角

100系統(tǒng)

102數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

104處理器

106成像裝置

108數(shù)據(jù)采集裝置

110透鏡組件

112成像捕獲裝置

120激光器

122光

124傳感器

130機(jī)械臂

200方法

210方法步驟

212圖像

214x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)

216y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)

218像素

219多像素組

220方法步驟

222z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)

2243d輪廓

230方法步驟

232側(cè)傾值

234縱傾值

240方法步驟。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，其一個或更多個實(shí)例在附圖中示出。各個實(shí)例通過闡釋本發(fā)明的方式提供，而不限制本發(fā)明。實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的是，可在本發(fā)明中制作出各種改型和變型，而不會脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，示為或描述為一個實(shí)施例的一部分的特征可結(jié)合另一個實(shí)施例使用以產(chǎn)生又一個實(shí)施例。因此，期望本發(fā)明覆蓋歸入所附權(quán)利要求和其等同物的范圍內(nèi)的此類改型和變型。

現(xiàn)在參看圖1，示出了具有多個表面特征30的構(gòu)件10，在該實(shí)施例中表面特征30是配置在構(gòu)件10上的應(yīng)變傳感器40和/或冷卻孔35。構(gòu)件10(且更具體而言，整個構(gòu)件10的基底)可包括用于多種不同應(yīng)用的多種類型的構(gòu)件，例如，用于高溫應(yīng)用的構(gòu)件(例如，包括鎳基或鈷基超級合金的構(gòu)件)。在一些實(shí)施例中，構(gòu)件10可包括工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)構(gòu)件，諸如燃燒構(gòu)件或熱氣體路徑構(gòu)件。在一些實(shí)施例中，構(gòu)件10可包括渦輪葉片、壓縮機(jī)葉片、導(dǎo)葉、噴嘴、護(hù)罩、轉(zhuǎn)子、過渡件或殼。在其它實(shí)施例中，構(gòu)件10可包括渦輪的任何其它構(gòu)件，諸如燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)等的任何其它構(gòu)件。在一些實(shí)施例中，構(gòu)件可包括非渦輪構(gòu)件，包括但不限于汽車構(gòu)件(例如，小汽車、卡車等)、航空構(gòu)件(例如，飛機(jī)、直升機(jī)、航天飛機(jī)、鋁零件等)、火車或軌道構(gòu)件(例如，列車、列車軌道等)、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或土木工程構(gòu)件(例如，橋梁、建筑物、建筑設(shè)備等)，且/或動力設(shè)備或化學(xué)處理構(gòu)件(例如，用于高溫應(yīng)用的管)。

構(gòu)件10具有外表面11，應(yīng)變傳感器40可配置在外表面11上或下方。按照本公開內(nèi)容的應(yīng)變傳感器40可使用任何適合的技術(shù)配置在外表面11上，包括沉積技術(shù)；其它適合的添加制造技術(shù)；削減技術(shù)(諸如激光燒蝕、雕刻、機(jī)加工等)；外形改變技術(shù)(諸如退火、直接表面變色)或引起反射性的局部變化的技術(shù)；使用適合的安裝設(shè)備或技術(shù)(諸如粘附、焊接、硬釬焊等)安裝之前形成的應(yīng)變傳感器40；或識別可用作應(yīng)變傳感器40的構(gòu)件的外表面11的之前存在的特征。另外，在另一個備選特征中，應(yīng)變傳感器40可在構(gòu)件10的制造期間或之后使用適合的嵌入技術(shù)配置在外表面11下方。

現(xiàn)在參看圖1和2，應(yīng)變傳感器40通常包括至少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)41和42，其可用于以多個時間間隔測量所述至少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)41和42之間的距離d。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，這些測量結(jié)果可有助于確定構(gòu)件10的該區(qū)域處的應(yīng)變量、應(yīng)變率、蠕變、疲勞、應(yīng)力等。只要至少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)41和42之間的距離d可測量，則至少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)41和42可取決于特定構(gòu)件10設(shè)置在多種距離處和多種位置。此外，至少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)41和42可包括點(diǎn)、線、圓、框或任何其它幾何形狀或非幾何形狀，只要它們可一致地識別，且可用于測量其間的距離d。

