CN1873374A - 使用三维扫描器指导实时检查的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供使用三维扫描器指导实时检查的系统和方法。使用三维扫描器指导实时检查的系统和方法允许操作员对待测量目标执行精确且快速的检查以便满足设计者的设计意图。为此目的，使用扫描器检测待测量目标的三维形状信息，目标的形状信息和检查指导信息存储在数据存储单元中，而且，通过显示单元核查目标的检查信息，该检查信息用于判断从扫描器检测到的测量信息的有效性。此后，操作扫描器以比较扫描器所检测的测量信息与检查信息，从而判断测量的有效性。因此，操作员可以准确地理解设计者的检查意图以执行测量。

Description

使用三维扫描器指导实时检查的系统和方法

技术领域

本发明涉及使用三维(3D)扫描器指导实时检查的系统和方法，更具体地说，涉及使用3D扫描器指导实时检查的系统和方法，其使得操作员可以根据设计者的设计意图对待测量目标进行精确且快速的检查。

背景技术

通过对使用成像设备简单拍摄目标所获得的图像进行数字处理，使用3D扫描器的测量不用直接接触待测量目标就能够获得目标的形状信息。

在制作半导体晶片、测量精密仪器和恢复3D图像等情况下，对于受到外力时易被损坏的待测量目标，或者是对于高精度、小尺寸的部件，使用3D扫描器的测量用来获得这种目标或者部件的形状信息。

具体地，3D扫描器具有能够更加经济和更加精确地测量3D信息的优点，因为3D扫描器将光学设备与计算机图像处理技术相结合，使用扫描器等低成本的图像输入设备替代干涉仪或激光源等高成本的辅助设备来测量数字图像信息以获得数字图像。

使用3D扫描器的测量按照如下方式执行：将目标(其形状信息是待测量的)固定在支架上，并用扫描器以3D无接触方式测量该目标的形状信息。

此外，在以3D无接触方式测量目标的形状信息时，操作员必须重复进行以不同角度旋转目标并用扫描器测量目标的操作，以便测量扫描器的光源达不到的死区。

在操作3D扫描器的操作员的熟练度以及3D扫描器的性能都非常好的情况下，使用上述3D扫描器的检查能够容易获得目标的形状信息。相反，在操作员不熟练且3D扫描器的性能不好的情况下，就不能精确地扫描测量所要求的检查要素。

另外，在设计待测量目标的设计者不能精确地将检查要素(例如目标的形状、被测量目标的尺寸和容许公差)交给控制3D扫描器的操作员的情况下，就不能正确地执行设计者所希望的精确检查。

发明内容

因此，本发明涉及使用3D扫描器指导实时检查的系统和方法，其能基本上消除由于相关技术的局限和不足而引起的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种使用3D扫描器指导实时检查的系统和方法，以使操作员能够精确地测量设计者所想要的目标的检查要素，而与操作员控制3D扫描器的熟练度无关。

为实现上述目的和其它优点，提供一种使用3D扫描器指导实时检查的系统，该系统包括：用于检测待测量目标的3D形状信息的扫描器；数据存储单元，其用于存储将要由控制扫描器的操作员测量的目标的检查指导信息，并用于存储目标的检查信息，该检查信息对于判断扫描器所检测的测量信息(3D形状信息)的有效性是必要的；显示单元，其用于输出扫描器所检测的测量信息和存储在数据存储单元中的目标的检查指导信息；以及控制单元，其用于将存储在数据存储单元中的目标的检查指导信息传输给显示单元，并用于比较扫描器所检测的测量信息和检查信息以判断测量的有效性。

