具有視頻疊加的激光投影系統技術方案

本發明專利技術公開了具有視頻疊加的激光投影系統。實施例公開了一種識別組件到工件上的準確定位的方法。激光投影儀相對于工件投影激光圖像。成像設備生成視頻圖像，并且顯示設備顯示來自成像設備的視圖的視頻圖像。顯示設備從成像設備對工件的視圖生成視頻圖像。激光投影儀相對于工件投影多幅激光圖像，并且顯示設備從所述多幅激光圖像對成像設備相對于工件的視圖進行配準。顯示設備在工件的視頻圖像上生成組件的虛擬圖像。組件的虛擬圖像被布置在工件的視頻圖像上的幾何上準確的位置處。

【技術實現步驟摘要】
在前申請本申請要求2015年3月2日提交的美國臨時專利申請No.62/126,756的優先權，通過引用的方式將其內容包括在此。
本申請總體上涉及用于在工業環境中使用的激光投影和視頻系統。更具體來說，本申請涉及在借助于激光投影系統生成的圖像中使用組件在工件上的增強視頻疊加。
技術介紹
要求高度組裝準確性的復雜工件和套件的制造商正在持續尋求利用組裝輔助裝置的改進的處理。雖然傳統的制造處理在歷史上依賴于機械夾具作為在固定位置處配準到工件的組裝輔助裝置，但是這些機械夾具已被證明難以操作，并且每當對于復雜設備要求減小容差時都無法提供足夠的準確性。替換地，利用被應用于工件的各種參考特征或模板的附著位置的人工測量也已被使用。其開銷、勞動力密集要求以及容易出錯的問題仍然對制造公司構成挑戰。圖1示出了工件10的示意圖。工件10包括在幾何上顯著的位置處配對到表面16的組件(或子套件)12。正如前面所闡述的那樣，組件12到工件10的準確定位已利用夾具實現。當夾具較大或者較重從而使得操作員難以將其正確地定位在工件10上時，準確性特別不足。更近以來，已經把光學模板直接投影到工件上，從而提供光學圖像以便定位組件到工件10上的放置。這被表示在圖2中，其中對工件10應用激光投影儀12，所述激光投影儀12把模板14投影到工件的預定表面12上。在美國專利NO.9,200,899“LASER PROJECTION SYSTEM AND METHOD(激光投影系統和方法)”中公開了被用來把模板14投影到工件10上的激光投影儀12的這樣一個實例，通過引用的方式將其內容合并在此。在該例中，投影儀12相對于工件的位置連同工件的三維幾何結構和附著位置的輪廓是預先確定的。通過利用這些元件，采取光學模板14的方式的附著輪廓的外形被準確地投影到所期望的工件表面16上。被用來把模板14投影到工件上的系統已被證明是高度準確的。但是僅僅依賴于模板13的激光投影的做法存在限制，從而限制了光學模板在市場中的更廣泛的使用。舉例來說，有時很難或者不可能相對于激光投影儀在三維坐標系內定位工件。此外，傳統上利用放置在任意三維位置處的機械夾具的任意組裝任務并不總是唯一地適合于激光投影模板14。在某些情況下，支持表面是可用的，但是只能把輪廓模板準確地投影在工件的第一表面上。此外，當必須驗證正確的組件選擇、放置或指向時，貼附到工件的三維組件阻礙了“看起來像是”組件的圖案的投影。激光模板14的投影通常被平坦化，以便在工件的表面上接收。當前，激光投影儀無法在與工件的表面16間隔開的位置處提供準確的焦點。這樣就阻礙了根據計算機輔助設計模型對于組件的真實位置的投影，其中所述計算機輔助設計模型是三維的或者包括將漂浮在工件10的表面16上方的空間中的相關的幾何上重要的特征。因此，希望提供一種用于疊加將被組裝在工件中的組件的圖像的方法，所述圖像提供該組件相對于工件的三維特性。
技術實現思路
一種識別組件到工件上的準確組裝的方法包括使用激光投影儀來相對于工件投影激光圖像。成像設備生成被顯示在顯示設備上的工件的視頻圖像。顯示設備生成由成像設備生成的工件的視頻圖像。激光投影儀相對于工件投影多幅激光圖像，并且顯示設備從所述多幅激光圖像對成像設備相對于工件的視圖進行配準(register)。顯示設備在工件的視頻圖像上生成組件的虛擬圖像。組件的虛擬圖像被布置在工件的視頻圖像上的幾何上準確的位置處。本專利技術是針對把激光投影儀用作組裝輔助裝置的重要增強。相對于工件的激光投影的益處第一次被與成像設備和顯示設備相組合，其中可以由操作員觀看將被組裝到工件的組件的虛擬圖像。通過激光投影儀而成為可能的準確測量提供了在工件上的幾何上準確的位置和指向中生成組件的三維圖像的能力，從而使得操作員既能夠正確地定位組件，還能夠驗證布置在幾何上準確的位置處的與工件的表面間隔開的該組件的重要特征。附圖說明通過參照后面結合附圖所考慮的詳細描述，將會很容易認識到并且更好地理解本專利技術的其他優點，其中：圖1表示工件和工件的組件；圖2表示把組件的模板投影在工件上的現有技術激光投影儀；圖3表示利用激光對準的計算機輔助設計疊加；圖4示出了具有任意激光對準參考的計算機輔助設計疊加；圖5示出了利用光學測量系統被投影到工件上的激光對準參考；以及圖6示出了使用虛擬現實護目鏡(goggle)的本專利技術的方法的一個替換實施例。具體實施方式參照圖3，總體上在20處示出了被用來實踐本專利技術的方法的激光投影和視頻疊加套件。工件10定義組件12被組裝到其上的表面16(在圖1中表示)。激光投影儀22在幾何上相關的位置處把激光模板24投影到工件的表面16上。平板電腦28包括成像設備30和顯示設備32。正如本領域技術人員將理解的那樣，平板電腦28上的成像設備采取攝影機的形式，并且顯示設備32采取視頻屏幕的形式。同樣正如本領域技術人員將理解的那樣，成像設備30被布置在平板電腦28的與顯示設備32相對的一側。對于平板電腦的描述僅僅是示例性的，其他設備也落在本專利技術的范圍內，其中包括而不限于智能電話、虛擬現實裝置、虛擬現實護目鏡、可分離的攝影機和視頻屏幕、以及既能夠生成工件10的圖像又能夠顯示工件10的圖像的任何設備或設備組合。雖然在本說明書中通篇使用的“平板電腦”，但是應當理解的是，這些設備當中的每一項都落在本專利技術的范圍內。在該實施例中，激光模板24連同工件10處在成像設備30的視場內。這樣就產生了以下錯覺：顯示設備32提供了超出平板電腦28之外的進入到場景中的窗口。此外，在該實施例中，平板電腦28包括能夠實施必要的算法的處理器，以便監測所投影的模板24并且計算成像設備30的相關視圖或視點。一旦確定了成像設備30的視圖的配準，就在工件10的實況視頻流上實施基于計算機輔助設計(“CAD”)的虛擬疊加34。此外，盡管平板電腦28被移動，處理器仍然持續更新工件10的幾何位置，同時更新基于CAD的視頻疊加34。因此，對于布置在已組裝組件12的所期望的位置處的組件12的總體上具有照片級真實感的渲染就被表示在顯示設備32中。本專利技術的視頻疊加34不受被投影在工件10的表面16上的模板的約束。總體上在圖4的34處示出了另一個實施例。在組裝期間，當組件12被放置到由激光模板24所表明的附著位置上時，由激光投影儀22投影的模板24可能變得被遮擋。因此，疊加34的準確性和可用性可能會降低。在該實施例中，激光投影儀22被編程來朝向工件10投影任意激光點36。成像設備30觀看激光點36，并且處理器對成像設備30的視圖進行配準以便在顯示設備32上準確地描繪疊加34。至少四個激光點36的任意投影圖案據信會提供最準確的疊加34。但是投影附加的激光點36會提供有益的冗余性并且增強視頻疊加34的動態重定位。此外，任意激光點36的連續隨機投影降低了在配對到工件10時被操作員或已組裝組件12遮擋的可能性。可能希望不僅把激光點36投影在工件的表面16上，而且還投影到環境表面上，以便進一步促進在三維坐標系中布置工件10的準確位置。在該替換實施例中還通過處理器實現了對于顯示在顯示設備32上的工件10的圖像上的疊加34的快速、動態的重新計算，以便解決操作員對平板電腦28的移動。當工件10被布置在其中的環境的表面是未知的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種識別組件到工件上的準確組裝的方法，包括以下步驟：提供用于相對于工件投影激光圖像的激光投影儀；提供成像設備以及用于顯示來自所述成像設備的視圖的視頻圖像的顯示設備；所述顯示設備從成像設備對工件的視圖生成視頻圖像；所述激光投影儀相對于所述工件投影激光圖像，并且所述顯示設備從所述多幅激光圖像對所述成像設備相對于工件的視圖進行配準；以及所述顯示設備在工件的視頻圖像上生成組件的虛擬圖像，其中所述組件的所述虛擬圖像被布置在工件的視頻圖像上的幾何上準確的位置處。