應(yīng)變傳感器40可包括多種不同的構(gòu)造和截面，諸如通過結(jié)合多種不同地成形的、確定尺寸的和定位的基準(zhǔn)點(diǎn)41和42。例如，如圖2中所示，應(yīng)變傳感器40可包括多種不同的基準(zhǔn)點(diǎn)，其包括各種形狀和尺寸。此類實(shí)施例可提供較多種類的距離測量結(jié)果d，諸如最外基準(zhǔn)點(diǎn)(如圖所示)之間、兩個內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)之間，或其間的任何組合。較多種類還可通過提供跨過較多種類的位置的應(yīng)變測量結(jié)果來提供構(gòu)件10的特定部分上的更穩(wěn)健的應(yīng)變分析。

此外，應(yīng)變傳感器40的各種大小的值例如可取決于構(gòu)件10、應(yīng)變傳感器40的位置、測量的目標(biāo)精度、應(yīng)用技術(shù)和光學(xué)測量技術(shù)。例如，在一些實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可包括范圍從小于1毫米到大于300毫米的長度和寬度。此外，應(yīng)變傳感器40可包括在不會顯著影響下方的構(gòu)件10的性能的情況下，適用于應(yīng)用且隨后光學(xué)識別的任何厚度。顯著地，該厚度可為遠(yuǎn)離表面11的正厚度(諸如在使用添加技術(shù)時)，或進(jìn)入表面11的負(fù)厚度(諸如在使用削減技術(shù)時)。例如，在一些實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可包括小于大約0.01毫米到大于1毫米的厚度。在一些實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可具有基本一致的厚度。此實(shí)施例可有助于促進(jìn)第一基準(zhǔn)點(diǎn)41與第二基準(zhǔn)點(diǎn)42之間的隨后應(yīng)變計(jì)算的更準(zhǔn)確測量。

在一些實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可包括正應(yīng)用的正方形或矩形，其中第一基準(zhǔn)點(diǎn)41和第二基準(zhǔn)點(diǎn)42包括所述正方形或矩形的兩個相對側(cè)。在其它實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可包括由負(fù)空間45(即，其中未應(yīng)用應(yīng)變傳感器材料的區(qū)域)分開的至少兩個應(yīng)用的基準(zhǔn)點(diǎn)41和42。負(fù)空間45例如可包括構(gòu)件10的外表面11的露出部分。作為備選或另外，負(fù)空間45可包括隨后應(yīng)用的視覺對比材料，其不同于至少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)41和42的材料(或反之亦然)。

如圖2中所示，在一些實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可包括唯一標(biāo)識符47(下文為"uid")。uid47可包括任何類型的條碼、標(biāo)記、標(biāo)簽、序列號、圖案或便于該特定應(yīng)變傳感器40的識別的其它識別系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，uid47可另外或作為備選包括關(guān)于構(gòu)件10或應(yīng)變傳感器40配置在其上的整個組件的信息。uid47由此可有助于識別和跟蹤特定應(yīng)變傳感器40、構(gòu)件10或甚至整個組件，以有助于關(guān)聯(lián)測量結(jié)果來用于過去、當(dāng)前和將來的操作跟蹤。

應(yīng)變傳感器40由此可配置在各種構(gòu)件10的多種位置中的一個或更多個中。例如，如上文所述，應(yīng)變傳感器40可配置在葉片、導(dǎo)葉、噴嘴、護(hù)罩、轉(zhuǎn)子、過渡件或殼上。在此實(shí)施例中，應(yīng)變傳感器40可配置在已知在單元操作期間經(jīng)歷各種力的一個或更多個位置，諸如在翼型件、平臺、末梢或任何其它適合的位置上或附近。此外，應(yīng)變傳感器40可配置在已知經(jīng)歷升高溫度的一個或更多個位置。例如，應(yīng)變傳感器40可配置在熱氣體路徑或燃燒渦輪構(gòu)件10上。

