EP2633291A1 - Verfahren und vorrichtung zur inspektion eines objekts zur erfassung von oberflächenschäden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur inspektion eines objekts zur erfassung von oberflächenschäden

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EP2633291A1
EP2633291A1 EP12701470.2A EP12701470A EP2633291A1 EP 2633291 A1 EP2633291 A1 EP 2633291A1 EP 12701470 A EP12701470 A EP 12701470A EP 2633291 A1 EP2633291 A1 EP 2633291A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
surface area
cross
image data
potentially defective
sectional plane
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12701470.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmuth EULER
Frank Forster
Christian Homma
Claudio Laloni
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Inc
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2633291A1 publication Critical patent/EP2633291A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for inspecting an object for detecting defective surfaces of the object.
  • TBC thermal barrier coating
  • an inspection is carried out by means of human visual inspection.
  • the results are either recorded in writing or stored manually using software in a database of three-dimensionally scanned objects, in particular turbine blades.
  • TBC fading merely by means of a conventional two-dimensional image-providing camera is difficult, since with such a method, stains are difficult to distinguish from TBC fading.
  • CAD computer-aided design
  • an inspection should be provided fully automatically and independently of human factors.
  • a documentation of detected errors should just as easily be automatically executable.
  • the object is achieved by a method according to the main claim and a device according to the independent claim.
  • a method for inspecting an object for detecting defective surface areas of the object comprising the following steps:
  • a performance-forming means of the computer means generating a calculated surface profile within the possible or potential, or possibly faulty fatiguenbe ⁇ Empire in the cross-sectional plane on the basis of the measured senen surface course outside the possible faulty surface area of the cross-sectional plane;
  • a performance-forming means of the computer means comparing the calculated and the measured surface gradients within the potentially defective surface region, said defined in the presence of difference in characteristics of the lenti ⁇ catalyzed surface area is judged to be actually defective.
  • a defined difference feature may be, for example, the average distance of a calculated to a measured surface area. If the average distance exceeds a threshold value, then there is a defined difference feature .
  • an apparatus for performing a method according to the invention is provided on ⁇ facing a sensing device for measuring a surface to be inspected of the object and generating saudimensiona ⁇ ler image data and a measured surface profile in each case at least one cross-sectional plane through the object; computer means for evaluating the two-dimensional image data to locate a potentially defective surface area; computer means for generating a calculated surface profile within the potentially defective surface area in the cross-sectional plane based on the measured surface profile outside the potentially defective surface area of the cross-sectional plane ⁇ ; the computer device for comparing the calculated and the measured surface courses within the potentially defective surface area, wherein, if significant differences are present, the localized surface area is assessed as actually defective.
  • the present solution enables development of a au ⁇ matic error detection, in particular an automatic TBC loss detection for a profile of a gas turbine blade.
  • an examiner may be supported who conventionally manually marks, for example, TBC fading, either on a piece of paper or by means of marking software.
  • the support can be provided by an au ⁇ matic labeling of ads from defective surface areas of an object.
  • a test person can supplement or correct results manually at a computer device.
  • foundations for more diverse and improved automatic In ⁇ inspection procedures are laid.
  • the present invention overcomes the difficulties that a surface finish, such as on a blade, is not uniform.
  • the present invention overcomes the difficulties ei ⁇ nes finding candidates, that is, from flaws in areas that have long been particularly high heat ⁇ sets were and are extensively black. That is, in particular areas with a high temperature load are difficult to inspect. Furthermore, it should be prevented that dark spots are marked as flaws, especially sites with TBC fading.
  • the width ⁇ ren the present invention overcomes the difficulty that cooling holes in terms of three-dimensional and two-dimensional information about TBC fading look similar, characterized that the locations of cooling holes are input to a computing device. An inspection of an object, in particular a turbine blade for TBC fading, can now take place completely automatically or semi-automatically. This makes it possible to carry out a more independent or faster check with automatic documentation for human factors.
  • the two-dimensional image data and the measured surface curves of the object can be calibrated to each other. In this way, for each surface area corresponding to the calibration, exactly the two-dimensional image data and surface history data are available on the object.
  • the two-dimensional image data can be color images. In this way, a large amount of information about the object is provided.
  • the evaluation of the two-dimensional image data can be carried out by means of filter operations.
  • a Tiefpassfil ⁇ ter can to be used.
  • a filter operation may be an analysis of a color channel and / or a saturation.
  • flaking can be particularly rich in contrast to their environment or surrounding areas.
  • the generating calculated surface profiles of the potentially defective surface area by means of a Interpolati ⁇ onsvons can be performed.
  • the interpolation may be that scan line are performed in the area outside of the potentially defective surface area ent ⁇ long along a scan line in the cross-sectional plane through the possibly faulty surface area and on the basis of the measured surface profile.
  • An upper surface ⁇ running can be displayed in two-dimensional space, so features on the course along the object surface in two-dimensional space for the possibly faulty surface area can be interpolated two-dimensional.
  • an indication of edge lines can be carried out around surface regions which are evaluated as being faulty. In this way, the results of the inspection can be easily visualized.
  • the data of the inspected object can be stored by means of a memory device. In this way results of the inspection are easy to document.
  • data of an object background can be removed by means of the computer device by means of the measured surface profiles. In this way, the amount of data to be processed can be effectively reduced.
