用于投影虛擬數(shù)據(jù)的方法和使能這種投影的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將源自由工程設(shè)計(jì)部門制作的數(shù)字設(shè)計(jì)模型的虛擬數(shù)據(jù)投影在感興趣的表面上的方法。
[0002]它可適用于多個(gè)領(lǐng)域，尤其是航空、建筑、造船、或者甚至航空航天領(lǐng)域。
[0003]本發(fā)明更特別適用于在其建筑、組裝或者甚至維護(hù)的階段期間的大型對(duì)象，例如飛機(jī)、直升機(jī)、或者甚至衛(wèi)星。
【背景技術(shù)】
[0004]在制造期間或者甚至在操作期間了解實(shí)際對(duì)象的狀態(tài)常常是局部的。制造者通常要處理文件(例如電子表格、照片或測(cè)量值文件)的文件夾中或數(shù)據(jù)庫中的測(cè)量值的集合。于是，尤其是對(duì)于大型對(duì)象來說不僅難以定位由與特定區(qū)域相關(guān)聯(lián)的實(shí)際測(cè)量產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及確定所述測(cè)量實(shí)際在哪里實(shí)施，而且最重要的是難以弄懂它們?nèi)绾伪舜讼嚓P(guān)和對(duì)應(yīng)或者如何與三維數(shù)字設(shè)計(jì)模型相關(guān)和對(duì)應(yīng)。由此，在制造或操作期間確定狀態(tài)不是容易的。
[0005]在安裝、組裝和維護(hù)操作期間，需要操作者來實(shí)施許多任務(wù)，例如執(zhí)行程序、進(jìn)行測(cè)量、實(shí)施診斷、對(duì)所實(shí)施的工作進(jìn)行報(bào)告等。
[0006]操作者通常使用紙計(jì)劃(paper plans)或藍(lán)圖來確定并定位待實(shí)施的各種任務(wù)。他還將使用常規(guī)測(cè)量手段，例如測(cè)量帶。這種工作方式可以證明是耗時(shí)的，并且可能出現(xiàn)錯(cuò)誤(定位錯(cuò)誤、破壞、不正確的引用等)。
[0007]更快速且有效地實(shí)施這些任務(wù)的一種方式是將信息直接投影到感興趣的表面上。所述感興趣的表面對(duì)應(yīng)于操作者必須與之交互的表面。
[0008]例如，可以使用激光打標(biāo)系統(tǒng)，例如美國專利申請(qǐng)US2009/0195753A1中所描述的激光打標(biāo)系統(tǒng)。該申請(qǐng)公開了一種用于將激光打標(biāo)投影到車輛的外部上的設(shè)備，包括多個(gè)激光投影儀、由所述激光投影儀以同步形式投影的車輛的外部的圖像、連接到激光投影儀的計(jì)算機(jī)以及工作站，所述工作站借助所述計(jì)算機(jī)連接到激光投影儀并允許協(xié)調(diào)由激光投影儀投影的圖像。然而，該信息投影設(shè)備實(shí)施起來是復(fù)雜的，并且由于激光投影的固有局限性(Hicker，亮度損失)而僅允許顯示少量信息。
[0009]更類似的設(shè)備在歐洲專利申請(qǐng)N0.EP1719580A2中被描述。具體地，該專利申請(qǐng)公開了一種用于借助激光投影儀將信息投影到感興趣的表面上的設(shè)備。該設(shè)備使用計(jì)量發(fā)射器，借助位于感興趣的表面上和激光投影儀上的計(jì)量接收器允許確定后者的位置和取向。然而，該設(shè)備與先前的系統(tǒng)擁有相同的局限性并且因此在能夠顯示的信息類型方面受限制。另外，校準(zhǔn)系統(tǒng)由于需要定位多種計(jì)量發(fā)射器和接收器而是耗時(shí)的。
[0010]另一種已知類型的投影裝置采用視頻投影儀和單攝像機(jī)。由于該系統(tǒng)需要打標(biāo)機(jī)事先定位在感興趣的表面上的精確位置處，因此該系統(tǒng)實(shí)施起來是困難且耗時(shí)的。
