專利名稱：輪廓測(cè)定設(shè)備及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種輪廓湖l淀設(shè)備，并且更具體地涉及一種在加工工藝中 對(duì)鄉(xiāng)的參數(shù)鄉(xiāng)實(shí)時(shí)測(cè)量的輪廓測(cè)定設(shè)備。
背景技術(shù)：
各種類型的加工工藝是已知的，并用T^造和修理部件。例如，激光i^疑
系統(tǒng)被用于形成功能性組件，所述功能性組件由計(jì)Ml輔助設(shè)計(jì)(CAD)逐層構(gòu) 建，而不使用樹可鑄?；蛘吣＞?。示范性地，這樣的系統(tǒng)i頓激艦來使受控
量的注A^末謝七到SH七以沉積第一層，然后M31在先前沉積的層上m粉 末產(chǎn)生隨后的層。遺憾的是，由于這種系統(tǒng)的工藝復(fù)雜性，難于獲得累積層的
高度，并M于得到對(duì)焊接熔池容積的瞬時(shí)三嫩3D)測(cè)量。
某些系統(tǒng)使用二維(2D)觀察系統(tǒng)用于M統(tǒng)操作時(shí)監(jiān)控焊接熔池的邊界。 然而，這樣的觀察系繊供對(duì)焊接區(qū)域的粗?jǐn)喙庞?jì)，而不鄉(xiāng)對(duì)焊接熔池容積 和累積層高度的測(cè)量。某些其它系統(tǒng)使用機(jī)夕卜(off-machine)測(cè)量方 ^測(cè)量 焊接熔池的3D容積。這樣的測(cè)量技術(shù)需要停lbta工工藝并且將部件M統(tǒng)移 除，以便測(cè)辦接熔池的容積。財(cái)卜，某些系統(tǒng)《頓傳繊用于觀糧累積涙的 高度。然而，這樣的傳 不具備*1^可靠測(cè)量的所需的測(cè)量分辨率、精確度 或測(cè)量范圍。
因此，需要一種ili共對(duì)3D焊接;)^tk容積和由激^^紅藝所形成的部件 的累積層高度的精確湖懂的輪廓測(cè)定(profibmetry)設(shè)備。jt[^卜，希望提供一 種輪廓測(cè)定設(shè)備，該輪廓領(lǐng)啶設(shè)備育嫩提供對(duì)由加工工藝所構(gòu)成的鄉(xiāng)的參數(shù) 的在線測(cè)量，可以f細(xì)于控制加工工藝的工藝參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
簡要來說，依照一個(gè) 例，提供一種輪廓測(cè)定設(shè)備。該輪廓測(cè)定設(shè)備包 括條紋投影(Singe projection)裝置，該條紋投影裝置被配置用以將條紋圖樣 投影到贈(zèng)上；以及光學(xué)單元，期皮配置用以捕Miim所調(diào)審啲失真條紋 圖樣的圖像。輪廓測(cè)定設(shè)備還包括信號(hào)處理單元，該信號(hào)處理單元被配置用以
處棘自光學(xué)單元的所捕獲的圖像，以織圖像中濾除噪聲，并且獲得與微 的制it^修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，麟了一種制it^S。該制it^g包括加工系統(tǒng)，該 加工系統(tǒng)具有工藝參數(shù)并且被配置用以制造或者修理對(duì)象；以及輪廓測(cè)定設(shè) 備，該輪廓測(cè)定設(shè)備被配置用以從由輪廓測(cè)定設(shè)備所產(chǎn)生的單個(gè)圖像提供與對(duì) 象的制造或修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。輪廓測(cè)定設(shè)備包括條^^裝置，其 被配置用以將條紋圖樣投影到^上；以及光學(xué)單元，其被配置用以捕獲由對(duì) 象所調(diào)制的失真條紋圖樣的圖像；以及信號(hào)處理單元，其被配置用以處 自 光學(xué)單元的所捕獲的圖像，以便從圖像中濾除噪聲，并且獲得與對(duì)象的制造或
者修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。該制造體還包括控制系統(tǒng)，微酉遭用以基 于來自輪廓測(cè)定設(shè)備的所估計(jì)的參數(shù)調(diào)働B工系統(tǒng)的工藝參數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，鵬一種激光賺系統(tǒng)。該激光;l^^統(tǒng)包括激光熔