  • Figure 1 shows an embodiment of a method according to the invention
  • Figure 2 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 3a is a plan view of a potentially defective
  • FIG. 3 b shows a cross-section of the potentially defective surface area on the basis of a measured surface profile
  • 3c shows the cross section of the potentially defective ⁇ upper surface region with an interpolated Oberflä ⁇ chenverlauf;
  • FIG. 3d illustrates the comparison of the measured and the calculated surface curves
  • Figure 4 shows a further processing of a SEN according to the invention ⁇ result image
  • Figure 5 shows an embodiment of a result image
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a result image.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • the method is intended to inspect an object for defective surface areas.
  • a step S 1 is used to measure the surface of the object and to generate two-dimensional image data of the object and measured surface profiles of the object.
  • other intrinsic or extrinsic data from additional Since ⁇ tenarion about the object may be used for the measurement.
  • the background of the object can be hidden during debugging by means of the removal ⁇ data in the three-dimensional 3D information. For this purpose, data outside a cylinder can be deleted around the object.
  • the steps of a method according to the invention apply to all views of the object. Basically, the objects can be measured from all sides.
  • step S2 evaluating the saudimensiona ⁇ len image data to potentially faulty surface areas to determine.
  • Such two-dimensional data can be processed by different filter operations in such a way that candidates for a surface damage, in particular for a TBC fading, result in certain surface areas.
  • an analysis of the red channel and at step S2.2 is carried out in egg ⁇ nem step S2.1 an analysis of saturation.
  • the sub-steps for the analysis of the red channel for example, a
  • Step S2.1a in which red channel information is taken from the source image and inverted.
  • a step S2. pixels of too large a red value are deleted.
  • a locally adjustable threshold is used.
  • saturation data can be obtained from a source image in the HSV color space and inverted.
  • step S2.2d pixels are deleted having a saturation value that is too high, wherein a locally adaptive threshold value is used for this filtering according to a step S2.2c.
  • the results from two analyzes of steps S2.1 and S2.2 are combined as a so-called masks, wherein additionally, the masks may be processed using morphological operators morphology of the object to identify potentially defective surface areas to ⁇ at step S2.3.
  • a step S3 connects, in which calculated on the basis of measured Senen surface gradients in the edge region of the potentially faulty surface area, surface profiles of the poten ⁇ essential faulty surface area.
  • a step S4 in which the measured and the calculated surface curves for the potentially defective surface area are compared with one another, wherein in the presence of differences the localized surface area is assessed as actually defective.
  • a step S5 a result image can be created in which the surface areas evaluated as actually defective are displayed as being surrounded by boundary lines.
  • the result data of the inspected object can be stored for documentation purposes.
  • Figure 2 shows an embodiment of a device according to the invention. An object 1 should be inspected for its surface condition.
  • the object 1 is rotated by means of a rotary plate 11, for example in the form of a turntable, in the detection area of a scanning device 3.
  • the turning may be performed on its own axis, in particular the longitudinal axis of the Ob ⁇ jekts 1 at least once.
  • the scanning device 3 delivers ent ⁇ speaking image data to a computer device 5.
  • This processed by the scanning device 3 obtained two-dimensional and three-dimensional information about the object 1 and stores the results in a Spei ⁇ cher worn 9 from.
  • result images can be made visible to a test person by means of a display device 7.
  • the test person can control the computer device 5 and the scanning device 3 by means of an interface 13, which may be a mouse or a keyboard, for example.
  • a control of the turntable 11 is possible.
  • the two-dimensional images can be grayscale but also color images, with more information being provided in the latter case.
  • image data or object data are generated on all sides of the object.
  • the two-dimensional data is processed through various filtering operations such that po ⁇ tially defective surface regions, ie, candidates for TBC loss in certain areas can be detected.
  • filter operations are the analysis of a color ⁇ channel, for example, particularly advantageously of the red channel, and the saturation, at which spalling particularly contrasting dark. Other filtering operations are basically possible as well.
  • FIGS. 3 a to d show the steps of a method according to the invention as a representation of a top view of a potentially defective surface area of an object 1, with a corresponding cross-section along a scan line AL or scan line.
  • dargestell ⁇ th in Figures 3a steps a conclusion that is possible using the three-dimensional data if an error indication be ⁇ dormant is on a two-dimensional image as shown in FIG 3a, effectively borrowed a surface damage, such as a TBC fading.
  • Figure 3a shows a plan view of aschnbe ⁇ rich of an object. On the basis of the two-dimensional image data, a potentially defective surface area was located, which is shown dark in FIG. 3a.
  • This dark area is surrounded by a light surface area, the edge area of the potentially defective surface area.
  • the straight line in FIG. 3 a is a scanning line AL of a scanner or scanning device, the distance between the points A and B being assigned to the potentially faulty surface area and the areas to the left of
  • Point A and to the right of point B is associated with the edge area of the potentially defective surface area.
  • the sample ⁇ line AL can also be used as a portion of an image line be ⁇ records.
  • the scanning device can be along the scan line or scan line data surface in each case at least one cross-sectional plane of the object measured ⁇ the.
  • the complete surface history data of the entire object may be ready completely at the beginning of a procedure available. This surface history data can then be more accurately examined for a potentially defective surface area. It is also possible to acquire the surface profile data for the region of interest and / or its environment only when needed.
  • FIG. 3b now shows the cross section of the surface area to be inspected.
  • the scan line is shown in cross-section and shows the three-dimensional view of the measured surface of the object to be tested 1.