如本文所述且如圖1中所示，多個應(yīng)變傳感器40可配置在單個構(gòu)件10或在多個構(gòu)件10上。例如，多個應(yīng)變傳感器40可在各種位置處配置在單個構(gòu)件10(例如，渦輪葉片)上，使得應(yīng)變可在關(guān)于獨(dú)立構(gòu)件10的較多數(shù)目的位置處確定。作為備選或另外，多個類似的構(gòu)件10(例如，多個渦輪葉片)可各種具有配置在標(biāo)準(zhǔn)位置的應(yīng)變傳感器40，以便由各個特定構(gòu)件10經(jīng)歷的應(yīng)變量可與其它類似的構(gòu)件10比較。甚至在一些實(shí)施例中，同一組件的多個不同構(gòu)件10(例如，渦輪構(gòu)件實(shí)施例中的同一渦輪的葉片和導(dǎo)葉)可各種具有構(gòu)造在其上的應(yīng)變傳感器40，使得可確定整個組件內(nèi)的不同位置處經(jīng)歷的應(yīng)變量。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開內(nèi)容不限于如本文所示的應(yīng)變傳感器40。而是，構(gòu)造在構(gòu)件10(諸如在其外表面11)上的任何適合的表面特征30都在本公開內(nèi)容的范圍和精神內(nèi)。其它適合的表面特征30的實(shí)例包括限定在外表面中的冷卻孔35、施加到外表面11上的涂層(其中外表面11限定為構(gòu)件10的基礎(chǔ)構(gòu)件的外表面)等。

圖1和2中還示出了坐標(biāo)系。坐標(biāo)系包括x軸線50、y軸線52和z軸線54，其中所有都相互正交于彼此。此外，示出了側(cè)傾角60(圍繞x軸線50)、縱傾角62(圍繞y軸線52)和橫擺角64(圍繞z軸線54)。

現(xiàn)在參看圖3和6，示出了用于構(gòu)件10的定位系統(tǒng)100。例如，系統(tǒng)100可包括一個或更多個表面特征30，其可如上文所述配置在一個或更多個構(gòu)件10的外表面11上。系統(tǒng)100還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102和處理器104。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102通常采集關(guān)于構(gòu)件10和(多個)表面特征30的數(shù)據(jù)，且處理器104通常分析數(shù)據(jù)，且執(zhí)行各種計(jì)算和如本文所述的其它功能。具體而言，按照本公開內(nèi)容的系統(tǒng)100提供表面特征30關(guān)于構(gòu)件10的準(zhǔn)確且有效的探測。

此類探測便于改善構(gòu)件10上或關(guān)于構(gòu)件10的操作，例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)100關(guān)于構(gòu)件10和表面特征30的定位，以用于進(jìn)一步監(jiān)測和分析(諸如用于變形監(jiān)測)，和/或其它設(shè)備關(guān)于構(gòu)件10和表面特征30的定位，以用于進(jìn)一步處理表面特征30和構(gòu)件10。作為備選，此探測可便于構(gòu)件10上或關(guān)于構(gòu)件10的其它操作。例如，可執(zhí)行的其它適合的操作可包括遮蓋和/或打開表面特征30(諸如冷卻孔35)；構(gòu)件10和/或其表面特征30的混合；構(gòu)件10和/或其表面特征30的拋光；構(gòu)件10和/或其表面特征30的焊接，等。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102可包括用于獲得構(gòu)件10圖像的成像裝置106。例如，成像裝置106可包括透鏡組件110和圖像捕獲裝置112。透鏡組件110通常可放大由透鏡組件110看到的圖像，以用于由圖像捕獲裝置112處理。在一些實(shí)施例中，透鏡組件110例如可為適合的相機(jī)透鏡、望遠(yuǎn)鏡透鏡等，且可包括間隔開來提供所需的放大的一個或更多個透鏡。圖像捕獲裝置112通常可與透鏡組件110連通來接收和處理來自透鏡組件110的光，以生成圖像。例如，在示例性實(shí)施例中，圖像捕獲裝置112可為相機(jī)傳感器，其接收和處理來自相機(jī)透鏡的光以生成圖像，諸如數(shù)字圖像，這是通常所理解的。圖像捕獲裝置112(且裝置106通常)還可例如經(jīng)由適合的有線或無線連接來與處理器104通信，以用于儲存和分析來自圖像捕獲裝置112且通常裝置106的圖像。顯然，在示例性實(shí)施例中，處理器104執(zhí)行和操作成像裝置106來執(zhí)行各種公開的步驟。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102還可包括三維數(shù)據(jù)采集裝置108，以用于檢查配置在構(gòu)件10的外表面11上的表面特征30。按照本公開內(nèi)容的裝置108通常使用表面度量技術(shù)來獲得沿三個軸線的構(gòu)件10的直接測量。具體而言，非接觸表面度量技術(shù)可用于示例性實(shí)施例中。大體上，使用表面度量技術(shù)來獲得三維中的直接測量的任何適合的三維數(shù)據(jù)采集裝置108都可使用。在示例性實(shí)施例中，裝置108為非接觸裝置，其使用非接觸表面度量技術(shù)。