凝噴嘴，其被酉遣用以M在激光產(chǎn)生的熔池中皿粉^^料來形^tm;以
及條紋，臂，期皮耦合到該激光條疑噴嘴，并且被配置用以teim的頂部表
面上產(chǎn)生條紋圖樣。該激光熔凝系^a包括光學(xué)單元，其被SfiS用以捕獲與對(duì) 斜目應(yīng)的失真條紋圖樣的瞬時(shí)圖像；以及信號(hào)處理單元，微耦合到光學(xué)單元， 并且被配置用以處理來自光學(xué)單元的瞬時(shí)圖像，以便從圖像中濾除噪聲，并且
皿傅立葉變換分析來估計(jì)與)^m的制造或^s相關(guān)的參數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，,一種控制制^X^用的工藝的方法。該方,括 將條紋圖樣投影到g上，以及捕獲與,目應(yīng)的失真條紋圖樣的瞬時(shí)圖像。
該方法還包括處理所捕獲的圖像以便對(duì)噪聲圖像濾波并且M:傅立葉變換分析
來估計(jì)與對(duì)象的制造或修理相關(guān)的參數(shù)；以及響應(yīng)于所估計(jì)的與，的制造或 修理相關(guān)的參i^制用于帝lMX藝的工藝參數(shù)。


m參考附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，可以更好地s^本發(fā)明的這些以及其
它特征、方面、以及優(yōu)點(diǎn)，舒萬有附圖中同樣的字符l撥同樣的部件。
圖1是具有依據(jù)本發(fā)明方面的輪廓測(cè)定設(shè)備的激51( 1系統(tǒng)的圖解說明。
圖2是具有依據(jù)本發(fā)明技術(shù)的方面的輪廓測(cè)定設(shè)備12的、圖1的激鵬 凝噴嘴14的示范性配置30。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的方面的圖2的輪廓觀啶設(shè)備的示范性配置的圖解說
明。
圖4是在依據(jù)本發(fā)明的方面的圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備中用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光圖
樣的示范性酉sa的圖示。
圖5是在依據(jù)本發(fā)明的方面的圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備中用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光圖 樣的另一個(gè)示范鵬遣的圖示。
圖6是在依據(jù)本發(fā)明的方面的圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備中用于產(chǎn)生條紋圖樣的
全場(chǎng)干涉儀的示范性酉as的圖示。
圖7是在依據(jù)本發(fā)明的方面的圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備中用于產(chǎn)生條紋圖樣的
全場(chǎng)干涉儀的另一 個(gè)示范性隨的圖示。
圖8是在依據(jù)本發(fā)明的方面的圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備中用于產(chǎn)生條紋圖樣的
全:i^F涉儀的另一^范性SfiS的圖示。
圖9是依據(jù)本發(fā)明的方面的圖1的輪廓測(cè)定設(shè)備的另一^范性配置的圖
不o
具體實(shí)M式