  • the object has a measured surface profile, which is visualized by the curve in Figure 3b.
  • 3c now shows how in addition, a surface profile of the potentially faulty shovenbe ⁇ Reich is calculated based on the measured surface profile in the edge region of the potentially faulty surface area. That is, starting from the curve left of the point A and right of the point B in the cross section of Figure 3c, an intact surface course between the points A and B is calculated. This represents the upper line OL between the points A and B in FIG. 3c.
  • 3d shows that the measured and the calculated surface curves are now compared, whereby in the presence of defined features, for example significant differences, the localized surface area, that is the dark one Area in Figure 3a, as actually rated incorrect.
  • a defined feature can be for example a correlation Zvi ⁇ rule the upper and lower curve.
  • the difference between the originally measured and interpolated three-dimensional data can determine whether, for example, a TBC loss in a note in two dimensions and three-dimensional ⁇ , or just a dark spot with a note only exists in two dimensions.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a result image, as well as a further processing of the result image.
  • a result ⁇ nissent with boundary lines to as indeed defective Rated surface areas can be verar ⁇ beitet invention further.
  • FIG. 4 shows a division of the original image arranged on the left side into three images arranged on the right side, once in a ro ⁇ th channel, in a green channel and in a blue channel.
  • the information in the red channel can provide surface information for easier visual inspection.
  • Information in the green channel is suitable for use in coding various types of displays or hints.
  • Information about the filters or masks can be displayed in the blue channel.
  • an original result image is shown on the left, a red channel image on the top right, a green channel image on the right, and a blue channel image on the bottom right.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a result image of a method according to the invention.
  • the automatic inspec ⁇ tion is able to evaluate two-dimensional and three-dimensional object data in a wide range of viewing angles.
  • FIG. 6 shows another embodiment of an inventions ⁇ to the invention result image of a method according to the invention.
  • FIG. 6 shows that not all two-dimensional and three-dimensional measurement data can be used for all viewing angles of the scanning device for identifying fault locations. That is, a TBC fade can not always be found in every view. Any surface imperfections, especially TBC fading, should be found at least from a viewing angle of the scanner.
  • Figure 6 shows that the TBC fading in the circled area was not detected from this view.
  • the inventive method works particularly advantageous at right angles. Particularly advantageous are viewing angles at which rays of the scanning ⁇ device incident on average substantially perpendicular to the surface of the object to be examined.
  • a sampling of a turbine blade is in each case once from the pressure and the suction side sufficient for a majority of the errors, ie there are already two images be ⁇ particularly easy to use advantageous.
  • the inspected actually defective surface areas can be marked by marginal lines. be iert. This marking can be carried out by means of a computer device or by printing the edge lines on corresponding result images.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion eines Objekts (1) zur Erfassung von fehlerhaften Oberflächenbereichen des Objekts. Mittels zweidimensionaler Bilddaten werden potenziell fehlerhafte Oberflächenbereiche lokalisiert. Es liegen gemessene Oberflächenverläufe in mindestens einer Querschnittsebene vor, die mit berechneten Oberflächenverläufen verglichen werden, wobei bei Vorliegen eines signifikanten Unterschieds der lokalisierte Oberflächenbereich als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird. Es kann insbesondere eine Beschichtung einer Turbinenradschaufel auf TBC-Schwund automatisiert geprüft werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion eines Objekts zur Erfassung von Oberflächenschäden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion eines Objekts zur Erfassung von fehlerhaften Oberflächen des Objekts.
Beispielsweise platzt eine Beschichtung von Gasturbinenschau¬ feln, ein sogenanntes „Thermal Barrier Coating" TBC) , nach längerem Gebrauch ab. Es ist dabei von einem „TBC-loss", d.h. einem TBC-Schwund die Rede. Bei einer Inspektion von dreidi¬ mensionalen gebrauchten und wiederzuverwendenden Objekten, wie es beispielsweise derartige Schaufeln sind, sind derarti¬ ge Fehler zu finden und zu dokumentieren.
Herkömmlicher Weise erfolgt eine Inspektion mittels menschlicher Sichtkontrolle. Die Ergebnisse werden dabei entweder schriftlich festgehalten oder manuell mit Hilfe einer Software in einer Datenbank dreidimensional gescannter Objekte, insbesondere Turbinenschaufeln, abgelegt.
Ein Ermitteln von TBC-Schwund lediglich mittels einer herkömmliche zweidimensionale Bilder liefernden Kamera gestaltet sich als schwierig, da bei einem derartigen Verfahren Verschmutzungen lediglich schwer von TBC-Schwund zu unterscheiden sind.
