使用選擇性成像測量物體的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】使用選擇性成像測量物體的方法和設(shè)備
[0001]優(yōu)先權(quán)
[0002]本專利申請要求于2014年5月29日提交的美國專利申請?zhí)?4/290，100以及于2013年6月17日提交的臨時申請?zhí)?1/835，952的優(yōu)先權(quán)，這兩個申請的名稱都是“METHODAND APPARATUS OF MEASURING OBJECTS USING SELECTIVE IMAGING (使用選擇性成像測量物體的方法和設(shè)備)”，并且以Jonathan O’ Hare和Stephen Darrouzet為發(fā)明人，通過參照將這兩個申請的公開內(nèi)容全部結(jié)合在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及度量技術(shù)，更具體而言，本發(fā)明涉及使用成像裝置的度量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)廣泛用于具有多個特征的制造物體的幾何檢查和測量。這些特征經(jīng)常在不同位置以不同取向遍及物體分布。為了改善使用CMM的工業(yè)過程，許多這樣的機(jī)器應(yīng)該以使測量循環(huán)時間最小的方式快速地將測量傳感器指向相關(guān)特征。對于單點(diǎn)觸針必須進(jìn)行多次運(yùn)動來收集關(guān)于物體的每個特征的足夠數(shù)據(jù)的觸覺式探測系統(tǒng)來說尤其如此。在一些應(yīng)用中，這種觸覺檢測方法太慢。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)通過研發(fā)更先進(jìn)的探測系統(tǒng)(諸如激光點(diǎn)或線掃描儀)來解決該問題，這種探測系統(tǒng)以更小的運(yùn)動范圍收集更多的數(shù)據(jù)。
[0005]計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查系統(tǒng)也已經(jīng)用來進(jìn)行檢查和測量。令人不滿意的是，對發(fā)明人來說已知的這種系統(tǒng)需要獲取物體的整個體積。因而，工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)利用多個二維X射線投影圖像(錐束掃描儀/平板掃描儀)或一維X射線掃描線(螺旋掃描儀/線掃描儀)通過360度完全旋轉(zhuǎn)來掃描整個物體體積。隨后軟件將這些圖像重構(gòu)成平面切片或完整體積用于分析。
[0006]這種掃描方案的一個問題是其經(jīng)常收集大量信息。隨后必須對這些大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這需要花費(fèi)很長時間(例如，30至45分鐘，這個時間長度對于許多工業(yè)檢查系統(tǒng)來說是不可接受的)，并且占盡額外空間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。因此，使用現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算機(jī)斷層掃描方案進(jìn)行幾何檢查經(jīng)常是非常不實(shí)用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，一種測量物體的方法將所述物體與該物體的模型配準(zhǔn)，并且確定所述物體的至少一個特征來進(jìn)行掃描。接下來，該方法控制X射線掃描裝置以不用掃描整個所述物體，以便產(chǎn)生代表至少一個被掃描部分的可視數(shù)據(jù)。所述至少一個被掃描部分具有所述至少一個特征，同時根據(jù)所述物體與所述模型的配準(zhǔn)來控制所述X射線掃描裝置。
[0008]該方法進(jìn)一步可以從所述可視數(shù)據(jù)重構(gòu)所述物體的所述至少一個被掃描部分，從而產(chǎn)生重構(gòu)體。接下來，所述方法可以從所述重構(gòu)體測量所述至少一個特征。有時，所述方法可以確定所述物體的多個特征來進(jìn)行掃描，并且控制所述X射線掃描裝置以不用掃描整個所述物體，以便產(chǎn)生代表至少一個被掃描部分的可視數(shù)據(jù)，其中所述至少一個被掃描部分包括所述多個特征。以類似方式，所述X射線掃描裝置可以被控制成產(chǎn)生代表多個被掃描部分的可視標(biāo)記。所述至少一個被掃描部分也可以包括所述至少一個特征的至少一部分。
[0009]—些實(shí)施方式可以將所述物體加載到包括所述X射線掃描裝置的計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)內(nèi)，并且有時所述計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)具有不阻擋所述X射線掃描裝置的固定件。所述固定件可以以各種方式移動，諸如在平移方向上和在旋轉(zhuǎn)方向上。此外，所述模型可以包括三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型。實(shí)際上，除此之外，所述特征可以包括所述物體的內(nèi)部特征和外部特征。所述X射線掃描裝置可以包括在掃描所述物體時圍繞所述物體移動小于360度的源。除了其他方式之外，所述X射線掃描裝置可以掃描所述物體的多個相交平面。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式，一種用于測量物體的設(shè)備具有:配準(zhǔn)模塊，該配準(zhǔn)模塊被構(gòu)造成將所述物體與該物體的模型配準(zhǔn)；以及固定件，該固定件用于支撐所述物體。該設(shè)備還具有控制器，該控制器與所述配準(zhǔn)模塊操作聯(lián)接，所述控制器被構(gòu)造成控制X射線掃描裝置以不用掃描整個所述物體，以便產(chǎn)生代表至少一個被掃描部分的可視數(shù)據(jù)。所述至少一個被掃描部分包括至少一個特征，并且根據(jù)所述物體與所述模型的配準(zhǔn)來控制所述X射線掃描裝置。
