專利名稱：特征化機(jī)器零件中邊折的幾何參數(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種與制造機(jī)器零件有關(guān)的測(cè)量技術(shù)，并更特別地涉及用于特征化零件中邊折的一個(gè)或多個(gè)幾何參數(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序代碼。
背景技術(shù)：
當(dāng)諸如渦輪翼面、壓力通風(fēng)機(jī)、葉根等零件在經(jīng)歷制造操作(比如機(jī)器加工)時(shí)，在這種零件中形成的邊可能很鋒利。鋒利的邊折或不連續(xù)性可導(dǎo)致薄材料的斷面，其可在受到熱和/機(jī)械壓力時(shí)迅速地被磨損和破裂。因此，所期望的是，這種零件上的邊折可被適當(dāng)?shù)嘏渲没虺尚?，以?shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械屬性。當(dāng)前，精確測(cè)量和特征化這種邊折是耗時(shí)且難以實(shí)現(xiàn)的。
已知的用于特征化零件中邊折的測(cè)量技術(shù)通常要求具有伴隨的計(jì)劃和/或非計(jì)劃操作的手工臺(tái)。例如，計(jì)劃的操作旨在完成邊角或彎曲并且生成制圖特征，而非計(jì)劃操作可包括重做和修理在操作零件期間產(chǎn)生的裂痕、凹痕和劃痕。因?yàn)檫@樣的手工臺(tái)是手工操作的，會(huì)引入所不期望的邊折特征的變化，這是因?yàn)椴僮鲉T的訓(xùn)練和/或技術(shù)級(jí)別的差異。假若給操作員提供高級(jí)別的訓(xùn)練是昂貴的并且可能不能提供完全滿意的解決方案。例如，可以觀察到，即使兩個(gè)訓(xùn)練良好的操作員在估算統(tǒng)一邊折時(shí)可能獲得不同的結(jié)果。因而，所期望的是，提供用于定量特征化邊折而不受上述缺點(diǎn)影響的自動(dòng)技術(shù)。還期望一致地實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高度的可重復(fù)性和精確性，以便適當(dāng)?shù)靥卣骰魏谓o定邊折的可應(yīng)用參數(shù)。


參看由下列附圖組成的制圖，根據(jù)下列描述，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)將更加清楚圖1說明了包括具有邊折的槽的示例零件，比如具有圓角的斜面。
圖2說明了對(duì)應(yīng)于圖1所示邊折的多個(gè)成像邊緣圖案。
圖3說明了示例三維(3-D)成像數(shù)據(jù)，其可從圖2所示的邊緣圖案通過計(jì)算機(jī)提取。
圖4說明了表示圖1所示邊折的示例剖面的線條。
圖5是描述體現(xiàn)本發(fā)明各方面的過程示例步驟的流程圖。
圖6示出可用來特征化示例圓角的示例參數(shù)。
圖7示出示根據(jù)本發(fā)明各方面的示例滑動(dòng)窗口，用來選擇要處理的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
圖8示出用于特征化邊折的示例斜率曲線和斜率差曲線。
圖9示出圖形報(bào)告，說明用于特征化邊折并包括標(biāo)稱半徑和根據(jù)本發(fā)明各方面計(jì)算的半徑之間的示例比較的示例最小圓。
具體實(shí)施例方式
圖1說明示例零件10，比如用于渦輪葉片的葉根，包括槽12，其包括邊折14，比如具有圓角的斜面。如在斜面、斜角、倒角和其它零件特征中所遇到的那樣，可引起邊緣銳度的零件特征和/或幾何不連續(xù)性將在本說明上下文中稱為邊折。
圖2說明對(duì)應(yīng)于邊折14的比如由多個(gè)成像邊緣圖案組成的圖像16，其可用光學(xué)邊折傳感器來獲得。對(duì)于想知道由與本發(fā)明相同的受讓人開發(fā)的新式手持光學(xué)邊折傳感器有關(guān)的背景信息的讀者，可參考美國(guó)專利申請(qǐng)No.＿＿，(代理人案號(hào)No.183374-1(34564))。
圖4說明表示邊折14的示例剖面的線條18。在示例實(shí)施例中，線條18表示機(jī)械配合，比如沿著3-D成像數(shù)據(jù)20(圖3)中的切割線4-4。線條18由成像點(diǎn)組成，成像點(diǎn)可從用光學(xué)邊折傳感器獲得成像邊緣圖案16中通過計(jì)算機(jī)提取。用于提取成像數(shù)據(jù)的示例處理技術(shù)可包括相移、三角測(cè)量和本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的其它光學(xué)處理技術(shù)。