如下面詳細(xì)討論的，本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施例用于麟與艦加工工2^鄉(xiāng) 的制造或修理操作相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。尤其，本技術(shù)使用圖樣間隔分析 (pattern spacing analysis)用于從相應(yīng)于)^的條紋圖樣對(duì)參M行估i十。這些 參數(shù)的實(shí)時(shí)估i憤一步用于控制加工工藝的工藝織。參照附圖，圖1圖示了 例如激5fe^縣統(tǒng)10柳卩工系統(tǒng)，激^fe^系統(tǒng)10具有耦合到激^)^疑噴嘴 14的輪廓測(cè)定設(shè)備12。該激光條疑噴嘴14包括激光源16, ^!皮酉SSffl以在基 底18上產(chǎn)^^池17。財(cái)卜，激光條縣統(tǒng)10包括 20， ^^配翻以通 過在激^生的熔池17中鄉(xiāng)粉^^料24來形^j^22。尤其，激^l^鯀 統(tǒng)10 ^頓激光束使^g的^A^末24 mi瞎底18上以貓P凍一層26， 然后il31在先前沉積的層上劍七粉末24產(chǎn)生隨后的層沫示出似形^jm 22。 在圖示的實(shí)施例中，輪廓測(cè)定設(shè)備12 ^到或者以物理方式附到激， 凝噴嘴14上，并且被15Sffl以獲得與X^22的審ijit^魏相關(guān)的參數(shù)。尤其， 輪廓測(cè)定設(shè)備12被酉擅用以獲得與焊接熔池17相關(guān)的參數(shù)，臓織可鵬 —步用于對(duì)加工工藝的工藝控制。這種參數(shù)的例，括熔池17的容積、累積 層26的高度、累積層26的厚度等等。如下面詳細(xì)解釋的，輪廓測(cè)定設(shè)備12 使用例如傅立葉變換分析的輪廓測(cè)定方法，用于在不干涉加工或修理工藝的情 況下測(cè)*^些#^。
圖2是具Wf&廓測(cè)定設(shè)備12圖1的激光條疑噴嘴14的示范性酉擅30。 在圖示的實(shí)施例中，激光爝疑噴嘴14包括兩個(gè)臂32和34，臓兩個(gè)臂具有用 于條紋投影和/A)^t象22捕獲圖像的光學(xué)元#(參見圖1)。兩個(gè)臂32和34布置 在高處理激光器16的兩側(cè)。在圖示的 例中，臂32被酉SS用以皿紋圖樣 鄉(xiāng)至lj膽22上，臂34被酉歷用以AU^ 22捕獲失真條紋圖樣的圖像。如 本領(lǐng)J^7lt人員應(yīng)當(dāng)離的，艦臂32可以Wm 22上臓不同類型的圖樣。 例如在一個(gè)實(shí)施例中，該條紋圖樣包括直線圖樣。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，條 紋投影臂32具有足夠大的橫截面，以便覆蓋目標(biāo)區(qū)域，而激光器16被聚焦于 m 22上的點(diǎn)，從而提供高功率密度，以iim粉末。用于條紋投影和圖像 捕獲的兩個(gè)臂32和34的光學(xué)元件將在下面詳細(xì)描述。
圖3是圖2的輪廓測(cè)定設(shè)備12的示范性配置40的圖示。輪廓測(cè)定設(shè)備40 包括條郷影驢42，期皮酉歷用以條紋圖樣投影到正在經(jīng)由加工系郷成 或修理的)^44上。條，影^g42將皿正弦條紋圖樣,麥M^面上。 在一個(gè)實(shí)施例中，條，影裝置42M例如液晶顯示IKLiquid Ciystal Display, LCD)、數(shù)雜鏡謝柳gital Microminor Device, DMD)或硅鎌晶(Liquid Qystal on Silica LCOS)投影機(jī)的數(shù)字式iS^鵬投影條紋圖樣。在可割戈實(shí)施例中， 條紋投影裝置42皿例如激光器、發(fā)光二極管(LED)的光源、或者與例如光柵、
和全息組件的衍射組件相結(jié)合的燈來投影條紋圖樣。在某些其它實(shí)施例中，條 紋投影體42通過光學(xué)干涉儀布局來鄉(xiāng)條紋圖樣。
在圖示的實(shí)施例中，條,影裝置32包括例如燈46或LED 48的光源、 以及通過光纖52耦合到光源用于^tm44上，光線的光學(xué)頭50。此外，輪 廓測(cè)定設(shè)備40包括光學(xué)單元54,期皮配置用于捕獲由纖44調(diào)制的失真條紋 圖樣的圖像。在這個(gè)示范性實(shí)施例中，光學(xué)單元54包括高通搶波器56和用于 捕獲條紋圖樣的圖像的照相機(jī)58，該圖^it一iWii電纜62被#^至,號(hào)處 理單元60。據(jù)些實(shí)施例中，光學(xué)單元54包括多^Ntf竟，戶/f^t^被酉翻 以捕獲失真條紋圖樣的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)單元54包括tit探測(cè)鏡。
