CN102893291A - 测量构件轮廓的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量表面上构件轮廓的方法，其包括提供基材。所述基材包含在所述基材表面上的构件。所述构件包含壁。所述基材的表面被照明。照明所述壁的边缘以测量所述构件的第一轮廓线和第二轮廓线。基于所述第一轮廓线和所述第二轮廓线来计算所述构件的轮廓。

Description

测量构件轮廓的方法
技术领域
本发明涉及一种测量表面上的构件(feature)，例如雕刻物，的轮廓的方法。
背景技术
业已发现，用于制造硬币用模具的切压制模法不像之前所想象的可重复和精确。取决于设备、材料性能或操作者，模具上冲压的构件将以不可预测的方式移动。同一操作者在不同时间在同一机器上制造出的两个模具看起来都不同。如果替换操作者或如果该方法在不同的机器上进行差异将被放大。
发明概述
本发明提供了一种测量表面上的构件(例如模具上的雕刻物)的轮廓的方法，并且该方法是可重复的。
一方面，测量表面上的构件的轮廓的方法包括提供基材。该基材包含处在基材表面上的构件。所述构件包含壁。照明该基材的表面。壁的边缘被照明从而测量所述构件的第一轮廓线和第二轮廓线。基于第一轮廓线和第二轮廓线来计算构件的轮廓。
另一方面，用于测量表面上的构件的轮廓的***包括布置用于以第一和第二角度照明基材表面上的构件的第一和第二照射源。成像设备用于对壁的边缘成像，从而测量构件的第一轮廓线和第二轮廓线。处理器用于基于第一轮廓线和第二轮廓线来计算构件的轮廓。
前面的段落被提供作为一般介绍，而并不是要限制所附权利要求的范围。通过参考下面结合附图给出的详细描述，可以最佳地理解当前公开的优选实施方式以及进一步的优点。
附图说明
图1是用于测量表面上的构件轮廓的***的示意图。
图2A示出了在第一照明条件下表面的构件。
图2B示出了在第二照明条件下表面的构件。
图2C示出了图2A和2B的组合图像。
图3A示出了构件的第一和第二轮廓线。
图3B示出了基于第一和第二轮廓线的图3A的构件的轮廓。
图3C示出了从轮廓线中提取的图3B的轮廓。
图4A示出了在第一结构下构件的轮廓线。
图4B示出了在第二结构下构件的轮廓线。
图5描述了采用丢失的信息闭合轮廓的方法。
发明详述
参考附图来描述本发明，在附图中相同的元件由相同的数字表示。通过下面的详细描述可以更好地理解本发明的各种要素的关系和功能。但是，本发明如下所述的实施方式仅仅作为示例，本发明不限于附图中所示的实施方式。
本发明提供了一种测量表面上的构件(例如模具上的雕刻物)的轮廓的方法。该方法仅需要二维成像并且不需要物理地接触表面。
在制造模具(用于例如冲压硬币)的过程中，模具上的雕刻物需要成像，使得某些构件可以例如被磨砂(frosted)。在生成将位于模具上的磨砂图案的版面设计中，存在磨砂处理。该图案是通过使用于创建母模的石膏模具数字化而产生的。
如果制造过程是无缺陷的，磨砂图案将完美地排齐在模具上。不幸的是，在大多数情况下，磨砂图案与模具从不精确地匹配。制币厂需要是每一次磨砂进行调整以与一组模具相匹配。该过程是基于反复试验并且可能耗费数小时，需要熟悉CAD软件包、激光器软件和激光器硬件的人。因此，需要更快且更简便的方法来产生与模具高精度匹配的磨砂图案。
图1描绘了用于测量表面12上的构件的轮廓的***。第一照射源16被配置用于以第一角度照明基材12表面上的构件。第二照射源18被配置用于以第二角度照明基材12表面上的构件。第二照射源18可以就是移动到不同位置的第一照射源16。成像设备14(例如激光器)可用于使表面12上的构件的壁的边缘成像，从而测量构件的第一轮廓线和第二轮廓线。处理器用于基于第一轮廓线和第二轮廓线来计算构件的轮廓。处理器可以是任何适当的处理器，例如设置在传统个人计算机中的那些。
简言之，本发明提供了一种测量表面上的构件的轮廓的方法。基材包含在基材表面上的构件。构件包含从基材的表面延伸出的壁。用光源照明基材的表面，并使壁的边缘成像以测量构件的第一轮廓线和第二轮廓线。基于第一轮廓线和第二轮廓线计算构件的轮廓。
经雕刻的表面的轮廓线是可以在10°-85°之间变化的不同角度的壁。为了适应不同的表面角度，本发明的方法使用了不同的照明结构，每一个都给出不同的照明角度。各照明结构提供某些雕刻壁的图像。通过组合来自不同照明结构的图像，产生具有大量细节的图像。光照是基于圆形光源的组合。光照来自不同角度，能使不同的表面反射光并使其可见。
在图2A和2B中，两个图像是基于两个照明结构产生的。图像的轮廓线可以是通过使用现有技术中已知的方法—智能标记定位(IMP)产生的。将两个图像叠加并阈值化。图2C是所产生的组合图像。含有很多细节的新图像可用于提取关于雕刻内容的信息。对被雕刻的构件的提取基于追踪被照明的壁的边缘的分段方法。从这些表面提取内轮廓线和外轮廓线，然后经处理产生轮廓。轮廓位于第一轮廓线和第二轮廓线之间。轮廓可以与第一轮廓线和第二轮廓线大致等距离布置。轮廓用于确定要磨砂的构件的区域，并且代表当描画图形内容时激光器要沿其而行的轮廓线。在制币厂应用的情况下，所提取的轮廓线是细线条的、对准的并在零件上标记出。
对壁的边缘成像并计算轮廓的步骤不需要与基材接触。对壁的边缘成像的步骤可以通过激光器进行。对壁的边缘成像并计算轮廓的步骤可以相对较快地进行，特别是与常规技术(例如3D扫描技术)相比。成像过程通常花费小于10分钟，优选小于5分钟的时间。所测图像的精度优选在20微米内。该过程可以是自动化的并且不需要人为干预。
图3图示了成像过程。在该实施例中，表面上的构件是数字“5”。图3A中亮的表面代表字符的壁。红色(外)轮廓线代表通过成像技术得到的上表面和下表面的边缘。图3B中绿色轮廓(在红色轮廓之间)代表红色轮廓线的中线。如3C所示，从内轮廓线和外轮廓线中提取绿色的轮廓，以提供磨砂过程要采用的图案。
如图4A和4B所示，本发明方法能控制在被雕刻的表面的壁上的轮廓的位置。该方法可以被程序化来跟踪两个轮廓线(内轮廓线和外轮廓线)同时保持与外轮廓线或内轮廓线的固定距离比。在图4A中，所计算的轮廓(由短划线表示)更接近外轮廓线。在图4B中，所计算的轮廓更接近内轮廓线。
在某些情况下，由于低角度的表面而缺失边缘信息，轮廓可能最终不完整。例如，如图5所示，有关星形的部分边缘的轮廓的数据缺失。代表基材表面的计算机数据(如来自设计过程的CAD数据)可被用于帮助完成图像。为了闭合轮廓，本方法使用了雕刻图案的CAD信息。下面的实施例说明了如何修补轮廓。
第一个步骤，成像过程(可以使用IMP)将寻找过大而无法自动闭合的开放轮廓。该过程使用了将所提取的轮廓信息与CAD数据对准的配准法。接着，XOR算法生成将被添加到开放轮廓的缺失数据。缺失数据和所提取的轮廓随后被结合到一起，如右边所示。通过在所添加数据的两端拟合曲率信息，在所提取的轮廓和缺失的信息之间建立匹配。因而，当至少一些边缘信息缺失时，可以使用本方法来完成轮廓。
所描述和说明的实施例应被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，只示出和描述了优选实施例，在如权利要求书中所限定的发明范围内的所有变更和修改都希望得到保护。应当理解，虽然说明书中使用的例如“更好的”、“优选地”、“优选的”或“更优选的”等词说明所述特征可能是期望的，然而这不一定是必要的并且没有所述特征的实施例也可以被认为在所附权利要求书所限定的本发明的范围内。对于权利要求书，当例如“一个”、“至少一个”或“至少一部分”等词用于特征前面时，不是意在要将权利要求限制为只有一个所述特征，除非在权利要求中具体作出相反陈述。当使用表述“至少一部分”和/或“一部分”时，该项可以包括一部分和/或整体，除非具体作出相反陈述。