本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到用于量化特征化(實(shí)質(zhì)上以自動(dòng)的方式)一個(gè)或多個(gè)零件中邊折的幾何參數(shù)的新式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。描述體現(xiàn)本發(fā)明各方面的過程的示例步驟的流程圖在圖5中說明。
在圖6中說明了用于示例斜角型邊50的典型術(shù)語(yǔ)。例如，斜角50包括包括兩個(gè)邊52和54、兩個(gè)斷點(diǎn)56和58、以及一個(gè)中間區(qū)域60。通常，邊緣52和54可在引起各自邊折(例如，圓角)的每側(cè)上包括線性(或非線性)段。斷點(diǎn)可定義成邊開始呈現(xiàn)彎曲轉(zhuǎn)彎之前在邊上最后的點(diǎn)。中間區(qū)域通常位于兩個(gè)斷點(diǎn)之間。
用于特征化這類邊的可能示例方法包括1.在規(guī)定的公差內(nèi)確定邊52和54的平直度。
2.在規(guī)定的公差內(nèi)定位中間區(qū)域60。
3.確定在中間區(qū)域中不存在凹陷。
4.為每個(gè)彎曲的轉(zhuǎn)彎確定滿足所規(guī)定的最小值的相應(yīng)半徑。
通常，邊的平直度通過在多個(gè)邊點(diǎn)上計(jì)算線性參數(shù)來確定，例如多個(gè)固定在直線上的邊點(diǎn)的最小二乘方擬合。由此，如下進(jìn)一步所示，應(yīng)當(dāng)考慮適當(dāng)選擇多個(gè)點(diǎn)來包括。
回到圖4，在開始步驟30之后，步驟32允許設(shè)置窗口大小，以便處理與邊的初始段對(duì)應(yīng)的可選擇數(shù)量的成像數(shù)據(jù)點(diǎn)。步驟34允許滑動(dòng)所述窗口，以處理與所述邊的連續(xù)段對(duì)應(yīng)的相應(yīng)成像數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中至少一個(gè)段包括邊折。在一個(gè)示例實(shí)施例中，已經(jīng)通過經(jīng)驗(yàn)知道，使用在斷點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)之間大概1/3的點(diǎn)來為所述滑動(dòng)窗口提供足夠的大小?？梢岳斫?，滑動(dòng)框的大小不限于任何特定的尺寸。
步驟36允許基于邊的每個(gè)連續(xù)段的線條裝配來生成由多個(gè)互連的線條組成的線條。圖6中看到的曲線是如此生成的線條的一個(gè)示例。步驟38允許為邊的每個(gè)連續(xù)段計(jì)算沿著互連線條的斜率差。圖8的曲線圖示出了沿著示例邊的多個(gè)段所計(jì)算的斜率和斜率差的相應(yīng)曲線。
步驟40允許基于所計(jì)算斜率差大小的變化來識(shí)別第一邊折點(diǎn)。第一邊折點(diǎn)表示邊折中的第一彎曲轉(zhuǎn)彎。圖6中的點(diǎn)56是第一邊折點(diǎn)的示例，并且同一圖中的點(diǎn)58是第二邊折點(diǎn)的示例?？梢岳斫猓瑪帱c(diǎn)位置可用于確定與公差范圍的符合。
在返回到步驟44之前，步驟42允許計(jì)算用于特征化第一彎曲轉(zhuǎn)彎的曲率半徑。例如，圖9中的半徑R*1表示這種半徑。如上所述，所計(jì)算的半徑應(yīng)當(dāng)滿足為每個(gè)彎曲段規(guī)定的最小值。可以為特征化第二彎曲轉(zhuǎn)彎(如果有的話)進(jìn)行類似的計(jì)算，所述第二彎曲轉(zhuǎn)彎是部分的邊折。
圖7說明了包括可由相應(yīng)半徑特征化的單個(gè)圓形彎曲70的邊折。圖7還說明了可從起始點(diǎn)74沿著第一邊76朝著第一邊折點(diǎn)70，沿著彎曲轉(zhuǎn)彎70并從第二邊折點(diǎn)80和沿著第二邊82朝終點(diǎn)84滑動(dòng)的窗口72?？梢岳斫?，可以從線條的任何一個(gè)端開始處理邊點(diǎn)。
在操作中，通過沿著邊的建模周線滑動(dòng)窗口，使用由設(shè)定窗口大小包圍的點(diǎn)的數(shù)量來接成一系列線條。根據(jù)基本數(shù)學(xué)定律，邊周線的近似曲率映射表可通過計(jì)算任何兩個(gè)相鄰線條之間的斜率差來獲得。