信號(hào)處理單元60被fdg用以處棘自光學(xué)單元54的所捕獲的圖像，以從 所捕獲的圖像中濾除噪聲并且獲得與對(duì)象的制造或修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估 計(jì)。這樣的參數(shù)的例子包括熔池的容積、累積涙的高度、累積層的厚度等等。
應(yīng)當(dāng)指出，信號(hào)處理單元60可能包括具有通用計(jì)算機(jī)，其利用適當(dāng)編程用于 估計(jì)參數(shù)，并便于基于所估計(jì)的參數(shù)的工藝控制。在某些實(shí)施例中，信號(hào)處理 單元60可以包括,制器。在示范性實(shí)施例中，輪廓測(cè)定設(shè)備40艦if^幾 雖(Computer Numerical Control, CNC)以估計(jì)膽44的所構(gòu)建的高度，從而 消除在系統(tǒng)40中對(duì)附加的高度傳感器的需要。在操作中，信號(hào)處理單元60使 用圖樣間隔分析以從來自光學(xué)單元54的所捕獲的圖像中濾除噪聲。在這個(gè)示 范性實(shí)施例中，該圖樣間隔分析包括傅立葉變換分析。然而，可以設(shè)想娜其 它類型的圖樣間隔分析。更具體地，信號(hào)處理單元60提取失真條紋圖樣的相 圖(phase m邵)，并從這個(gè)相圖估計(jì)參數(shù)。將在下面闡明使用傅立葉變換從條 紋圖樣提取相圖以M該相圖估計(jì)參數(shù)。
在這個(gè)示范性實(shí)施例中，由光學(xué)單元54所捕獲的條紋圖樣的圖^M;下 面的等式表示
<formula>formula see original document page 8</formula>(1)
其中^是相位測(cè)量方法中所用的圖像的索引號(hào)；
/是像素(。')處的3M;
^是背景照度；
r是表示圖艦比度的條紋調(diào)制； A是^H蟲立圖像k的初相；以及
K是圖像的總數(shù)。
對(duì)于由等式(l)表示的圖像，兩維傅立葉變換可以如通過下式的表示來獲
得
<formula>formula see original document page 8</formula> (2)
財(cái)卜，鵬用M^^波尸("，v)之后，條lJ下C("，v),其由下式標(biāo)
<formula>formula see original document page 8</formula> (3)
傅立葉逆變換之后，可以獲得c(")為
<formula>formula see original document page 8</formula>4)
其中/和J是像素索引的維度。
此外，^f象素("')處的相值可以被計(jì)算為" 糾力 (5)
其中4和M樣魏c("')的虛部和實(shí)部。
此外，焊接熔池的輪廓可以從相圖獲得，并且由下式標(biāo)
從而，ffl3ii^的傅立葉變換分析可以從單個(gè)瞬時(shí)圖像獲得包括與焊接熔池相 關(guān)的參數(shù)的焊^^池輪廓。
M些實(shí)施例中，信號(hào)處理單元60被配置用以將來自光學(xué)單元54的瞬時(shí) 圖像拆分為多個(gè)圖像，并且每個(gè)圖像的圖樣相對(duì)于其它圖像被移位。財(cái)卜，信 號(hào)處理單元60被1HS用以從多個(gè)圖像產(chǎn)生相圖，用于估計(jì)參數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意， 光線條紋投影和傅立葉變換的結(jié)合允許相對(duì)容易的搶波，以移除例如從粉莉口 背景照度所產(chǎn)生的噪聲。產(chǎn)生自條紋圖樣的相位信息具有足夠高的分辨率和精 確度。jtW卜，傅立葉變換輪廓測(cè)定允許從單個(gè)圖像產(chǎn)生相圖，因而導(dǎo)致用于圖 像處理和焊接熔池參數(shù)估計(jì)的時(shí)間相對(duì)較少。