【技術特征摘要】
2015.03.02 US 62/126,7561.一種識別組件到工件上的準確組裝的方法，包括以下步驟：提供用于相對于工件投影激光圖像的激光投影儀；提供成像設備以及用于顯示來自所述成像設備的視圖的視頻圖像的顯示設備；所述顯示設備從成像設備對工件的視圖生成視頻圖像；所述激光投影儀相對于所述工件投影激光圖像，并且所述顯示設備從所述多幅激光圖像對所述成像設備相對于工件的視圖進行配準；以及所述顯示設備在工件的視頻圖像上生成組件的虛擬圖像，其中所述組件的所述虛擬圖像被布置在工件的視頻圖像上的幾何上準確的位置處。2.如權利要求1所述的方法，其中，相對于工件投影激光圖像的所述步驟還通過將多個激光點投影到工件上的任意位置處來限定。3.如權利要求1所述的方法，還包括把組件的模板投影到工件上的幾何上顯著的位置處的步驟。4.如權利要求3所述的方法，其中，在工件的視頻圖像上生成組件的虛擬圖像的所述步驟還包括從激光投影儀投影到工件上的模板確定所述成像設備的相對視點的步驟。5.如權利要求1所述的方法，其中，提供成像設備和顯示設備的所述步驟還通過提供以下各項當中的至少一項來限定：平板電腦；智能電話，或者虛擬現實護目鏡。6.如權利要求1所述的方法，其中，相對于工件投影多幅激光圖像的所述步驟還通過把多個激光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：K·D·魯博，
申請(專利權)人：維蒂克影像國際公司，
類型：發明
國別省市：加拿大;CA