此外，检查指导信息可以包括目标的形状信息、用于测量目标的扫描区信息和用于指导测量过程的顺序信息。

此外，目标的形状信息可以是在CAD(计算机辅助设计)程序中模拟的设计数据。

此外，检查信息可以包括参考数据信息和容许公差信息，该参考数据信息用于判断扫描器所检测的测量信息的数据数量是否有效，该容许公差信息用于评价测量信息的形状误差。

此外，数据存储单元可以包括硬盘、半导体存储器和CD-ROM中的至少一个。

在本发明的另一方面中，提供一种使用3D扫描器指导实时检查的方法，该方法包括如下步骤：(a)确定待测量目标的形状信息和该目标的测量要素，并将它们存储在数据存储单元中；(b)在控制单元处，使用存储在数据存储单元中的形状信息和测量要素，将用于指导目标测量的形状信息和检查指导信息输出给显示单元；(c)在控制单元处，测量并检测来自3D(三维)扫描器的目标的形状；(d)在控制单元处，判断从3D扫描器检测到的测量信息(目标的形状)的有效性；以及(e)作为步骤(d)的判断结果，如果测量信息是有效的，则在控制单元处结束目标的测量。

此外，步骤(b)可以包括如下步骤：在控制单元处，检测在数据存储单元中存储的目标的测量位置和测量尺寸信息；以及设定目标的形状信息和测量目标形状所必需的扫描区，以便将设定的信息和设定的扫描区输出给显示单元。

此外，步骤(c)可以包括如下步骤：在控制单元处，检测从3D扫描器检测到的空间运动信息；在控制单元处，分析从3D扫描器检测到的空间运动信息，以判断3D扫描器是否设置在目标附近；以及如果3D扫描器是设置在目标附近，则在控制单元处，通过显示单元显示该目标就是待测量目标。

此外，判断3D扫描器是否设置在目标附近的步骤可以包括如下步骤：如果3D扫描器没有设置在目标附近，则在控制单元处，通过显示单元显示该目标不是待测量目标。

此外，步骤(c)可以包括如下步骤：在控制单元处，将从3D扫描器测量到的信息叠加在用于指导目标测量的形状信息上，并将叠加的信息输出给显示单元。

此外，步骤(d)可以包括如下步骤：在控制单元处，比较从3D扫描器测量到的信息的数据数量和第一参考值，以判断所测量信息的有效性；作为比较结果，如果所测量信息的数据数量是有效的，则在控制单元处，从所测量信息计算测量要素的数值信息，并比较该数值信息与第二参考值，以判断所测量信息的有效性。

此外，如果所测量信息的数据数量是无效的，则可以执行步骤(c)。

此外，如果所测量信息的计算结果是无效的，则可以执行步骤(c)。

此外，如果在步骤(e)中存在目标的附加测量，则控制单元可以执行步骤(b)。

应该理解的是，本发明的前述一般说明和下文的详细说明都是示例性的和解释性的，它们都用于提供对所要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

附图显示了本发明的实施例，提供这些附图是为了进一步理解本发明，它们包含在本申请中并构成本申请的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1是方框图，显示了根据本发明使用3D扫描器指导实时检查的系统；

图2是一个示例性视图，显示了使用图1的3D扫描器指导实时检查的系统所进行的测量过程；

图3是另一个示例性视图，显示了使用图1的3D扫描器指导实时检查的系统所进行的测量过程；以及

图4是流程图，显示了根据本发明使用3D扫描器指导实时检查的方法。

具体实施方式

现在详细说明本发明的优选实施例。

图1是方框图，显示了根据本发明使用3D扫描器指导实时检查的系统，图2是一个示例性视图，显示了使用图1的3D扫描器指导实时检查的系统所进行的测量过程，图3是另一个示例性视图，显示了使用图1的3D扫描器指导实时检查的系统所进行的测量过程。

下面，参照图1至3说明根据本发明使用3D扫描器指导实时检查的系统。

该系统包括：用于扫描待测量目标的3D扫描器100；用于存储目标的形状信息、检查信息和检查指导信息的数据存储单元300；显示单元400，其用于输出从3D扫描器100检测到的测量信息和存储在数据存储单元300中的目标的检查指导信息；以及用于控制系统的总体操作的控制单元500。