所估計(jì)的與鄉(xiāng)44的制誠修理相關(guān)的參數(shù)可以纟細(xì)于加工系統(tǒng)(例如 上面參考圖1所描述的激光條疑系統(tǒng)10)的工藝控制。微，激^^統(tǒng)10 的工藝參數(shù)可以根據(jù)所估計(jì)的與鄉(xiāng)44的制誠修理相關(guān)的參,fi^整。 示范性的工藝參數(shù)包括激光功率、粉未M、焦點(diǎn)位置、激光平移速度、槽尺 寸及其組合。錢些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)(未示出)可會(huì)瀬合到加工系統(tǒng)10，用 于基于所估計(jì)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)10的閉環(huán)控制。有利地，從單個(gè)瞬時(shí)圖像通過 傅立葉變換輪廓測(cè)^t相圖的估計(jì)允i^S于所估計(jì)的參數(shù)的立即工藝控制。
在上面所描述的輪廓觀啶設(shè)備40中結(jié)構(gòu)化光圖樣的產(chǎn)生可以M:例如下
面參考圖冬8描述的多種配g^實(shí)現(xiàn)。尤其，,的示范性配置可以用于激光 ,噴嘴30(參見圖2)，用于^X^22上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的光圖稱參見圖2)。
圖4是一種用于在圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備40中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光圖樣的示范性 配置70的圖示。在圖示的實(shí)施例中，激光72被職，以便在待測(cè)膽74的 表面處形成斑點(diǎn)。財(cái)卜，以相對(duì)于激光束72成一角度布置的成^3t鏡76形成 激3fe^點(diǎn)的圖f滅圖片，戶脫圖像或圖片由照相機(jī)78捕獲。鄉(xiāng)74的表面高 度P)80的變^it成成像的斑點(diǎn)在這個(gè)圖像平面上橫向，一距離(d)82,所述 距離l細(xì)于艦由激光72、激5^王點(diǎn)和照相機(jī)78構(gòu)成的三角絲來估計(jì)表面
高度80的變化。
圖5 ，于在圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備40中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光圖樣的另一種示范 性配置100的圖示。如上面參照?qǐng)D4所描述的，戶脫示范性西遭70包括激光 器72、成^5glt 76和照相機(jī)78。 it[^卜，在圖示的實(shí)施例中，3M:激光器72 和衍射組件102投影條紋圖樣。衍射組件的例^^括光柵和全息組件。
如上面所述，輪廓測(cè)定設(shè)備40的條l^裝置42(參見圖3)可以通過投 影條紋的光學(xué)干涉儀布局來鄉(xiāng)條紋圖樣。圖6-9圖示了用于投影條紋圖樣的 光學(xué)干涉儀布局的示范^統(tǒng)酉SS。
圖6是用于在圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備40中產(chǎn)生條紋圖樣的全:t^F涉儀的示 范性配置120的圖示。在圖示實(shí)施例中，干涉儀包括邁克遜干涉儀(Michelson Interferometer)。在操作中，從例如具有擴(kuò)束器124的激光器122的光源所鄉(xiāng) 的光束由分束器126拆分為3M差不多相等的兩個(gè)光束。這些光^t一被引導(dǎo) 至瞎準(zhǔn)鏡128上，而另一艦被弓l導(dǎo)至lM^面130上。jht^卜，使由這兩錢 束的湖所產(chǎn)生的麟發(fā)生干涉。當(dāng)從例如照相機(jī)132的觀察口觀測(cè)時(shí)，干涉 出現(xiàn)在鏡128的圖像和)( ^面130的圖#^間。由于由)(^^面130禾口鏡128 所反射的光波源于由同一個(gè)光源122所鄉(xiāng)的光束的拆分，所以這些波彼雌 干，從而產(chǎn)生兩束干涉圖樣。此外，干涉儀的相位恢復(fù)可以通過由壓電換能器 (PZT)134相位偏移(phas&stepping)經(jīng)由相移來實(shí)現(xiàn)。然而，可以4糊其它已