按照圖3和6中所示的一個實(shí)施例，在一些示例性實(shí)施例中，裝置108為激光掃描儀。激光掃描儀通常包括激光器120，其通常諸如在這些實(shí)施例構(gòu)件10中朝物體發(fā)射激光束形式的光122。光122然后由裝置108的傳感器124探測到。例如，在一些實(shí)施例中，光122然后反射出其接觸的表面，且由裝置108的傳感器124接收到。光122到達(dá)傳感器124的往返時間用于確定沿各種軸線的測量。這些裝置典型地稱為渡越時間裝置。在其它實(shí)施例中，傳感器124探測其接觸的表面上的光122，且基于傳感器124的視場中的光122的相對位置來確定測量。這些裝置典型地稱為三角測量裝置。如所述，x軸線、y軸線和z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)然后基于探測到的光來計(jì)算。顯然，在示例性實(shí)施例中，處理器104執(zhí)行和操作此數(shù)據(jù)采集裝置108來執(zhí)行各種公開的步驟。

在一些實(shí)施例中，由激光器120發(fā)射的光122在僅寬到足以反射待測量的物體的一部分的帶中發(fā)射。在這些實(shí)施例中，機(jī)械臂(如本文所述)或用于移動激光器120的其它適合的機(jī)構(gòu)可用于按需要移動激光器120和發(fā)射的帶，直到光122反射出待測量的整個物體。

在其它實(shí)施例中，例如，裝置108可為結(jié)構(gòu)光掃描儀，其發(fā)射藍(lán)光或白光。當(dāng)光接觸構(gòu)件10時，構(gòu)件10的表面輪廓使光扭曲。此扭曲由相機(jī)拍攝的圖像中獲得。接觸構(gòu)件10的光的圖像例如由處理器104接收到。處理器104然后基于接收到的圖像，例如通過比較光圖案與預(yù)期圖案中的扭曲來計(jì)算x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)、y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)和z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)。在其它備選實(shí)施例中，可使用其它適合的表面度量裝置。顯然，在示例性實(shí)施例中，處理器104執(zhí)行和操作此裝置來執(zhí)行各種所需的步驟。

如圖所示，系統(tǒng)100還可包括處理器104。大體上，如本文中所使用的，用語"處理器"不但是指本領(lǐng)域中稱為包括在計(jì)算機(jī)中的集成電路，而且是指控制器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(plc)、專用集成電路，以及其它可編程電路。處理器104還可包括各種輸入/輸出通道來用于接收來自各種其它構(gòu)件的輸入和發(fā)送控制信號至各種其它構(gòu)件，處理器104與諸如成像裝置106、數(shù)據(jù)采集裝置108、機(jī)械臂(本文所述)等的該各種其它構(gòu)件通信。處理器104大體上執(zhí)行如本文所述的各種步驟。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，按照本公開內(nèi)容的處理器104可為與系統(tǒng)100的其它各種構(gòu)件通信的單個主處理器104，且/或可包括多個獨(dú)立的構(gòu)件處理器，即，成像裝置處理器、數(shù)據(jù)采集裝置處理、機(jī)械臂處理器等。各種獨(dú)立的構(gòu)件處理器可與彼此通信，且還可與主處理器通信，且這些構(gòu)件可共同地稱為處理器104。

如圖3和6中進(jìn)一步所示，系統(tǒng)100可包括機(jī)械臂130。機(jī)械臂130可支持和便于系統(tǒng)100的其它構(gòu)件(諸如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102和處理器104的構(gòu)件)的移動。例如，成像裝置106和數(shù)據(jù)采集裝置108可安裝到機(jī)械臂130上。處理器104可諸如利用各種馬達(dá)和/或驅(qū)動其構(gòu)件來與機(jī)械臂130通信，且可促動機(jī)械臂130來按需要移動。在示例性實(shí)施例中，此移動可使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102關(guān)于構(gòu)件10定位。在示例性實(shí)施例中，機(jī)械臂130為六自由度的臂130，其提供沿軸線50,52,54和沿角60,62,64(如所述，圍繞軸線)的移動。

