專利名稱：測(cè)量構(gòu)件輪廓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量表面上的構(gòu)件(feature)，例如雕刻物，的輪廓的方法。
背景技術(shù)：
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，用于制造硬幣用模具的切壓制模法不像之前所想象的可重復(fù)和精確。取決于設(shè)備、材料性能或操作者，模具上沖壓的構(gòu)件將以不可預(yù)測(cè)的方式移動(dòng)。同一操作者在不同時(shí)間在同一機(jī)器上制造出的兩個(gè)模具看起來都不同。如果替換操作者或如果該方法在不同的機(jī)器上進(jìn)行差異將被放大。發(fā)明概沭
本發(fā)明提供了一種測(cè)量表面上的構(gòu)件(例如模具上的雕刻物)的輪廓的方法，并且該方法是可重復(fù)的。—方面，測(cè)量表面上的構(gòu)件的輪廓的方法包括提供基材。該基材包含處在基材表面上的構(gòu)件。所述構(gòu)件包含壁。照明該基材的表面。壁的邊緣被照明從而測(cè)量所述構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線。基于第一輪廓線和第二輪廓線來計(jì)算構(gòu)件的輪廓。另一方面，用于測(cè)量表面上的構(gòu)件的輪廓的系統(tǒng)包括布置用于以第一和第二角度照明基材表面上的構(gòu)件的第一和第二照射源。成像設(shè)備用于對(duì)壁的邊緣成像，從而測(cè)量構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線。處理器用于基于第一輪廓線和第二輪廓線來計(jì)算構(gòu)件的輪廓。前面的段落被提供作為一般介紹，而并不是要限制所附權(quán)利要求的范圍。通過參考下面結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述，可以最佳地理解當(dāng)前公開的優(yōu)選實(shí)施方式以及進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是用于測(cè)量表面上的構(gòu)件輪廓的系統(tǒng)的示意圖。圖2A示出了在第一照明條件下表面的構(gòu)件。圖2B示出了在第二照明條件下表面的構(gòu)件。圖2C示出了圖2A和2B的組合圖像。圖3A示出了構(gòu)件的第一和第二輪廓線。圖3B示出了基于第一和第二輪廓線的圖3A的構(gòu)件的輪廓。圖3C示出了從輪廓線中提取的圖3B的輪廓。圖4A示出了在第一結(jié)構(gòu)下構(gòu)件的輪廓線。圖4B示出了在第二結(jié)構(gòu)下構(gòu)件的輪廓線。圖5描述了采用丟失的信息閉合輪廓的方法。發(fā)明詳沭參考附圖來描述本發(fā)明，在附圖中相同的元件由相同的數(shù)字表示。通過下面的詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明的各種要素的關(guān)系和功能。但是，本發(fā)明如下所述的實(shí)施方式僅僅作為示例，本發(fā)明不限于附圖中所示的實(shí)施方式。本發(fā)明提供了一種測(cè)量表面上的構(gòu)件(例如模具上的雕刻物)的輪廓的方法。該方法僅需要二維成像并且不需要物理地接觸表面。在制造模具(用于例如沖壓硬幣)的過程中，模具上的雕刻物需要成像，使得某些構(gòu)件可以例如被磨砂(frosted)。在生成將位于模具上的磨砂圖案的版面設(shè)計(jì)中，存在磨砂處理。該圖案是通過使用于創(chuàng)建母模的石膏模具數(shù)字化而產(chǎn)生的。如果制造過程是無缺陷的，磨砂圖案將完美地排齊在模具上。不幸的是，在大多數(shù)情況下，磨砂圖案與模具從不精確地匹配。制幣廠需要是每一次磨砂進(jìn)行調(diào)整以與一組模具相匹配。該過程是基于反復(fù)試驗(yàn)并且可能耗費(fèi)數(shù)小時(shí)，需要熟悉CAD軟件包、激光器軟件和激光器硬件的人。因此，需要更快且更簡(jiǎn)便的方法來產(chǎn)生與模具高精度匹配的磨砂圖案。圖I描繪了用于測(cè)量表面12上的構(gòu)件的輪廓的系統(tǒng)。第一照射源16被配置用于·以第一角度照明基材12表面上的構(gòu)件。第二照射源18被配置用于以第二角度照明基材12表面上的構(gòu)件。第二照射源18可以就是移動(dòng)到不同位置的第一照射源16。成像設(shè)備14(例如激光器)可用于使表面12上的構(gòu)件的壁的邊緣成像，從而測(cè)量構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線。處理器用于基于第一輪廓線和第二輪廓線來計(jì)算構(gòu)件的輪廓。處理器可以是任何適當(dāng)?shù)奶幚砥?，例如設(shè)置在傳統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)中的那些。簡(jiǎn)言之，本發(fā)明提供了一種測(cè)量表面上的構(gòu)件的輪廓的方法?