知的技術(shù)產(chǎn)生相圖。
圖7翻于在圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備40中產(chǎn)生條紋圖樣的全^P涉儀的另 一示范性酉遣150的圖示。在這個(gè)示范性實(shí)施例中，干涉儀150包括數(shù)字式全 息干涉儀，其M31從待劍t^m所自或傳輸?shù)牟ê突鶞?zhǔn)波之間的干涉產(chǎn)生條 紋圖樣。如圖6中所圖示的IBg,數(shù)字式全息干涉儀150包括具有擴(kuò)束器124 的光源122,以用于^tm 130上產(chǎn)生條紋圖樣。形卜，干涉儀150包括鏡152 和154以及分束器156和158，以用于產(chǎn)tetm光束和Sa光束，所j^t^光
束和基準(zhǔn)光束被組合以產(chǎn)生條紋圖樣。
圖8是用于在圖3的輪廓測(cè)定設(shè)備40中產(chǎn)生條紋圖樣的全;tlr^涉儀的另 一示范性配置170的圖示。在圖示的實(shí)施例中，干涉儀170包括剪切干涉儀 (shearing interferometer)。剪切干涉儀170包括具有擴(kuò)束器124的光源122,以 用于^ 130上產(chǎn)生條紋圖樣。JJ^卜，剪切干涉儀170包括剪切板172。來
自鄉(xiāng)130的波前(wavefiont)以大約45度角入射到剪切板，并且由于板的 有限厚度，從剪切板172 g的波前被橫向剪切。此外，所目的波前的干涉 導(dǎo)致條紋圖樣的產(chǎn)生。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)M，根據(jù)應(yīng)用的所希望的，率，可以使用《if可上 述的技術(shù)用以M圖3的條,影裝置42 44上產(chǎn)生條紋圖樣。財(cái)卜，
M光學(xué)單元54捕獲相應(yīng)于m 44的失真條紋圖樣的瞬時(shí)圖像，戶; ^P時(shí)圖 像由信號(hào)處理單元60處理，以便估計(jì)與對(duì)象44的審1，修理相關(guān)的參數(shù)。
圖9是圖1的輪廓測(cè)定設(shè)備12的另一示范性酉遣190的圖示。輪,頗啶 設(shè)備190包括條I^S^縫42， ^Miagffi以^tm 44上i^r紋圖樣。在 圖示的 例中，條iffij^^g42包括光源192，戶腿光源M光纖198耦合 到光柵194和透鏡196。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，光柵194包括250 PLI光柵, 邀竟196包括雙凸,。此外，輪)T頗lJ定設(shè)備190包括光學(xué)單元54，用于捕獲 由鄉(xiāng)44調(diào)制的失真條紋圖樣的圖像。在這個(gè)示范性實(shí)施例中，光學(xué)單元54 包括管道探測(cè)鏡200和照相機(jī)202，臓管道探測(cè)鏡和照相豐;U131電纜62齢 到信號(hào)處理單元60。如先前描述的，來自光學(xué)單元54的所捕獲的圖#^圣由信 號(hào)處理單元60處理。信號(hào)處理單元60提取瞬時(shí)圖像的相圖，并且在不干涉加 工工藝的情況下估計(jì)與對(duì)象44的加工操作相關(guān)的參數(shù)。在某些實(shí)施例中，典 型的幀率和處理可能以每秒約10次對(duì)系統(tǒng)提供更新，M于反饋和控制操作 M夠快的。此外，針自個(gè)應(yīng)用優(yōu)化的專用圖像處理設(shè)備結(jié)合高幀率照相機(jī) 可以JI^大約每秒100次的頓。