3D扫描器100是用于获得待测量目标的形状信息的装置。由于3D扫描器的结构及其扫描处理都是本领域中众所周知的，因此省略对它的详细描述。

应用于本发明的3D扫描器100可以是便携式3D扫描器100，而且，由3D扫描器100获得的目标的测量信息被提供给控制单元500。

数据存储单元300存储将要由控制3D扫描器300的操作员测量的目标的检查指导信息，并存储该目标的检查信息，该检查信息用于判断3D扫描器100所检测的目标的测量信息的有效性。数据存储单元300可以是硬盘、半导体存储器和CD-ROM中的至少一个，但优选是硬盘。

此外，检查指导信息包括目标的形状信息、用于测量目标的扫描区信息和用于指导测量过程的顺序信息。检查指导信息中的目标的形状信息是通过计算机辅助设计(CAD)程序模拟的设计数据。

此外，检查指导信息中用于测量目标的扫描区信息通常用于使操作员获得需要实际测量的目标的那一部分的形状信息或者设计者设计的项目的形状信息。例如，参照附图2和3，扫描区信息允许操作者检测出具有不同高度的第一圆柱体C1和第二圆柱体C2与待测量目标相隔预定的距离。

也就是说，参照图2，在将要从目标检测和测量的测量要素是第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的情况下，输出其中包括第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的第一扫描区S1和第二扫描区S2，以允许操作员核查该操作员应该使用3D扫描器100进行检测的目标的那一部分。此外，可以允许操作员通过附加地输出在第一扫描区S1和第二扫描区S2中作为待测量目标的第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的形状来执行更详细的核查，并且可以给操作员指示3D扫描器100与待测量目标相距的高度以使操作员可以测量该目标。

例如，参照图3，在将要从目标检测和测量的测量要素是第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的高度的情况下，设定并输出第三扫描区S3和第四扫描区S4，使得可以包括第一圆柱体C1的最低点H11和最高点H12的高度以及第二圆柱体C2的最低点H21和最高点H22的高度。因此，操作员能够容易地核查扫描区，并且，第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的矩形形状可以被一起输出。

此外，检查指导信息中的顺序信息通常用于按顺序地指导检查进行过程。例如，输出第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的周围形状以获得测量信息，然后输出第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的侧面形状，因此，操作员可以得知测量顺序。

此外，检查信息包括参考数据信息和容许公差信息，该参考数据信息用于判断3D扫描器100所检测的测量信息的数据数量是否有效，该容许公差信息用于评价通过3D扫描器100从目标测量的信息的形状误差。也就是说，参考数据信息是用于判断从3D扫描器100检测到的数据数量是否大于预定值的有效数据数量，容许公差信息是设计值，其被设定成用于使用从3D扫描器100检测到的数据来计算形状的厚度和高度，并用于判断所计算的值是否有效。

例如，参照图2和3，将第一圆柱体C1的内半径R1和第二圆柱体C2的内半径R2的计算值、第一圆柱体C1的中点和第二圆柱体C2的中点之间的距离D1、第一圆柱体C1的高度H1和第二圆柱体C2的高度H2、第一圆柱体C1和第二圆柱体C2的高度差(H12-H22：D2)与设计值进行比较，以判断所计算的值是否为有效信息。

基于待测量目标的设计数据设定检查指导信息和检查信息。

显示单元400输出3D扫描器100所测量的目标形状信息、检查指导信息、存储在数据存储单元300中的检查信息以及测量结果信息，以用于操作员进行核查。

控制单元500控制其中确定了目标的测量要素的形状信息、检查指导信息以及检查信息使它们存储在数据存储单元300中；输出控制信号使得存储在数据存储单元300中的形状信息(其中确定了目标的测量要素)、检查指导信息以及检查信息通过显示单元400输出；控制从3D扫描器100传输的测量信息使其通过显示单元400输出；以及将3D扫描器100所测量的信息与在数据存储单元300中存储的检查信息进行比较，以判断测量信息的有效性。