；陌诨谋砻嫔系臉?gòu)件。構(gòu)件包含從基材的表面延伸出的壁。用光源照明基材的表面，并使壁的邊緣成像以測(cè)量構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線?；诘谝惠喞€和第二輪廓線計(jì)算構(gòu)件的輪廓。經(jīng)雕刻的表面的輪廓線是可以在10° -85°之間變化的不同角度的壁。為了適應(yīng)不同的表面角度，本發(fā)明的方法使用了不同的照明結(jié)構(gòu)，每一個(gè)都給出不同的照明角度。各照明結(jié)構(gòu)提供某些雕刻壁的圖像。通過組合來自不同照明結(jié)構(gòu)的圖像，產(chǎn)生具有大量細(xì)節(jié)的圖像。光照是基于圓形光源的組合。光照來自不同角度，能使不同的表面反射光并使其可見。在圖2A和2B中，兩個(gè)圖像是基于兩個(gè)照明結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。圖像的輪廓線可以是通過使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法一智能標(biāo)記定位αΜΡ)產(chǎn)生的。將兩個(gè)圖像疊加并閾值化。圖2C是所產(chǎn)生的組合圖像。含有很多細(xì)節(jié)的新圖像可用于提取關(guān)于雕刻內(nèi)容的信息。對(duì)被雕刻的構(gòu)件的提取基于追蹤被照明的壁的邊緣的分段方法。從這些表面提取內(nèi)輪廓線和外輪廓線，然后經(jīng)處理產(chǎn)生輪廓。輪廓位于第一輪廓線和第二輪廓線之間。輪廓可以與第一輪廓線和第二輪廓線大致等距離布置。輪廓用于確定要磨砂的構(gòu)件的區(qū)域，并且代表當(dāng)描畫圖形內(nèi)容時(shí)激光器要沿其而行的輪廓線。在制幣廠應(yīng)用的情況下，所提取的輪廓線是細(xì)線條的、對(duì)準(zhǔn)的并在零件上標(biāo)記出。對(duì)壁的邊緣成像并計(jì)算輪廓的步驟不需要與基材接觸。對(duì)壁的邊緣成像的步驟可以通過激光器進(jìn)行。對(duì)壁的邊緣成像并計(jì)算輪廓的步驟可以相對(duì)較快地進(jìn)行，特別是與常規(guī)技術(shù)(例如3D掃描技術(shù))相比。成像過程通常花費(fèi)小于10分鐘，優(yōu)選小于5分鐘的時(shí)間。所測(cè)圖像的精度優(yōu)選在20微米內(nèi)。該過程可以是自動(dòng)化的并且不需要人為干預(yù)。圖3圖示了成像過程。在該實(shí)施例中，表面上的構(gòu)件是數(shù)字“5”。圖3Α中亮的表面代表字符的壁。紅色(外)輪廓線代表通過成像技術(shù)得到的上表面和下表面的邊緣。圖3B中綠色輪廓(在紅色輪廓之間)代表紅色輪廓線的中線。如3C所示，從內(nèi)輪廓線和外輪廓線中提取綠色的輪廓，以提供磨砂過程要采用的圖案。如圖4A和4B所示，本發(fā)明方法能控制在被雕刻的表面的壁上的輪廓的位置。該方法可以被程序化來跟蹤兩個(gè)輪廓線(內(nèi)輪廓線和外輪廓線)同時(shí)保持與外輪廓線或內(nèi)輪廓線的固定距離比。在圖4A中，所計(jì)算的輪廓(由短劃線表示)更接近外輪廓線。在圖4B中，所計(jì)算的輪廓更接近內(nèi)輪廓線。在某些情況下，由于低角度的表面而缺失邊緣信息，輪廓可能最終不完整。例如，如圖5所示，有關(guān)星形的部分邊緣的輪廓的數(shù)據(jù)缺失。代表基材表面的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)(如來自設(shè)計(jì)過程的CAD數(shù)據(jù))可被用于幫助完成圖像。為了閉合輪廓，本方法使用了雕刻圖案的CAD信息。下面的實(shí)施例說明了如何修補(bǔ)輪廓。第一個(gè)步驟，成像過程(可以使用IMP)將尋找過大而無法自動(dòng)閉合的開放輪廓。該過程使用了將所提取的輪廓信息與CAD數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)的配準(zhǔn)法。接著，XOR算法生成將被添 加到開放輪廓的缺失數(shù)據(jù)。缺失數(shù)據(jù)和所提取的輪廓隨后被結(jié)合到一起，如右邊所示。通過在所添加數(shù)據(jù)的兩端擬合曲率信息，在所提取的輪廓和缺失的信息之間建立匹配。因而，當(dāng)至少一些邊緣信息缺失時(shí)，可以使用本方法來完成輪廓。所描述和說明的實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，只示出和描述了優(yōu)選實(shí)施例，在如權(quán)利要求書中所限定的發(fā)明范圍內(nèi)的所有變更和修改都希望得到保護(hù)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然說明書中使用的例如“更好的”、“優(yōu)選地”、“優(yōu)選的”或“更優(yōu)選的”等詞說明所述特征可能是期望的，然而這不一定是必要的并且沒有所述特征的實(shí)施例也可以被認(rèn)為在所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。