[0011]目前，每個(gè)已知的信息投影解決方案不幸地或者是復(fù)雜、不可改變且難以移動(dòng)，或者是校準(zhǔn)起來耗時(shí)。因此，這些方法證明在大多數(shù)組裝操作中是無效和不能用的。此外，它們通常被設(shè)計(jì)成實(shí)施單個(gè)非常具體的任務(wù)，例如位置標(biāo)示或僅跟蹤目標(biāo)。
[0012]因此，目前存在對(duì)能夠更簡(jiǎn)單且有效地以高精確度實(shí)施可移動(dòng)和靈活的信息投影的明確需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明針對(duì)的是通過提供一種允許用于投影信息的方法的設(shè)備來減少現(xiàn)有技術(shù)的全部或其中一些缺點(diǎn)，所述信息被精確裁剪以適應(yīng)待實(shí)施的環(huán)境。
[0014]為此目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于投影由數(shù)字設(shè)計(jì)模型產(chǎn)生的信息的方法，包括以下步驟:
[0015]-校準(zhǔn)步驟，包括:獲取源自感興趣的表面的特性數(shù)據(jù)，比較所述特性數(shù)據(jù)與由數(shù)字設(shè)計(jì)模型產(chǎn)生的虛擬數(shù)據(jù)，以及確定投影設(shè)備的空間位置，所述投影設(shè)備包括視頻投影儀和至少兩個(gè)分離的圖像捕獲設(shè)備；以及
[0016]-根據(jù)所述空間位置借助所述視頻投影儀將由數(shù)字設(shè)計(jì)模型產(chǎn)生的信息投影到所述感興趣的表面上的步驟。
[0017]特性數(shù)據(jù)代表通過使由每個(gè)所述圖像捕獲設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)獲得的感興趣的表面的三維結(jié)構(gòu)的虛擬重構(gòu)。
[0018]憑借這些措施，本發(fā)明允許分析感興趣的表面的三維結(jié)構(gòu)并且使引導(dǎo)負(fù)責(zé)實(shí)施裝配操作或負(fù)責(zé)所述感興趣的表面的質(zhì)量控制的操作者成為可能。在裝配操作的情況下，本發(fā)明將例如使得將待安裝的一件裝備的輪廓投影到一部分上成為可能。在質(zhì)量控制操作的情況下，本發(fā)明將例如允許數(shù)字設(shè)計(jì)模型的三維結(jié)構(gòu)投影到感興趣的表面的三維結(jié)構(gòu)上，由此允許操作者觀察兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的任何差別。而且，更容易確定在所述數(shù)字設(shè)計(jì)模型中的感興趣的表面的特性點(diǎn)的空間位置，因?yàn)楸景l(fā)明使得在精確定位的目的的情況下去掉將打標(biāo)機(jī)定位在感興趣的表面上的精確位置處的在先步驟成為可能，在數(shù)字設(shè)計(jì)模型中，所述信息的空間位置與使用所述打標(biāo)機(jī)的空間位置的感興趣的表面相關(guān)。這種定位打標(biāo)機(jī)的步驟常常是關(guān)于定位的精度的誤差源。
[0019]在一些實(shí)施例中，校準(zhǔn)步驟包括以下子步驟:將校準(zhǔn)圖案投影在所述感興趣的表面上；分析所述校準(zhǔn)圖案并在圖像捕獲設(shè)備和視頻投影儀之間創(chuàng)建一組對(duì)應(yīng)關(guān)系；以及根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系最大值確定圖像捕獲設(shè)備和視頻投影儀的空間位置。這些實(shí)施例允許視頻投影儀相對(duì)于圖像捕獲設(shè)備的空間位置被精確確定并且然后確定投影設(shè)備相對(duì)于感興趣的表面的空間位置。