圖8說明為每個(gè)示例邊所計(jì)算的斜率90和斜率差92的相應(yīng)曲線圖。如斜率差的曲線上所看見的，存在至少兩個(gè)位置96，在這兩個(gè)位置中存在斜率導(dǎo)數(shù)中的符號(hào)變化，即邊開始彎曲的表示?？梢钥闯觯芫€上的局部最小值97和99可被看作為與各自最小半徑對(duì)應(yīng)的各自位置。使用關(guān)于曲線的第一導(dǎo)數(shù)(斜率)和第二導(dǎo)數(shù)(系率差)直接的數(shù)學(xué)概念，可以聲明如下1.沿著圖8水平軸的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于沿著由邊組成的各互連段的裝配線條行進(jìn)的位置。因此，沿著互連段的斜率差的計(jì)算允許為邊的剖面估計(jì)曲率映射表。
2.平的邊段實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于斜率差的絕對(duì)值為零的區(qū)域。即是，斜率值是恒定的。
3.斷點(diǎn)被看作為斜率差的絕對(duì)值剛開始變?yōu)榉橇愕霓D(zhuǎn)變點(diǎn)。即是，斜率大小從恒定值開始變化到變化條件。
4.每個(gè)最小半徑圓應(yīng)當(dāng)被定位以與各自最小的曲率(k)值相對(duì)應(yīng)。
如上所述，通過使用體現(xiàn)本發(fā)明各方面的算法，可精確且一致地確定用于特征化邊折的任何可應(yīng)用參數(shù)，比如裝配的邊線、斷點(diǎn)和最小圓。圖9中示出示例報(bào)告100，用于圖形化說明用于特征化邊折的各自最小圓。報(bào)告包括標(biāo)稱半徑值(R1和R2)和根據(jù)本發(fā)明各方面計(jì)算的半徑值(R*1和R*2)之間的示例量化比較。應(yīng)當(dāng)理解，利用本發(fā)明各方面所計(jì)算的最小半徑的值基本上接近標(biāo)稱半徑的值。
預(yù)期的是，本發(fā)明的操作方面可提供下列示例優(yōu)點(diǎn)1.自動(dòng)化邊折評(píng)估過程可通過來自操作員的最少手工交互來執(zhí)行。
2.高效率邊折確定可僅通過點(diǎn)擊單個(gè)按鈕或適當(dāng)用戶界面上的圖標(biāo)在幾秒內(nèi)被執(zhí)行。
3.直觀報(bào)告邊的評(píng)估報(bào)告不僅提供有字母數(shù)字信息，而且可顯示在直觀并且用戶友好的圖形用戶界面中。
4.高的計(jì)量器可重復(fù)性和可再現(xiàn)性(GR&R)邊折評(píng)估不再取決于操作員。因此，體現(xiàn)本發(fā)明各方面的過程具有非常高的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性。
5.用戶友好的過程。邊折評(píng)估過程可被標(biāo)準(zhǔn)化，并且可以成本效率的方式適應(yīng)于制造場(chǎng)地環(huán)境。
可以理解，本發(fā)明各方面還可體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是任何可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，其因此可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子可包括只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器、CD-ROM、DVD、磁帶、光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可分布在網(wǎng)絡(luò)耦合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，使得計(jì)算機(jī)可讀代碼可以分布式方式被存儲(chǔ)和執(zhí)行。