[0011]本發(fā)明的例示性實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)為具有計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)上具有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。所述計(jì)算機(jī)可讀代碼可以根據(jù)傳統(tǒng)過程由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取和利用。
[0012]因而，現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查系統(tǒng)已經(jīng)主要用于非損壞性檢測目的，使得它們的設(shè)計(jì)需要完全獲取物體的整個體積，這是因?yàn)閮?nèi)部特征的精確位置可能是未知的。在今天的工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)中，通過利用多個或者二維X射線投影圖像(錐束/平面掃描儀)或一維X射線掃描線(螺旋/線掃描儀)進(jìn)行的完整360度旋轉(zhuǎn)來掃描整個物體體積。這些圖像隨后通過軟件重構(gòu)成平面切片或完整體積進(jìn)行分析。這種方案的一個問題是，當(dāng)考慮到幾何測量時，經(jīng)常收集過度無用信息。由于為了幾何分析而被測量的物體通常在被檢查物體內(nèi)具有已知的名義位置和取向，所以不必完全獲取這些特征之間的所有體積。發(fā)明人所知的當(dāng)前計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查系統(tǒng)用來盲目地收集連續(xù)地經(jīng)過物體的所有數(shù)據(jù)，占據(jù)過多空間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，從而使得使用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用于較大物體的幾何檢查在實(shí)踐上不可行。
[0013]因而，如上所述，例示性實(shí)施方式將物體定位在計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)內(nèi)來僅僅收集感興趣特征所在的相關(guān)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)。這可以通過以保留幾何精度所必需的掃描平面之間的最小間隔來選擇性地掃描與那些感興趣特征正交的橫截平面來實(shí)現(xiàn)。
[0014]還可以使用CAD模型或物體的名義定義來確定感興趣特征在待測量物體內(nèi)位于何處的過程自動化，CAD模型包含了關(guān)于感興趣特征的所有幾何信息，諸如它們在物體內(nèi)的取向和位置。該信息可以用來統(tǒng)籌規(guī)劃有效測量物體內(nèi)的感興趣特征所需的掃描軌跡和影像數(shù)量，而不用獲取多余數(shù)據(jù)并減慢重構(gòu)過程。使用名義定義的先決條件是同步，即與物體配準(zhǔn)，使得能夠已知位置和取向。這可以通過獲知部件的表面上的、與該部分如何被保持在定位系統(tǒng)的固定件上有關(guān)的僅僅少量參考數(shù)據(jù)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。這些參考點(diǎn)可以通過獲得固定件數(shù)據(jù)的測量來預(yù)先確定并進(jìn)行存儲以供之后參考。
【附圖說明】
[0015]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該從如下參照附圖討論的“【具體實(shí)施方式】”更全面地認(rèn)識本發(fā)明的各種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)，這些附圖概括如下:
[0016]圖1示意性示出了可以根據(jù)本發(fā)明的例示性實(shí)施方式構(gòu)造的成像系統(tǒng)。
[0017]圖2A示意性示出了可以根據(jù)本發(fā)明的例示性實(shí)施方式掃描的示例性物體的俯視圖和正視立體圖。
[0018]圖2B示意性示出了圖2A的物體的正視圖和側(cè)視圖；
[0019]圖3A示意性示出了圖2A和圖2B的物體，該物體位于成像裝置內(nèi)并定位在固定件上。
[0020]圖3B示意性示出了圖2A和圖2B的物體，但是所述物體進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)以用于沿著另一個軸線進(jìn)行掃描。
[0021]圖4示意性示出了用于測量物體的所選部分的設(shè)備；
[0022]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的例示性實(shí)施方式的測量物體的過程。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在這些例示性實(shí)施方式中，度量X射線掃描裝置與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作，以僅掃描已知物體的相關(guān)部分。為此，該系統(tǒng)將該物體與該同一物體的模型配準(zhǔn)以使系統(tǒng)知道該物體本身和感興趣的特征。在完成配準(zhǔn)過程之后，該系統(tǒng)利用模型信息來掃描與感興趣