[发明专利]虚拟空间配准的视频覆盖显示

说明书

本公开涉及虚拟空间配准的视频覆盖显示。一种向操作者标识部件到工件上的精确组装的方法包括使用激光投影器和头戴式受话器或护目镜。激光投影器相对于工件投影激光图像。头戴式受话器或护目镜包括成像设备和显示元件。相对于工件在共同的坐标系中配准激光投影器、成像设备和显示元件的位置。成像设备生成当操作者通过显示元件观察时出现在显示元件中的工件的视野的图像。计算机生成的部件图像覆盖在工件图像上，该部件图像设置在工件图像上的几何精确位置处。将出现在显示元件中的工件图像配准到相对于工件定义的三维坐标系。

在先申请

本申请要求2016年3月2日提交的美国专利申请No.15/058,867的优先权，该美国专利申请要求2015年3月2日提交的美国临时专利申请No.62/126,756的优先权，其内容通过引用包含于此。

技术领域

本申请总体上涉及用于工业环境的激光投影和视频系统。更具体地，本申请涉及在借助于激光投影系统生成的图像中采用部件在工件上的增强视频覆盖。

背景技术

需要高组装精度的复杂工件和组件的制造商不断寻求使用组装辅助工具来改进工艺。虽然传统的制造工艺历来依赖于与固定位置处的工件配准的机械固定装置作为组装辅助工具，但是这些机械固定装置已被证明在复杂设备需要降低公差时难以使用，并且不能提供足够的精度。可替代地，还利用应用于工件的各种参考特征或模板来手动测量附接位置。费用、劳动密集型要求和误差倾向仍然是制造企业面临的挑战。

图1示出了工件10的示意图。工件10包括在几何上重要的位置处与表面16配合的部件(或子组件)12。如上所述，使用固定装置实现了部件12到工件10的精确定位。当固定装置大或重时，精度特别不足，使得操作者难以适当地在工件10上定位。

近来已经将光学模板直接投影到工件上，从而提供光学图像以定位将部件放置到工件10上的位置。这在图2中表示，其中工件10经受将模板14投影在工件的预定表面16上的激光投影器12。在美国专利No.9,200,899“LASER PROJECTION SYSTEM AND METHOD”中公开了用于将模板14投影到工件10上的激光投影器12的一个这样的示例，该专利的内容通过引用合并于此。在该示例中，投影仪12相对于工件的位置以及工件的三维几何形状和附接位置的轮廓是预定的。利用这些元件，将附接轮廓的外形以光学模板14的方式精确地投影到期望的工件表面16上。

用于将模板14投影到工件上的系统已被证明是高度精确的。然而，仅依赖于模板13的激光投影存在限制，限制了光学模板在市场上的更广泛的使用。例如，有时很难或不可能将工件相对于激光投影器定位在三维坐标系内。另外，任意组装任务传统上使用放置在任意三维位置的机械固定装置，并不总是唯一适合于激光投影模板14。在某些情况下，支撑表面是可用的，但是仅能将外形模板精确投影在工件的第一表面上。另外，当需要验证正确的部件选择、放置或定向时，固定到工件上的三维部件防止了“看起来像”部件的图案的投影。

激光模板14的投影通常被压平以被接收在工件的表面上。目前，激光投影器不能在与工件的表面16隔开的位置处提供精确的聚焦点。这阻碍了根据计算机辅助设计模型投影部件的真实位置，该计算机辅助设计模型是三维的或者包括将浮于工件10的表面16上方的空间中的几何上重要的相关特征。

因此，期望提供一种用于将待组装的部件的图像覆盖在工件中的方法，其提供该部件相对于工件的三维特征。

发明内容

一种标识部件到工件上的精确组装的方法包括使用激光投影器相对于工件投影激光图像。成像设备生成显示在显示设备上的工件的视频图像。显示设备生成由成像设备生成的工件的视频图像。激光投影器相对于工件投影多个激光图像，并且显示设备根据多个激光图像相对于工件配准成像设备的视野。显示设备在工件的视频图像上生成部件的虚拟图像。部件的虚拟图像设置在工件的视频图像上的几何精确位置。