現(xiàn)在參看圖8，本公開內(nèi)容還針對用于構(gòu)件10的定位方法200。類似于系統(tǒng)100，如上文所述，方法200可用于準(zhǔn)確地且高效地探測表面特征30。而且，如上文所述，方法200可用于關(guān)于構(gòu)件10定位數(shù)據(jù)采集裝置102或其它適合的設(shè)備。在示例性實(shí)施例中，處理器104可用于執(zhí)行本文所述的各種方法步驟200。因此，系統(tǒng)100和方法200可配置成用于如本文所述的操作。

例如，方法200可包括通過分析構(gòu)件10的圖像212以獲得表面特征30的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216來沿x軸線50和y軸線52定位配置在構(gòu)件10的外表面11上的一個或更多個表面特征30的步驟210。圖4示出了構(gòu)件10的圖像212的一個實(shí)施例，其例如可經(jīng)由如本文所述的成像裝置106獲得。圖5提供了圖像212的近視部分，示出了構(gòu)件10上的表面特征30。表面特征30可使用任何適合的圖像分析方法來定位，且在示例性實(shí)施例中，為任何適合的二維圖像分析方法，其輸出x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216。顯然，x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216可針對構(gòu)件10自身(例如，關(guān)于圖像212中的背景)和針對關(guān)于構(gòu)件10的表面特征30來獲得。此數(shù)據(jù)點(diǎn)214,216可將表面特征30定位在關(guān)于構(gòu)件10的二維空間中，且還可提供二維空間中的構(gòu)件10自身(包括其外輪廓)的輪廓。

在示例性實(shí)施例中，定位步驟210包括執(zhí)行圖像212的像素分析。該分析大體上是基于顏色深度差(即，顏色或灰度的差異)將參考物體(例如，分別是表面特征和構(gòu)件)與背景(例如，分別是構(gòu)件和背景)區(qū)分開的分析。分析可在限定圖像212的各個獨(dú)立像素218或像素組219上執(zhí)行。為了進(jìn)行像素分析，例如，圖像的每像素位數(shù)(即，128、256等)可分成兩個或更多個組(例如，包括較亮的顏色深度的一組和包括較暗的顏色深度的一組)。各組歸類為參考對象部分或背景部分。例如，顏色深度分析可將較暗或較亮的顏色深度的像素或多像素組分類為表示參考物體(即，表面特征關(guān)于構(gòu)件，或構(gòu)件關(guān)于背景)，且可將較暗或較亮的顏色深度中的其它的像素或多像素組分類為表示背景(即，構(gòu)件關(guān)于表面特征，或背景關(guān)于構(gòu)件)。顯然，較亮和較暗的組中的不同劃分可用于將表面特征與構(gòu)件和將構(gòu)件與背景區(qū)分開。

因此，x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y中數(shù)據(jù)點(diǎn)216可針對表面特征30關(guān)于構(gòu)件10而獲得(以及如果期望，針對構(gòu)件10自身，諸如用于其外輪廓)。例如，按照本公開內(nèi)容的方法還可包括沿z軸線54直接地測量(多個)表面特征30來獲得(多個)表面特征30(以及通常構(gòu)件10)的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222的步驟220。顯然，步驟220在示例性實(shí)施例可與步驟210分開發(fā)生。圖7示出了構(gòu)件10的三維輪廓224的一個實(shí)施例，其已經(jīng)諸如通過如本文所述的三維數(shù)據(jù)采集裝置108被直接測量。

在如本文中所示使用激光掃描儀的特定示例性實(shí)施例中，例如，如本文所述，步驟220可包括以下步驟：從激光器朝表面特征30(和通常構(gòu)件10)發(fā)射光、在光反射之后探測光和基于探測到的光計(jì)算z軸線的數(shù)據(jù)點(diǎn)222。作為備選，如本文所述，可使用其它適合的表面度量技術(shù)。