Claims (14)

1.一种测量表面上的构件的轮廓的方法，其包括：
提供基材，所述基材包含处于所述基材的表面上的构件，所述构件包含壁；
照明所述基材的所述表面；
对所述壁的边缘成像以测量所述构件的第一轮廓线和第二轮廓线；
基于所述第一轮廓线和所述第二轮廓线计算所述构件的轮廓。
2.如权利要求1所述的方法，其中对所述壁的边缘成像包括使用智能标记定位。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述轮廓位于所述第一轮廓线和所述第二轮廓线之间。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述轮廓与所述第一轮廓线和所述第二轮廓线大致等距离布置。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述轮廓来确定要磨砂的构件区域。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括对所述区域进行磨砂。
7.如权利要求1所述的方法，其中对所述壁的边缘成像并计算轮廓的步骤不需要与基材物理接触。
8.如权利要求1所述的方法，其中对所述壁的边缘成像的步骤是通过成像设备进行的。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述成像设备是激光器。
10.如权利要求1所述的方法，其中对所述壁的边缘成像并计算轮廓的步骤花费小于10分钟的时间。
11.如权利要求1所述的方法，其中照明所述基材的步骤包括第一次照明所述基材，其中对所述壁的边缘成像的步骤包括对所述壁的所述边缘进行第一次成像，还包括第二次照明所述基材和对所述壁的所述边缘进行第二次成像。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
提供所述基材的所述表面的计算机数据；
使用所述计算机数据来计算所述基材的所述表面上的所述构件的所述轮廓。
13.一种测量表面上的构件的轮廓的***，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构件；
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构件；
成像设备，用于对所述壁的边缘成像，以测量所述构件的第一轮廓线和第二轮廓线；以及
处理器，用于基于所述第一轮廓线和所述第二轮廓线来计算所述构件的轮廓。
14.如权利要13所述的***，其中所述成像设备是激光器。
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