Eine Verwendung eines reinen dreidimensionalen Modells zum Vergleichen mit einem der Herstellung eines Objekts zugrundeliegenden CAD- (Computer Aided Design-) Modell, das heißt einem Modell zur Herstellung des Objekts, insbesondere einer Schaufel, mittels Computerunterstützung ist ebenso schwierig aufgrund einer Notwendigkeit einer Vermessung einer gesamten, aus unterschiedlichen Ansichten zusammengesetzten Geometrie des Objekts, dessen Geometrie komplex sein kann. Des Weiteren kann bei einer reinen Untersuchung eines gescannten 3D- Modells auf Schäden, das heißt ohne Verwendung eines CAD- Modells, nicht zwischen Oberflächenmerkmalen und Abplatzungen unterscheiden werden. Herkömmlicher Weise ist nicht in jedem Fall ein ursprüngliches CAD-Modell verfügbar.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion eines Objekts, insbesondere einer Turbinenschaufel, zur Erfassung von Oberflächenschäden derart bereitzustellen, dass Fehler in einer Oberfläche des Objekts einfach, schnell und zuverlässig erfasst werden kön¬ nen. Zudem soll eine Inspektion vollautomatisch und von menschlichen Faktoren unabhängiger bereitgestellt sein. Eine Dokumentation von erfassten Fehlern soll ebenso einfach automatisch ausführbar sein.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und einer Vorrichtung gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Inspektion eines Objekts zur Erfassung von fehlerhaften Oberflächenbereichen des Objekts bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist :
Ein mittels einer Abtasteinrichtung erfolgendes Vermessen einer zu inspizierenden Oberfläche des Objekts und Erzeugen zweidimensionaler Bilddaten und eines gemessenen Oberflächenverlaufs in jeweils mindestens einer Querschnittsebene durch das Objekt;
Ein mittels einer Rechnereinrichtung erfolgendes Auswerten der zweidimensionalen Bilddaten zur Lokalisierung eines möglich fehlerhaften Oberflächenbereichs;
Ein mittels der Rechnereinrichtung erfolgendes Erzeugen eines berechneten Oberflächenverlaufs innerhalb des möglich oder potentiell oder möglicherweise fehlerhaften Oberflächenbe¬ reichs in der Querschnittsebene auf der Grundlage des gemes- senen Oberflächenverlaufs außerhalb des möglich fehlerhaften Oberflächenbereichs der Querschnittsebene;
Ein mittels der Rechnereinrichtung erfolgendes Vergleichen der berechneten und der gemessenen Oberflächenverläufe innerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs, wobei bei Vorliegen definierter Unterschiedsmerkmale der lokali¬ sierte Oberflächenbereich als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird. Ein definiertes Unterschiedsmerkmal kann beispielsweise der mittlere Abstand eines berechneten zu einem gemessenen Oberflächenbereich sein. Überschreitet der mittlere Abstand einen Schwellwert, so liegt ein definiertes Unterschiedsmerk¬ mal vor. Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt, auf¬ weisend eine Abtasteinrichtung zum Vermessen einer zu inspizierenden Oberfläche des Objekts und Erzeugen zweidimensiona¬ ler Bilddaten und eines gemessenen Oberflächenverlaufs in je- weils mindestens einer Querschnittsebene durch das Objekt; eine Rechnereinrichtung zum Auswerten der zweidimensionalen Bilddaten zur Lokalisierung eines potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs; die Rechnereinrichtung zum Erzeugen eines berechneten Oberflächenverlaufs innerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs in der Querschnittsebene auf der Grundlage des gemessenen Oberflächenverlaufs außerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs der Quer¬ schnittsebene; die Rechnereinrichtung zum Vergleichen der berechneten und der gemessenen Oberflächenverläufe innerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs, wobei bei Vorliegen signifikanter Unterschiede der lokalisierte Oberflächenbereich als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird.
Es ist erkannt worden, dass eine Kombination von zweidimensi- onalen und dreidimensionalen Informationen und eine entsprechende Auswertung die erfindungsgemäße Aufgabe löst. Zweidi¬ mensional sind insbesondere zweidimensionale Bilddaten. Zwei¬ dimensionale Informationen können zudem ein Oberflächenver- lauf in einer Querschnittsebene durch das Objekt sein. Drei¬ dimensionale Informationen sind Oberflächenverläufe in min¬ destens zwei zueinander parallelen Querschnittsebenen durch das Objekt. Oberflächenverlauf bezeichnet nicht nur den Mate- rialverlauf der Objektoberfläche in einer Querschnittsebene, sondern kann ebenso einen Verlauf beliebiger physikalischer Größen umfassen, die die Oberfläche des Objekts charakteri¬ sieren. Derartige physikalische Größen können beispielweise ein Reflektionsfaktor oder eine Temperatur sein.