未解释的附图标记200是键输入单元。键输入单元通常用于输入控制3D扫描器100的操作的控制信号，并将目标的检查信息和容许误差信息输入给数据存储单元300。

图4是流程图，显示了根据本发明使用3D扫描器指导实时检查的方法。下面参照图1和4描述该方法。

基于目标的设计信息确定待测量目标的形状信息和测量要素，并将它们存储在数据存储单元300中(S100)。

在步骤S110中，控制单元500检测在步骤S100中确定并存储在数据存储单元300内的目标的形状信息和测量要素，从步骤S110中检测的目标形状信息和目标测量要素来设定目标形状信息和测量目标形状所必需的扫描区，在步骤120中，将设定的信息和设定的扫描区输出给显示单元，而且，在步骤S130中，从目标的形状信息和测量要素来检测目标的测量位置和测量尺寸信息。

在执行步骤S130之后，在步骤S140中，控制单元500检测用于测量目标形状的3D扫描器100所测量并传输的测量信息。在步骤S140中，控制单元500检测空间运动信息，使得3D扫描器100移动以便检测目标，分析所检测的空间运动信息，并判断3D扫描器100是否设置在目标附近。在3D扫描器是设置在目标附近的情况下，控制单元500通过显示单元400显示该目标就是待测量目标。相反，在3D扫描器没有设置在目标附近的情况下，控制单元500通过显示单元400显示该目标不是待测量目标。

在步骤S140中，关于3D扫描器是否设置在目标附近的判断，通过校对存储在数据存储单元300中的形状信息的坐标系和3D扫描器的测量坐标系来执行。也就是说，在步骤140中，将3D扫描器100的位置与待测量目标的位置进行比较，以显示出3D扫描器100的位置移动到目标的位置。由于形状信息的坐标系和测量坐标系的校对过程在本领域中已经是众所周知的，因此省略对它的详细描述。

此外，在步骤140中，控制单元500可以将从3D扫描器100测量到的目标形状信息叠加在存储于数据存储单元300中的形状信息上，以用于指导目标测量并将所叠加的信息输出给显示单元400。在这种情况下，其优点是，操作员可以再次检查测量位置，因此可以更加方便地执行测量。

在执行步骤S140之后，在步骤S150中，控制单元500从3D扫描器所检测的测量信息计算有效数据的数量和测量要素的数值信息。

在步骤S160中，控制单元500将从3D扫描器100的测量信息计算出的有效数据数量与第一参考值进行比较，以判断步骤S150中所计算的有效数据数量的有效性。在步骤S160中的第一参考值，其是存储在数据存储单元300中的检查信息，也是判断由3D扫描器检测的测量信息是否为有效信息所必需的最小有效数据数量。

在步骤S160中，当由3D扫描器100检测的测量信息的有效数据数量小于第一参考值时，则再次执行步骤S140。相反，在步骤S160中，当由3D扫描器100检测的测量信息的有效数据数量大于第一参考值时，则在步骤S170中，控制单元500将从测量信息计算出的测量要素的数值信息与第二参考值进行比较，以判断所测量信息的有效性。在步骤S170中的第二参考值，其是存储在数据存储单元300中的检查信息，也是所需尺寸和用于基于设计信息评价测量要素形状误差的容许公差之中的至少一个。

在步骤S170中，当所计算的结果大于第二参考值时，则再次执行步骤S140。相反，在步骤S170中，当所计算的结果小于第二参考值时，则在步骤S180中，控制单元500判断是否结束目标测量。