基于前面的說明，本發(fā)明的各個(gè)方面可利用計(jì)算機(jī)編程或工程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，包括計(jì)算機(jī)軟件、固件、硬件或任何其子集的組合。任何這樣所產(chǎn)生的具有計(jì)算機(jī)可讀代碼裝置的程序，可在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀媒體中體現(xiàn)或提供，由此制成根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，即制造的商品。計(jì)算機(jī)可讀媒體可例如是固定的(硬盤)驅(qū)動(dòng)器、磁盤、光盤、磁帶、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，比如只讀存儲(chǔ)器(ROM)等，或者任何發(fā)送/接收介質(zhì)，比如互聯(lián)網(wǎng)或其它通信網(wǎng)絡(luò)等等。包含計(jì)算機(jī)代碼的制造商品可通過執(zhí)行直接來自介質(zhì)的代碼、通過將代碼從一個(gè)介質(zhì)拷貝到另一個(gè)介質(zhì)、或通過網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)來制成和/或使用。
用于制成、使用或銷售本發(fā)明的設(shè)備可以是一個(gè)或多個(gè)處理系統(tǒng)，包括但不局限于中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)設(shè)備、通信鏈路和設(shè)備、服務(wù)器、I/O設(shè)備、或者一個(gè)或多個(gè)處理系統(tǒng)的子部件，包括軟件、固件、硬件或其任何子集的組合，其體現(xiàn)了權(quán)利要求所述的發(fā)明。
可從鍵盤、鼠標(biāo)、筆、語(yǔ)音、觸摸屏、或其它裝置接收用戶輸入，通過這些裝置，人類可輸入數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，包括通過其它諸如應(yīng)用程序的程序。
計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠容易地組合按上述適當(dāng)通用目的創(chuàng)建的軟件或?qū)Ｓ媚康挠?jì)算機(jī)硬件，以創(chuàng)建體現(xiàn)本發(fā)明各方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)。
盡管已經(jīng)在這里示出和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，還將理解這樣的實(shí)施例僅通過例子的方式提供。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可出現(xiàn)各種變型、變化和替換而不偏離本發(fā)明。由此所要的是，本發(fā)明僅僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限定。
附圖標(biāo)記10 示例零件12 槽14 邊折16 圖像18 線條20 3-D成像數(shù)據(jù)30 開始步驟32 設(shè)置用于處理多個(gè)成像數(shù)據(jù)點(diǎn)的窗口大小的步驟34 滑動(dòng)用于處理成像數(shù)據(jù)點(diǎn)的窗口的步驟36 生成線條的步驟38 計(jì)算斜率差的步驟40 識(shí)別第一邊折點(diǎn)的步驟42 計(jì)算曲率半徑的步驟44 返回步驟50 示例斜角型邊52，54 邊
56，58 斷點(diǎn)60 中間區(qū)域70 單個(gè)圓形彎曲72 可滑動(dòng)窗口74 起始點(diǎn)76 第一邊78 第一邊折點(diǎn)80 第二邊折點(diǎn)90 斜率曲線92 斜率差96 位置97，99 局部最小值100 示例報(bào)告
權(quán)利要求
1.一種用于定量特征化零件(10)中邊折的一個(gè)或多個(gè)幾何參數(shù)的系統(tǒng)，包括用戶接口，用于設(shè)置窗口大小(32)，以便處理與零件中邊的初始段對(duì)應(yīng)的可選擇數(shù)量的成像數(shù)據(jù)點(diǎn)；用于滑動(dòng)窗口(34)的處理器，用于處理與所述邊的連續(xù)段對(duì)應(yīng)的相應(yīng)成像數(shù)據(jù)點(diǎn)，至少一個(gè)所述段包括零件中的邊折；用于基于邊的每個(gè)連續(xù)段的線條裝配來生成由多個(gè)互連的線條組成的線條(36)的處理器；用于為邊的每個(gè)連續(xù)段計(jì)算沿著互連線條的斜率差(38)的處理器；用于基于所計(jì)算斜率差大小的變化來識(shí)別第一邊折點(diǎn)(40)的處理器，所述第一邊折點(diǎn)表示在所述邊折中的第一彎段；和用于計(jì)算用于特征化所述第一彎曲轉(zhuǎn)彎的曲率半徑(42)的處理器。