Die vorliegende Lösung ermöglicht eine Entwicklung einer au¬ tomatischen Fehlererfassung, insbesondere einer automatischen TBC-Schwund-Erfassung für ein Profil einer Gasturbinenschaufel. Des Weiteren kann eine Prüfperson unterstützt werden, die herkömmlicher Weise beispielsweise TBC-Schwund manuell markiert, entweder auf einem Blatt Papier oder mittels einer Markierungssoftware. Die Unterstützung kann mittels eines au¬ tomatischen Markierens von Anzeigen von fehlerhaften Oberflächenbereichen eines Objekts erfolgen. Alternativ kann eine Prüfperson Ergebnisse manuell an einer Rechnereinrichtung ergänzen beziehungsweise korrigieren. Weiterhin werden Grundlagen für weitere verschiedene und verbesserte automatische In¬ spektionsverfahren gelegt. Die vorliegende Erfindung überwindet die Schwierigkeiten, dass eine Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise auf einer Schaufel, nicht gleichförmig ist.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Schwierigkeiten ei¬ nes Findens von Kandidaten, das heißt von fehlerhaften Stellen, bei Bereichen, die lange besonders großer Hitze ausge¬ setzt waren und damit großflächig schwarz sind. Das heißt, insbesondere Bereiche mit einer großen Temperaturbelastung sind schwierig zu inspizieren. Des Weiteren soll verhindert werden, dass dunkle Schmutzstellen als Fehlerstellen, insbesondere Stellen mit TBC-Schwund, markiert werden. Des Weite¬ ren überwindet die vorliegende Erfindung die Schwierigkeit, dass Kühlöffnungen hinsichtlich dreidimensionaler und zweidimensionaler Informationen zu TBC-Schwund ähnlich aussehen, dadurch dass die Orte von Kühlluftbohrungen in eine Rechnereinrichtung eingegeben werden. Eine Inspektion eines Objekts, insbesondere einer Turbinen- schaufei auf TBC-Schwund, kann nun komplett vollautomatisch oder halbautomatisch ablaufen, Dadurch ist eine für menschli- che Faktoren unabhängigere bzw schnellere Überprüfung mit automatischer Dokumentation mö lieh .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die zweidimensionalen Bilddaten und die gemessenen Oberflächenverläufe des Objekts zueinander kalibriert sein. Auf diese Weise liegen für jeden Oberflächenbereich entsprechend der Kalibrierung genau die zweidimensionalen Bilddaten und Oberflächenverlaufsdaten über das Objekt vor.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die zweidimensionalen Bilddaten Farbbilder sein. Auf diese Weise ist eine Vielzahl von Informationen über das Objekt bereitgestellt .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Auswerten der zweidimensionalen Bilddaten mittels Filteroperationen erfolgen. Beispielsweise kann dazu ein Tiefpassfil¬ ter verwendet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Filteroperation ein Analysieren eines Farbkanals und/oder einer Sättigung sein. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Abplatzungen besonders kontrastreich zu deren Umgebung oder Umgebungsbereiche darstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Erzeugen von berechneten Oberflächenverläufen des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs mittels eines Interpolati¬ onsverfahrens ausgeführt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Interpolieren entlang einer Abtastlinie in der Querschnittsebene durch den möglicherweise fehlerhaften Oberflächenbereich und auf der Grundlage des gemessenen Oberflächenverlaufs ent¬ lang dieser Abtastlinie im Bereich außerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs ausgeführt werden. Ein Ober¬ flächenverlauf kann im zweidimensionalen Raum dargestellt werden, sodass Funktionen zum Verlauf entlang der Objektoberfläche im zweidimensionalen Raum für den möglicherweise fehlerhaften Oberflächenbereich zweidimensional interpoliert werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels einer Anzeigeeinrichtung, oder einer Druckereinrichtung bei ausgedruckten Ergebnisbildern, ein Anzeigen von Randlinien um als fehlerhaft bewertete Oberflächenbereiche ausgeführt sein. Auf diese Weise sind die Ergebnisse der Inspektion leicht vi- sualisierbar .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mittels einer Speichereinrichtung die Daten des inspizierten Objekts gespeichert werden. Auf diese Weise sind Ergebnisse der Inspektion einfach dokumentierbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mittels der Rechnereinrichtung Daten eines Objekthintergrunds mittels der gemessenen Oberflächenverläufe entfernt werden. Auf diese Weise lässt sich die zu verarbeitende Datenmenge wirksam verringern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Abtasteinrichtung ein wiederholtes Aufnehmen der Oberfläche des gesamten mittels einer Dreh- und/oder Schwenkeinheit bewegten Objektes erfolgen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie¬ len in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen : Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Figur 3a eine Draufsicht auf einen potentiell fehlerhaften
Oberflächenbereich;
Figur 3b einen Querschnitt des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs dargestellt anhand eines gemessenen Oberflächenverlaufs;
Figur 3c der Querschnitt des potentiell fehlerhaften Ober¬ flächenbereichs mit einem interpolierten Oberflä¬ chenverlauf;
Figur 3d stellt das Vergleichen der gemessenen und der be- rechneten Oberflächenverläufe dar;
Figur 4 zeigt eine Weiterverarbeitung eines erfindungsgemä¬ ßen Ergebnisbildes;