在上文中描述的方法的M方面在不同的加工應(yīng)用中有效。JJ^技術(shù)可以 用于^f共與經(jīng)由加工工藝對(duì)對(duì)象的制造或修理操作相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。該 技術(shù)還可以用于基于所估計(jì)的參數(shù)閉環(huán)控制加工工藝以獲得希望的輸出。如上 面指出的，更一般地，這里描述的方劍頓傅立葉變換輪廓測(cè)定，用于M從 系統(tǒng)中濾除噪聲從單個(gè)瞬時(shí)圖像估計(jì)參數(shù)。J^卜，該技術(shù)尤其有利于 具有 良好分辨率和精確度的輪廓測(cè)定設(shè)備，并且是^有效的而可用于廣泛的加工 應(yīng)用。
雖然這里僅示出和描述了本發(fā)明的某些時(shí)征，佢對(duì)本領(lǐng)^^人員可以發(fā) 生很多修改和變化。因此應(yīng)當(dāng)理解的是，附帶的權(quán)利要求意圖覆誠有落A^ 發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的這樣的修改和變化。
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部件列表
10 激光條鯀統(tǒng)
12 輪廓測(cè)定設(shè)備
14 激娜疑噴嘴
16 激光器
17 熔池
18 基底
20 粉末輸送噴嘴
24 粉末
26 已構(gòu)建的層
30 激光繊噴嘴
32-34輪廓測(cè)定設(shè)備的臂
40 輪廓測(cè)定設(shè)備
42 光源
44 贈(zèng)
46 燈
48 LED
50 光學(xué)頭
52 光纖
54 光學(xué)單元
56 高通搶波器
58 照相機(jī)
60 信號(hào)處理單元
62 電纜
70 用于皿點(diǎn)三角測(cè)量;^法產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光線的酉遣
72 激光點(diǎn)
74 贈(zèng)
76 纖
78 照相機(jī)
80D
82d
100用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化麟的隨
102衍射組件
120基于邁頓的干涉儀
122激光器
124擴(kuò)束器
126分束器
128鏡
130部件
132照相脂口纖
134PZT
150基于數(shù)字式全就的干涉儀
152鏡
154鏡
156分束器
158分束器
170剪切干涉儀
152激光器
172剪切板
190輪廓測(cè)定設(shè)備
192光源
194光柵
1%纖
198光纖
200管道探測(cè)鏡
202照相機(jī)
權(quán)利要求
1、一種輪廓測(cè)定設(shè)備(12)，包括條紋投影裝置(32)，其被配置用以將條紋圖樣投影到對(duì)象(22)上；光學(xué)單元(34)，其被配置用以捕獲由對(duì)象(22)調(diào)制的失真條紋圖樣的圖像；和信號(hào)處理單元(60)，其被配置用以處理來自光學(xué)單元(34)的所捕獲的圖像，以便從圖像中濾除噪聲，并且獲得與對(duì)象(22)的制造或修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。
2、 權(quán)利要求1戶艦的輪廓觀啶設(shè)敘12)，其中條紋投影體(32)艦光柵 (194)、或干涉儀(120)、微字式條鄉(xiāng)影驢產(chǎn)生條紋圖樣。
3、 權(quán)利要求1戶腿的輪廓測(cè)定設(shè)敘12)，其中信號(hào)處理單元(60M頓圖樣 間隔分析，以M自光學(xué)單元(34)的所捕獲的圖像中濾除噪聲。
4、 權(quán)利要求3所述的輪廓觀!l定設(shè)敘12)，其中圖樣間隔分析包括傅立葉變換分析。