對(duì)于權(quán)利要求書，當(dāng)例如“一個(gè)”、“至少一個(gè)”或“至少一部分”等詞用于特征前面時(shí)，不是意在要將權(quán)利要求限制為只有一個(gè)所述特征，除非在權(quán)利要求中具體作出相反陳述。當(dāng)使用表述“至少一部分”和/或“一部分”時(shí)，該項(xiàng)可以包括一部分和/或整體，除非具體作出相反陳述。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量表面上的構(gòu)件的輪廓的方法，其包括 提供基材，所述基材包含處于所述基材的表面上的構(gòu)件，所述構(gòu)件包含壁； 照明所述基材的所述表面； 對(duì)所述壁的邊緣成像以測(cè)量所述構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線； 基于所述第一輪廓線和所述第二輪廓線計(jì)算所述構(gòu)件的輪廓。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中對(duì)所述壁的邊緣成像包括使用智能標(biāo)記定位。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輪廓位于所述第一輪廓線和所述第二輪廓線之間。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述輪廓與所述第一輪廓線和所述第二輪廓線大致等距離布置。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述輪廓來確定要磨砂的構(gòu)件區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述區(qū)域進(jìn)行磨砂。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中對(duì)所述壁的邊緣成像并計(jì)算輪廓的步驟不需要與基材物理接觸。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中對(duì)所述壁的邊緣成像的步驟是通過成像設(shè)備進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述成像設(shè)備是激光器。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中對(duì)所述壁的邊緣成像并計(jì)算輪廓的步驟花費(fèi)小于10分鐘的時(shí)間。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中照明所述基材的步驟包括第一次照明所述基材，其中對(duì)所述壁的邊緣成像的步驟包括對(duì)所述壁的所述邊緣進(jìn)行第一次成像，還包括第二次照明所述基材和對(duì)所述壁的所述邊緣進(jìn)行第二次成像。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 提供所述基材的所述表面的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)； 使用所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)來計(jì)算所述基材的所述表面上的所述構(gòu)件的所述輪廓。
13.—種測(cè)量表面上的構(gòu)件的輪廓的系統(tǒng),其包括 第一照射源，布置用于以第一角度照明基材的表面上的構(gòu)件； 第二照射源，布置用于以第二角度照明所述基材的表面上的構(gòu)件； 成像設(shè)備，用于對(duì)所述壁的邊緣成像，以測(cè)量所述構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線；以及 處理器，用于基于所述第一輪廓線和所述第二輪廓線來計(jì)算所述構(gòu)件的輪廓。
14.如權(quán)利要13所述的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備是激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量表面上構(gòu)件輪廓的方法，其包括提供基材。所述基材包含在所述基材表面上的構(gòu)件。所述構(gòu)件包含壁。所述基材的表面被照明。照明所述壁的邊緣以測(cè)量所述構(gòu)件的第一輪廓線和第二輪廓線?；谒龅谝惠喞€和所述第二輪廓線來計(jì)算所述構(gòu)件的輪廓。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102893291SQ201080041752
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者菲卡爾·本納亞德-徹爾里弗 申請(qǐng)人:歐泰克應(yīng)用激光科技有限責(zé)任公司