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines Ergebnisbildes;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ergebnisbil- des.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit dem Verfahren soll ein Objekt hinsichtlich fehlerhafter Oberflächenbereiche inspiziert werden. Mit einem Schritt Sl erfolgt ein Vermessen der Oberfläche des Objektes und ein Erzeugen zweidimensionaler Bilddaten des Objekts und gemessener Oberflächenverläufe des Objekts. Zusätzlich können weitere intrinsische oder extrinsische Daten von weiteren Da¬ tenquellen über das Objekt zur Vermessung verwendet werden. Mit einem weiteren Schritt Sl.l kann mittels der Entfernungs¬ daten in den dreidimensionalen 3D-Informationen der Hintergrund des Objekts bei einer Fehlersuche ausgeblendet werden. Hierzu können Daten außerhalb eines Zylinders um das Objekt gelöscht werden. Die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfah- rens gelten für alle Ansichten auf das Objekt. Grundsätzlich können die Objekte von allen Seiten vermessen werden. Es folgt mit einem Schritt S2 ein Auswerten der zweidimensiona¬ len Bilddaten, um potenziell fehlerhafte Oberflächenbereiche zu bestimmen. Derartige zweidimensionale Daten können durch unterschiedliche Filteroperationen derart aufbereitet werden, dass sich Kandidaten für einen Oberflächenschaden, insbesondere für einen TBC-Schwund, in bestimmten Oberflächenberei- chen ergeben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt in ei¬ nem Schritt S2.1 eine Analyse des Rotkanals und in einem Schritt S2.2 eine Analyse der Sättigung. Die Unterschritte für die Analyse des Rotkanals können beispielsweise ein
Schritt S2.1a sein, bei dem Rotkanalinformationen dem Quell- bild entnommen und invertiert werden. Mit einem Schritt S2. lb werden Bildelemente mit einem zu großen Rotwert gelöscht. Mit einem Schritt S2.1c wird ein lokal anpassbarer Schwellenwert verwendet. Alternativ oder kumulativ können Sättigungsdaten aus einem Quellbild im HSV-Farbraum gewonnen und invertiert werden. Mit einem sich daran anschließenden Schritt S2.2d erfolgt ein Löschen von Bildelementen mit einem zu hohen Sättigungswert, wobei diesem Filtern gemäß einem Schritt S2.2c ein lokal adaptiver Schwellwert herangezogen wird. Die Ergebnisse aus beiden Analysen der Schritte S2.1 und S2.2 werden als so- genannte Masken kombiniert, wobei in einem Schritt S2.3 zu¬ sätzlich die Masken mit morphologischen Operatoren Morphologie des Objekts zur Identifizierung potenziell fehlerhafter Oberflächenbereiche bearbeitet werden können. Daran schließt sich ein Schritt S3 an, bei dem auf der Grundlage von gemes- senen Oberflächenverläufen im Randbereich des potenziell fehlerhaften Oberflächenbereichs, Oberflächenverläufe des poten¬ ziell fehlerhaften Oberflächenbereichs berechnet werden. Dem folgt ein Schritt S4, bei dem die gemessenen und die berechneten Oberflächenverläufe für den potenziell fehlerhaften Oberflächenbereich miteinander verglichen werden, wobei bei Vorliegen von Unterschieden der lokalisierte Oberflächenbereich als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird. Mit einem Schritt S5 kann ein Ergebnisbild erstellt werden, bei dem die als tatsächlich fehlerhaft bewerteten Oberflächenbereiche als von Randlinien umgeben anzeigt sind. Mit einem Schritt S6 können die Ergebnisdaten des begutachteten Objekts zu Dokumentationszwecken gespeichert werden. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es soll ein Objekt 1 hinsichtlich dessen Oberflächenbeschaffenheit begutachtet werden. Beispielsweise wird das Objekt 1 mittels einer Drehplatte 11, beispielsweise in Ausgestaltung eines Drehtellers, im Erfassungsbereich einer Abtasteinrichtung 3 gedreht. Dabei kann das Drehen mindestens einmal um die eigene Achse, insbesondere Längsachse, des Ob¬ jekts 1 ausgeführt sein. Die Abtasteinrichtung 3 liefert ent¬ sprechende Bilddaten an eine Rechnereinrichtung 5. Diese ver- arbeitet diese durch die Abtasteinrichtung 3 gewonnenen zweidimensionalen und dreidimensionalen Informationen über das Objekt 1 weiter und speichert die Ergebnisse in einer Spei¬ chereinrichtung 9 ab. Zusätzlich können mittels der Rechnereinrichtung 5 Ergebnisbilder mittels einer Anzeigeeinrichtung 7 für eine Prüfperson sichtbar gemacht werden. Die Prüfperson kann mittels einer Schnittstelle 13, die beispielsweise eine Maus oder eine Tastatur sein kann, die Rechnereinrichtung 5 und die Abtasteinrichtung 3 steuern. Zusätzlich ist eine Steuerung des Drehtellers 11 möglich. Im Falle einer Turbi- nenschaufel wird die zu inspizierende Schaufel mit einem
Scanner vermessen, der beispielsweise Teil eines als Globales Inspektionssystem bezeichnetes System ist. Auf diese Weise kann von dem Objekt 1 ein zweidimensionales Bild und ein dreidimensionales Modell erzeugt werden, die zueinander ka- libriert werden, so dass beide Informationen genau einem
Punkt oder demselben Bereich der Oberfläche des Objekts zuge¬ ordnet sind. Die zweidimensionalen Bilder können Graustufenbilder, aber ebenso Farbbilder sein, wobei sich im letzteren Fall weitere Informationen ergeben. Durch ein Bewegen des Ob- jekts 1 mittels eines Drehtellers 11 und wiederholtem Aufneh¬ me, werden Bilddaten bzw. Objektdaten von allen Seiten des Objekts erzeugt. Die zweidimensionalen Daten werden durch verschiedenste Filteroperationen derart aufbereitet, dass po¬ tenziell fehlerhafte Oberflächenbereiche, d.h. Kandidaten für TBC-Schwund in bestimmten Bereichen, erfasst werden können. Beispiele für Filteroperationen sind die Analyse eines Farb¬ kanals, beispielsweise besonders vorteilhaft des Rotkanals, sowie der Sättigung, bei denen sich Abplatzungen besonders kontrastreich dunkel darstellen lassen. Andere Filteroperationen sind grundsätzlich ebenso möglich. Mittels der Verknüpfung mit den Oberflächenverläufen im dreidimensionalen Modell kann eine Interpolation einer Schaufeloberfläche basierend auf der Umgebung des Kandidaten erfolgen. Vergleicht man nun die interpolierten Werte mit den ursprünglich gemessenen an den fraglichen Stellen, ergibt sich, ob tatsächlich ein Oberflächenfehler, beispielsweise in Form eines TBC-Schwunds , oder eine bloße Verschmutzung, insbesondere einer Schaufel, vorliegt.