当步骤S180中存在目标的附加测量时，控制单元500执行步骤S110，而当步骤S180中不存在目标的附加测量时，结束目标的检查指导和测量。

如上所述，本发明的优点在于，操作员能够精确地理解设计者的检查意图以执行测量。

此外，设计者所希望的检查项目可以被方便地检查，而与控制3D扫描器的操作员的熟练度无关，因此可以防止检查中的误差。

此外，防止了产生性能误差(在使用3D扫描器执行测量的过程中可能发生的数据误差)，因此可以提供更加有效的检查过程。

前述的实施例仅仅是示例性的，而不是限制本发明。本发明容易应用于其它类型的设备。本发明的说明只用于解释，而不限制权利要求的范围。许多替换、修改和变换对于本领域普通技术人员来说是显然的。

Claims (14)

1.一种使用三维扫描器指导实时检查的系统，包括：

用于检测待测量目标的三维形状信息的扫描器；

数据存储单元，其用于存储将要由控制扫描器的操作员测量的目标的检查指导信息，并用于存储目标的检查信息，该检查信息对于判断扫描器所检测的测量信息(三维形状信息)的有效性是必要的；

显示单元，其用于输出扫描器所检测的测量信息和存储在数据存储单元中的目标的检查指导信息；以及

控制单元，其用于将存储在数据存储单元中的目标的检查指导信息传输给显示单元，并用于比较扫描器所检测的测量信息和检查信息以判断测量的有效性。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述检查指导信息包括目标的形状信息、用于测量目标的扫描区信息和用于指导测量过程的顺序信息。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述形状信息是在计算机辅助设计程序中模拟的设计数据。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述检查信息包括参考数据信息和容许公差信息，该参考数据信息用于判断扫描器所检测的测量信息的数据数量是否有效，该容许公差信息用于评价测量信息的形状误差。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述数据存储单元包括硬盘、半导体存储器和CD-ROM中的至少一个。

6.一种使用三维扫描器指导实时检查的方法，该方法包括如下步骤：

(a)确定待测量目标的形状信息和该目标的测量要素，并将它们存储在数据存储单元中；

(b)在控制单元处，使用存储在数据存储单元中的形状信息和测量要素，将用于指导目标测量的形状信息和检查指导信息输出给显示单元；

(c)在控制单元处，测量并检测来自三维扫描器的目标的形状；

(d)在控制单元处，判断从三维扫描器检测到的测量信息(目标的形状)的有效性；以及

(e)作为步骤(d)的判断结果，如果测量信息是有效的，则在控制单元处结束目标的测量。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(b)包括如下步骤：

在控制单元处，检测在数据存储单元中存储的目标的测量位置和测量尺寸信息；以及

设定目标的形状信息和测量目标形状所必需的扫描区，以便将设定的信息和设定的扫描区输出给显示单元。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(c)包括如下步骤：

在控制单元处，检测从三维扫描器检测到的空间运动信息；

在控制单元处，分析从三维扫描器检测到的空间运动信息，以判断三维扫描器是否设置在目标附近；以及

如果三维扫描器是设置在目标附近，则在控制单元处，通过显示单元显示该目标就是待测量目标。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述判断三维扫描器是否设置在目标附近的步骤包括如下步骤：

如果三维扫描器没有设置在目标附近，则在控制单元处，通过显示单元显示该目标不是待测量目标。

10.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(c)包括如下步骤：

在控制单元处，将从三维扫描器测量到的信息叠加在用于指导目标测量的形状信息上，并将叠加的信息输出给显示单元。

11.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(d)包括如下步骤：

在控制单元处，比较从3D扫描器测量到的信息的数据数量和第一参考值，以判断所测量信息的有效性；

作为比较结果，如果所测量信息的数据数量是有效的，则在控制单元处，从所测量信息计算测量要素的数值信息，并比较该数值信息与第二参考值，以判断所测量信息的有效性。

12.如权利要求11所述的方法，其中，如果所测量信息的数据数量是无效的，则执行所述步骤(c)。

13.如权利要求11所述的方法，其中，如果所测量信息的计算结果是无效的，则执行所述步骤(c)。

14.如权利要求6所述的方法，其中，如果在所述步骤(e)中存在目标的附加测量，则控制单元执行所述步骤(b)。

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