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中單個(gè)處理器單元構(gòu)成所述處理器。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括用于基于所計(jì)算斜率差大小的另一變化來識(shí)別第二邊折點(diǎn)的處理器，所述第二邊折點(diǎn)表示在所示邊折中的第二彎段。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，還包括用于計(jì)算用于特征化所述第二彎段的曲率半徑的處理器。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，還包括用戶顯示器，用于通過用戶接口面板顯示邊折的與特征化第一彎段的曲率半徑以及特征化第二彎段的曲率半徑有關(guān)的字母數(shù)字信息，如果有的話。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，還包括用戶顯示器，用于通過用戶接口面板顯示邊折的與特征化第一彎段的曲率半徑以及特征化第二彎段的曲率半徑有關(guān)的圖形信息，如果有的話。
7.一種用于定量特征化零件中邊折的一個(gè)或多個(gè)幾何參數(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括設(shè)置窗口大小(32)，以便處理與零件中邊的初始段對(duì)應(yīng)的可選擇數(shù)量的成像數(shù)據(jù)點(diǎn)；滑動(dòng)窗口(34)，以便處理與所述邊的連續(xù)段對(duì)應(yīng)的相應(yīng)成像數(shù)據(jù)點(diǎn)，至少一個(gè)所述段包括零件中的邊折；基于邊的每個(gè)連續(xù)段的線條裝配來生成由多個(gè)互連的線條組成的線條(36)；為邊的每個(gè)連續(xù)段計(jì)算沿著互連線條的斜率差(38)；基于所計(jì)算斜率差大小的變化來識(shí)別第一邊折點(diǎn)(40)，所述第一邊折點(diǎn)表示在所述邊折中的第一彎段；和計(jì)算用于特征化所述第一彎曲轉(zhuǎn)彎的曲率半徑(42)。
8.權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，還包括基于所計(jì)算斜率差大小的另一變化來識(shí)別第二邊折點(diǎn)，所述第二邊折點(diǎn)表示在所示邊折中的第二彎段。
9.權(quán)利要求8的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，還包括計(jì)算用于特征化所述第二彎段的曲率半徑。
10.權(quán)利要求9的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，還包括通過用戶接口面板顯示邊折的與特征化第一彎段的曲率半徑以及特征化第二彎段的曲率半徑有關(guān)的字母數(shù)字信息，如果有的話。
11.權(quán)利要求9的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，還包括通過用戶接口面板顯示邊折的與特征化第一彎段的曲率半徑以及特征化第二彎段的曲率半徑有關(guān)的圖形信息，如果有的話。
全文摘要
提供一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序代碼，用來特征化邊折(14)，例如可引起邊緣銳度的零件特征和/或幾何參數(shù)，如在斜面、斜角、倒角和其它零件特征中可能遇到的。該方法能夠精確地和一致地確定制造設(shè)置、例如，用于特征化邊折的任何可應(yīng)用的集合參數(shù)。
文檔編號(hào)G01B21/00GK1967141SQ20061014852
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者K·G·哈丁, 鄭建明, 李永青, 賈明, 宋桂菊, J·B·羅斯, R·G·伊薩克斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司