Figur 3a bis d zeigen die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens als Darstellung einer Draufsicht auf einen potenziell fehlerhaften Oberflächenbereich eines Objekts 1, mit einem dazugehörigen Querschnitt entlang einer Abtastlinie AL oder Scanlinie. Mit den in den Figuren 3a bis 3d dargestell¬ ten Schritten ist unter Verwendung der dreidimensionalen Daten eine Schlussfolgerung möglich, ob eine Fehleranzeige, be¬ ruhend auf einem zweidimensionalen Bild gemäß Figur 3a, wirk- lieh ein Oberflächenschaden, beispielsweise ein TBC-Schwund ist. Figur 3a zeigt eine Draufsicht auf einen Oberflächenbe¬ reich eines Objektes. Anhand der zweidimensionalen Bilddaten wurde ein potenziell fehlerhafter Oberflächenbereich lokalisiert, der in Figur 3a dunkel dargestellt ist. Dieser dunkle Bereich wird von einem hellen Oberflächenbereich, dem Randbereich des potenziell fehlerhaften Oberflächenbereichs um- fasst. Die Gerade in Figur 3a ist eine Abtastlinie AL eines Scanners bzw. einer Abtasteinrichtung, wobei die Strecke zwischen den Punkten A und B dem potenziell fehlerhaften Ober- flächenbereich zugeordnet ist und die Bereiche links von
Punkt A und rechts von Punkt B dem Randbereich des potenziell fehlerhaften Oberflächenbereichs zugeordnet ist. Die Abtast¬ linie AL kann ebenso als ein Abschnitt einer Bild-Zeile be¬ zeichnet werden. Mittels der Abtasteinrichtung können entlang der Abtastlinie oder Scanlinie Oberflächendaten in jeweils mindestens einer Querschnittsebene des Objekts gemessen wer¬ den. Die vollständigen Oberflächenverlaufsdaten des gesamten Objekts können bereit vollständig am Anfang eines Verfahrens vorliegen. Diese Oberflächenverlaufsdaten können dann für einen potentiell fehlerhaften Oberflächenbereich genauer untersucht werden. Ebenso ist es möglich die Oberflächenverlaufs¬ daten für den interessierenden Bereich und/oder dessen Umgebung erst bei Bedarf zu erfassen. Figur 3b zeigt nun den Querschnitt des zu inspizierenden Oberflächenbereichs. Dabei ist die Abtastlinie im Querschnitt gezeigt und zeigt die dreidimensionale Ansicht der gemessenen Oberfläche des zu prüfenden Objekts 1. Zwischen den Punkten A und B weist das Objekt einen gemessenen Oberflächenverlauf auf, der durch die Kurve in Figur 3b visualisiert ist. Figur 3c zeigt nun, wie anhand des gemessenen Oberflächenverlaufs im Randbereich des potenziell fehlerhaften Oberflächenbereichs zusätzlich ein Oberflächenverlauf des potenziell fehlerhaften Oberflächenbe¬ reichs berechnet wird. D.h. ausgehend von dem Kurvenverlauf links des Punktes A und rechts des Punktes B im Querschnitt der Figur 3c wird ein intakter Oberflächenverlauf zwischen den Punkten A und B berechnet. Dies stellt in Figur 3c die obere Linie OL zwischen den Punkten A und B dar. Figur 3d zeigt, dass die gemessenen und die berechneten Oberflächenverläufe nun verglichen werden, wobei bei Vorliegen definierter Merkmale, beispielsweise signifikanter Unterschiede, der lokalisierte Oberflächenbereich, das ist der dunkle Bereich in Figur 3a, als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird. Ein definiertes Merkmal kann beispielsweise eine Korrelation zwi¬ schen oberem und unterem Kurvenverlauf sein. Der Unterschied zwischen den ursprünglich gemessenen und den interpolierten dreidimensionalen Daten kann bestimmen, ob beispielsweise ein TBC-Schwund bei einem Hinweis im Zweidimensionalen und Drei¬ dimensionalen, oder lediglich ein dunkler Punkt mit einem Hinweis lediglich im Zweidimensionalen vorliegt.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ergebnisbildes, sowie eine Weiterverarbeitung des Ergebnisbildes. Ein Ergeb¬ nisbild mit Randlinien, um als tatsächlich fehlerhaft bewertete Oberflächenbereiche kann erfindungsgemäß weiter verar¬ beitet werden. Beispielsweise zeigt Figur 4 eine Aufteilung des auf der linken Seite angeordneten Originalbildes in drei auf der rechten Seite angeordnete Bilder, einmal in einem ro¬ ten Kanal, in einem grünen Kanal und in einem blauen Kanal. Dabei können die Informationen im roten Kanal Oberflächeninformationen für einfachere Sichtprüfungen bereitstellen. Informationen im grünen Kanal eignen sich zur Verwendung zur Kodierung verschiedener Anzeige- oder Hinweistypen. Im blauen Kanal können Informationen über die Filter bzw. Masken angezeigt werden. In Figur 4 ist links ein Originalergebnisbild, rechts oben ein Rotkanalbild, rechts Mitte ein Grünkanalbild und rechts unten ein Blaukanalbild dargestellt.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ergebnisbildes eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die automatische Inspek¬ tion ist in der Lage, zweidimensionale und dreidimensionale Objektdaten in einem großen Bereich von Blickwinkeln auszuwerten .