[0020]在一些實(shí)施例中，校準(zhǔn)步驟以下面的方式連續(xù)實(shí)施:通過除了數(shù)字設(shè)計(jì)模型之外還投影并且連續(xù)地投影所述校準(zhǔn)圖案并且裁剪所述校準(zhǔn)以適應(yīng)感興趣的表面；以及通過利用圖像捕獲設(shè)備分析圖案并連續(xù)確定所述圖像捕獲設(shè)備和視頻投影儀的空間位置。特別地，這些實(shí)施例允許視頻投影儀相對(duì)于圖像捕獲設(shè)備的空間位置以及投影設(shè)備相對(duì)于感興趣的表面的空間位置被連續(xù)確定，并且更確切地說，每次提取新的圖像。這例如使得可以減少當(dāng)使能投影的設(shè)備能夠移動(dòng)時(shí)并且當(dāng)寄生移動(dòng)出現(xiàn)在圖像捕獲設(shè)備和視頻投影儀之間時(shí)的校準(zhǔn)精度帶來的問題。
[0021]根據(jù)一些實(shí)施例，該方法包括檢測(cè)并突出所述數(shù)字設(shè)計(jì)模型和現(xiàn)實(shí)之間的差別的步驟。
[0022]根據(jù)一些實(shí)施例，該方法包括用于確定圖像捕獲設(shè)備的視野中的已知的可移動(dòng)對(duì)象的空間位置并跟蹤所述可移動(dòng)對(duì)象的步驟。這使得操作者更容易與感興趣的表面交互。
[0023]根據(jù)一些實(shí)施例，該方法包括允許補(bǔ)償振動(dòng)的步驟和允許在不可能實(shí)施該補(bǔ)償?shù)那闆r下發(fā)出警報(bào)的步驟。這使得可以防止由于投影儀和圖像捕獲設(shè)備的寄生移動(dòng)、尤其是通過對(duì)所述圖像捕獲設(shè)備的設(shè)置的改變產(chǎn)生的誤差。
[0024]根據(jù)一些實(shí)施例，該方法包括使得可以防止在感興趣的表面上的陰影的步驟。
[0025]根據(jù)一些實(shí)施例，該方法包括允許在三維中實(shí)施投影的步驟。這使得配備有主動(dòng)式眼鏡的操作者更容易看到所述信息。
[0026]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于投影由數(shù)字設(shè)計(jì)模型產(chǎn)生的信息的設(shè)備，所述設(shè)備包括視頻投影儀、計(jì)算機(jī)和至少兩個(gè)圖像捕獲設(shè)備，并且還包括用于下述的裝置:
[0027]-獲取源自感興趣的表面的特性數(shù)據(jù)；
[0028]-比較所述特性數(shù)據(jù)與由數(shù)字設(shè)計(jì)模型產(chǎn)生的虛擬數(shù)據(jù)；
[0029]-確定所述圖像捕獲設(shè)備、所述視頻投影儀和所述投影設(shè)備的空間位置；以及
[0030]-根據(jù)所述空間位置借助所述視頻投影儀將由數(shù)字設(shè)計(jì)模型產(chǎn)生的信息投影到所述感興趣的表面上。
[0031]計(jì)算機(jī)允許在圖像捕獲設(shè)備、數(shù)字設(shè)計(jì)模型和視頻投影儀之間管理數(shù)據(jù)。
[0032]在一些實(shí)施例中，圖像捕獲設(shè)備是全局快門攝像機(jī)。這具有防止與設(shè)備的移動(dòng)相關(guān)的圖像變形的優(yōu)點(diǎn)。
[0033]在一些實(shí)施例中，用于投影虛擬數(shù)據(jù)的設(shè)備包括至少兩個(gè)紅外光源。這使得圖像捕獲設(shè)備可以跟蹤任何協(xié)同對(duì)象，其包括在圖像捕獲設(shè)備的視野中移動(dòng)的紅外目標(biāo)。這使得操作者更容易與感興趣的表面交互。
[0034]在一些實(shí)施例中，用于投影虛擬數(shù)據(jù)的設(shè)備包括能夠根據(jù)振動(dòng)調(diào)整圖像捕獲設(shè)備的設(shè)置以及能夠在振