顯然，步驟220還可包括沿z軸線50和y軸線52直接地測量(多個)表面特征30，以獲得(多個)表面特征30(和大體上構(gòu)件10)的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216。在一些實(shí)施例中，(多個)表面特征30可具有足夠不同于構(gòu)件30的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)，它們可在所得的三維輪廓224中可見或關(guān)于構(gòu)件10以其它的方式可探測到。然而，在其它實(shí)施例(如圖所示)中，(多個)表面特征30自身僅可具有與構(gòu)件10自身沿z軸線的最小差異或無差異，使得(多個)表面特征30不可僅基于由直接測量步驟220所得的數(shù)據(jù)點(diǎn)而關(guān)于構(gòu)件10可探測。方法200因此可組合由步驟210和220所得的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以獲得構(gòu)件10和表面特征30的整個準(zhǔn)確輪廓，因此便于準(zhǔn)確且高效的表面特征30定位。

例如，構(gòu)件10的外輪廓的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216可用于組合從步驟210和220獲得的數(shù)據(jù)集。換言之，數(shù)據(jù)集可基于所獲得的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216"覆蓋"在彼此上。一旦數(shù)據(jù)集如此組合，則各個表面特征30的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216從步驟210獲知，且各個表面特征30(即，如果表面特征30并未獨(dú)立探測到，則表面特征30的位置處的構(gòu)件10)的z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222從步驟220獲知。在數(shù)據(jù)集組合的情況下，可獲得用于各個表面特征30的完整的三維數(shù)據(jù)集。

方法200還可包括計(jì)算表面特征30中的一個或更多個的側(cè)傾值232、間距值234或偏航值236中的一個、兩個或更多個的步驟230。側(cè)傾值232可為表面特征30以此設(shè)置的特定側(cè)傾角60(關(guān)于預(yù)先限定的坐標(biāo)系內(nèi)的預(yù)先限定的零角)。縱傾值234可為表面特征30以此設(shè)置的特定縱傾角62(關(guān)于預(yù)先限定的坐標(biāo)系內(nèi)的預(yù)先限定的零角)。橫擺值236可為表面特征30以此設(shè)置的特定橫擺角64(關(guān)于預(yù)先限定的坐標(biāo)系內(nèi)的預(yù)先限定的零角)。在示例性實(shí)施例中，側(cè)傾值232、縱傾值234和/或橫擺值可為表面特征30的平均值。

例如，值232,234可在z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222和x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216中的一個或兩個上計(jì)算。例如，側(cè)傾值232可基于表面特征30的y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216和z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222(且可進(jìn)一步使用x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214)來計(jì)算。縱傾值234可基于表面特征30的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222(且可進(jìn)一步使用y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216)來計(jì)算。橫擺值可基于表面特征30的y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216和x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214(且可進(jìn)一步使用z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222)來計(jì)算。顯然，數(shù)據(jù)點(diǎn)214,216,222的平均值可用于獲得平均側(cè)傾值、縱傾值和橫擺值。

在一些實(shí)施例中，方法200還可包括例如關(guān)于表面特征30來定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)100的步驟240。此步驟240可進(jìn)一步便于按需要監(jiān)測和分析表面特征30。例如，在表面特征30為應(yīng)變傳感器40的實(shí)施例中，此步驟240可便于變形分析。在一些實(shí)施例中，例如，臂130可移動到關(guān)于表面特征30的適合位置。此定位可例如基于x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214、y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216和可選地z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222。例如，系統(tǒng)100可移動到關(guān)于表面特征30的x軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)214和y軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)216的中點(diǎn)的適合位置，且可任選地基于z軸線數(shù)據(jù)點(diǎn)222移動到與表面特征30間隔開的適合位置。此定位還可基于側(cè)傾值232和縱傾值234和可選地橫擺值中的一者或兩者。此外，系統(tǒng)100可移動到關(guān)于這些值的任何適合位置，使得系統(tǒng)100的特征正交于表面特征30的平均位置(基于值)。

在一些實(shí)施例中，方法200還可包括例如如上文所述的遮蓋和/或打開表面特征30、混合、拋光、焊接等步驟。

本書面描述使用了實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)施例包括并非不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則期望此類其它實(shí)例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。