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Ergebnisbildes eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 6 zeigt, dass nicht alle zweidimensionalen und dreidimensionalen Messdaten für alle Blickwinkel der Abtasteinrichtung zur Identifikation von Fehlerstellen verwendbar sind. Das heißt, ein TBC-Schwund kann nicht immer in jeder Ansicht gefunden werden. Jeder Oberflächenfehler, insbesondere TBC-Schwund, sollte wenigstens unter einem Blickwinkel der Abtasteinrichtung gefunden werden. Figur 6 zeigt, dass der TBC-Schwund im umkreisten Bereich aus dieser Ansicht nicht entdeckt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert besonders vorteilhaft bei rechten Blickwinkeln. Besonders vorteilhaft sind Blickwinkel, bei denen Strahlen der Abtast¬ einrichtung im Durchschnitt im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts auftreffen. Bei¬ spielsweise ist ein Abtasten einer Turbinenschaufel jeweils einmal von der Druck- und von der Saugseite für eine Mehrheit der Fehler ausreichend, d.h. es sind bereits zwei Bilder be¬ sonders einfach vorteilhaft verwendbar. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die inspizierten tatsächlich fehlerhaften Oberflächenbereiche mittels Randlinien mar- kiert werden. Dieses Markieren kann mittels einer Rechnereinrichtung oder durch ein Aufdrucken der Randlinien auf entsprechende Ergebnisbilder ausgeführt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Inspektion eines Objekts (1) zur Erfassung von fehlerhaften Oberflächenbereichen des Objekts, mit den Schritten
- mittels einer Abtasteinrichtung (3) erfolgendes Vermessen
(51) einer zu inspizierenden Oberfläche des Objekts (1) und Erzeugen zweidimensionaler Bilddaten und eines gemessenen Oberflächenverlaufs in jeweils mindestens einer Querschnitts- ebene durch das Objekt;
- mittels einer Rechnereinrichtung (5) erfolgendes Auswerten
(52) der zweidimensionalen Bilddaten zur Lokalisierung eines potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs;
- mittels der Rechnereinrichtung erfolgendes Erzeugen (S3) eines berechneten Oberflächenverlaufs innerhalb des poten¬ tiell fehlerhaften Oberflächenbereichs in der Querschnitts¬ ebene auf der Grundlage des gemessenen Oberflächenverlaufs außerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs der Querschnittsebene ;
- mittels der Rechnereinrichtung erfolgendes Vergleichen (S4) der berechneten und der gemessenen Oberflächenverläufe innerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs, wobei bei Vorliegen definierter Unterschiedsmerkmale der lokali¬ sierte Oberflächenbereich als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweidimensionalen Bilddaten und die gemessenen Oberflä- chenverläufe des Objekts zueinander kalibriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweidimensionalen Bilddaten Farbbilder sind.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten (S2) der zweidimensionalen Bilddaten mittels Filteroperationen (S2.1, S2.2, S2.3) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Filteroperation ein Analysieren eines Farbkanals (S2.1) und/oder einer Sättigung (S2.2) ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Erzeugen (S3) von berechneten Oberflächenverläufen des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs mittels Interpolieren ausgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Interpolieren entlang einer Abtastlinie in der Querschnittsebene durch den potentiell fehlerhaften Oberflächenbereich und auf der Grundlage von gemessenen Oberflächenver- läufen entlang dieser Abtastlinie in der Querschnittsebene im Randbereich des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
mittels einer Anzeigeeinrichtung (7) ausgeführtes Anzeigen
(55) von Randlinien um als tatsächlich fehlerhaft bewertete Oberflächenbereiche .
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
mittels einer Speichereinrichtung (9) ausgeführtes Speichern
(56) der Daten des inspizierten Objekts.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mittels der Rechnereinrichtung ausgeführtes Entfernen (Sl.l) von Daten eines Ob ekthintergrunds mittels der gemessenen Oberflächenverläufe .
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
mittels der Abtasteinrichtung erfolgendes wiederholtes Auf¬ nehmen der Oberfläche des gesamten mittels einer Dreh- und/oder Schwenkeinheit (11) bewegten Objekts.
12. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- eine Abtasteinrichtung (3) zum Vermessen einer zu inspizie renden Oberfläche des Objekts (1) und Erzeugen zweidimensio¬ naler Bilddaten und eines gemessenen Oberflächenverlaufs in jeweils mindestens einer Querschnittsebene durch das Objekt
(l) ;
- eine Rechnereinrichtung (5) zum Auswerten der zweidimensio nalen Bilddaten zur Lokalisierung eines potentiell fehlerhaf ten Oberflächenbereichs;
- die Rechnereinrichtung zum Erzeugen eines berechneten Ober flächenverlaufs innerhalb des potentiell fehlerhaften Ober¬ flächenbereichs in der Querschnittsebene auf der Grundlage des gemessenen Oberflächenverlaufs außerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs der Querschnittsebene;
- die Rechnereinrichtung zum Vergleichen der berechneten und der gemessenen Oberflächenverläufe innerhalb des potentiell fehlerhaften Oberflächenbereichs, wobei bei Vorliegen defi¬ nierter Unterschiedsmerkmale der lokalisierte Oberflächenbe¬ reich als tatsächlich fehlerhaft bewertet wird.
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