5、 一種帝lM^g,包括力口工系綴IO),具有工藝參數(shù)并且被配置用以制誠修W^(22); 輪廓測(cè)定設(shè)執(zhí)12)，其被配置用以從輪廓狽!l定設(shè)擬12)所產(chǎn)生的單個(gè)圖像提 供與鄉(xiāng)(22)的制造或修理相關(guān)的織的實(shí)時(shí)估計(jì)，其中i^^廓測(cè)定設(shè)敘12)包括條紋投影裝置(32),其被配置用以條紋圖樣投影到膽(22)上； 光學(xué)單元(34)，其被酉fig用以捕獲由X^(22)調(diào)制的失真條紋圖樣的圖像；和信號(hào)處理單元(60),其被配置用以處理來自光學(xué)單元(34)的所捕獲的圖像， 以從圖像中濾除噪聲，并且獲得與，(22)的制造或修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估 計(jì)；以及控制系統(tǒng)，其被配翻以基于來自輪廓測(cè)定設(shè)敘12)的所估計(jì)的參數(shù)調(diào)整加 工系綴10)的工藝參數(shù)。
6、 權(quán)利要求5所述的制皿置，其中加工系統(tǒng)(10)包括激光;^)疑系統(tǒng)， 并且工藝參數(shù)包括激光功率、或粉末 、或焦點(diǎn)位置、艦度、離尺寸、或其組合。
7、 權(quán)利要求5戶誠的制it^g，其中與鄉(xiāng)的制造或修理相關(guān)的參數(shù)包 括焊接熔池的容積、或累計(jì)材料層的高度、或累計(jì)材料層的厚度、^組合。
8、 —種激5W)縣繳10)，包括激光條疑噴嘴(14)，期皮酉虔用以通過在激光產(chǎn)生的熔池(17沖麟粉;^才 糾24)而形^tm(22);條紋投影臂(32)，其耦合到激光熔凝噴嘴(14)并且被配置用以Wm(22)的 頂部表面上產(chǎn)生條紋圖樣；光學(xué)單元(34),其被配置用以捕獲相應(yīng)于m(22)的失真條紋圖樣的瞬時(shí)圖像；和信號(hào)處理單元(60),其耦合到光學(xué)單元(34)并且被配置用以處理來自光學(xué)單 元(34)的瞬時(shí)圖像，以從圖像中濾除噪聲，并且通過傅立葉變換分析來估計(jì)與 X^m(22)的制造或修理相關(guān)的參數(shù)。
9、 一種對(duì)用于制^tm的工SJ行控制的方法，包括 將條紋圖樣投影到贈(zèng)上； 捕獲相應(yīng)于膽的失真條紋圖樣的瞬時(shí)圖像；處理所捕獲的圖像，以濾除噪聲，并通過傅立葉變換分析來估計(jì)與對(duì)象的 制造或修理相關(guān)的參數(shù)；和響應(yīng)于與贈(zèng)的制造或修理相關(guān)的所估計(jì)的參數(shù)艦用于制造工藝的工藝 參繊行控制。
10、 一種對(duì)由加工系^^f形成的聰?shù)膮行估計(jì)的方法，包括 將輪廓測(cè)定設(shè)備耦合到加工系統(tǒng)，用于通M"從輪廓測(cè)定設(shè)備所產(chǎn)生的單個(gè)圖像的信號(hào)處理來提供與對(duì)象的制造或修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)，其中輪 廓測(cè)定設(shè)^JOT傅立葉變換分析用以從單個(gè)圖像中估計(jì)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種輪廓測(cè)定設(shè)備(12)。該輪廓測(cè)定設(shè)備(12)包括條紋投影裝置(32)，其被配置用以將條紋圖樣投影到對(duì)象(22)上；以及光學(xué)單元(34)，其被配置用以捕獲由對(duì)象(22)調(diào)制的失真條紋圖樣的圖像。該輪廓測(cè)定設(shè)備(12)還包括信號(hào)處理單元(60)，其被配置用以處理來自光學(xué)單元(34)的所捕獲圖像，以便從圖像中濾除噪聲，并獲得與對(duì)象(22)的制造或修理相關(guān)的參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)。
文檔編號(hào)G01B11/25GK101349551SQ200710152668
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者J·B·小迪頓, K·G·哈丁, M·N·阿澤, Q·胡, S·K·特瓦里 申請(qǐng)人:通用電氣公司