JP2003302206A - 側方照明により三次元の縁部の位置を求める方法 - Google Patents

側方照明により三次元の縁部の位置を求める方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の合否判定試験を行なうために、部品の
縁部の位置を求めるための装置及び方法を提供する。 【課題】 白色光源（１２）が、支持体（１４）上に取
付けられて光源に対し回転させられる部品を照明する。
部品により反射された光が、部品の縁部に沿った部品の
輪郭を形成する。部品はカメラ（１６）によって撮像さ
れて、部品のその縁部を含む画像が取得される。プロセ
ッサ（１８）が画像を解析して、三次元空間内における
部品の縁部の位置を求める。画像の解析は、部品を光源
に対して回転させたときの部品の縁部における撮像画像
を構成する画素数を求めることを含む。部品は１つより
多い縁部を有し、各縁部はこの方法を使用してその位置
が求められる。次に部品の縁部の求められた位置を座標
系内で使用して、部品のその他の表面形状の位置が求め
られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、部品の
合否判定試験を行なうために部品の縁部の位置を求める
ための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機エンジンに使用されるタービンブ
レードのような三次元（３Ｄ）物体の物理的特徴を測定
するための非接触測定システムにおいて、しばしば遭遇
する１つの問題点は、その物体の縁部の位置を正確に求
めることである。
【０００３】例えば圧縮機ブレードのような複雑な部品
形状を有する部品の合否判定試験においては、従来のハ
ードウエアによる計測技術を用いて正確な情報を得るこ
とは多くの場合不可能である。そこで構造化光システム
を用いた三次元（３Ｄ）表面測定技術が採用される。そ
のようなシステムにおいては、試験される部品は一連の
ストライプ状のレーザ光線を用いて照明されて、表面形
状に関する情報が座標系内にマップされ又は記録され
る。次にその結果が、部品の合否を判定するために、例
えばその部品のＣＡＤ定義と比較される。
【０００４】この３Ｄ測定技術を使用する際に遭遇する
のは、部品の縁部の位置を正確に求めるという問題であ
る。この点に関しては、縁部が必ずしもシャープエッジ
ではなく、半径が付いている、即ち丸みを帯びた輪郭を
有することを理解されたい。従来の３Ｄシステムでは、
丸みを帯びた部品の縁部の位置を十分には求めることが
できない。縁部（又は複数の縁部）の位置が正確に分か
らない場合には、座標系内における部品のその他の表面
形状の位置が、それに基づいて部品の合否を判定できる
部品の正確なデータを取得することを保証するのに必要
なほどの確かさをもって、確定できない。
【０００５】これまでは、３Ｄシステムが試験の目的で
使用される場合には、撮像システムによって得られたデ
ータを最もうまく当てはめることにより、縁部の位置を
求めることが試みられてきた。この方法は縁部がシャー
プエッジである場合には有用であるが、縁部が緩やかに
湾曲している場合には有効ではない。別の方法では、部
品を背後から照明し、部品を台座又は支持体上で回転さ
せたときに形成される輪郭によって縁部の位置を求めて
いた。この方法は、撮像システムによって得られた画像
データに対する追加的処理を必要とするだけでなく、得
られる結果が３Ｄ方法そのものから得られる結果ほどに
は正確でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の方法及び装置
は、高度に正確な縁部の位置に関する情報を得るため
に、構造化（レーザ）光システム内に拡散（白色）光源
を組込んでおり、より信頼性のある部品試験結果を得る
ことができる。
【０００７】簡単に言えば、本発明の方法は、部品の合
否判定試験のために部品の縁部の位置を求めるためのも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】白色光源が、該光源に対
して動かすことができるように支持体上に取付けられた
部品を照明する。部品により反射された光が、部品の縁
部に沿った該部品の輪郭を形成し、部品は、該部品のそ
の縁部を含む画像を取得する構造化レーザ光システムに
よって撮像される。プロセッサが画像を解析して、部品
の縁部の位置を求める。画像の解析は、部品を光源に対
して回転させたときの部品の縁部における撮像画像を構
成する画素数を求めることを含む。この解析では、当技
術分野においてよく知られた三角測量法を使用して、空
間内における、即ち三次元空間内における縁部の位置を
得る。通常は、部品は１つより多い縁部を有しており、
各縁部はこの方法を使用してその位置が求められる。縁
部の位置が一たび測定されたら、それらの位置を次に座
標系内で使用して、部品のその他の表面形状の位置が求
められる。
【０００９】本発明の現時点での好ましい実施形態と共
に本発明の上述の及び他の目的、特徴及び利点が、付随
する図面に関連してなされる以下の説明を読むことによ
って一層明らかになるであろう。
【００１０】付随する図面は、本明細書の一部を構成す
る。対応する参照符号は、図面の幾つかの図を通して対
応する部分を示す。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下の詳細な説明は、本発明を例
示的に説明したものであって、本発明を限定するための
ものではない。以下の説明は、当業者が本発明を構成し
使用することを可能にする。また以下の説明は、本発明
の幾つかの実施形態、適応形態、変更形態、変形形態、
及び用途について説明しており、本発明を実施するのに
現在のところ最良と思われるものを含んでいる。
【００１２】図面を参照すると、部品Ｐは、例えば圧縮
機のブレードである。この部品は複雑な部品形状を有し
ており、部品の輪郭は、ハードウエアによる計測を使用
したのでは容易に測定できない。具体的には、この部品
は、正確に位置を求める必要があるそれぞれの縁部Ｅ１
及びＥ２を有する。それを行うための本発明の装置が、
図１において全体を参照符号１０で示されている。装置
１０は、先ず第１に白色光源１２を含む。この光源は、
部品の全表面を照明するように配置される。次に、部品
は、光源に対して部品を回転させるように可動な支持体
又は台座１４上に取付けられる。画像形成手段１６は、
照明された部品の画像を得るためのカメラ又はその他の
画像形成装置を含む。光システムから得られた画像は、
プロセッサ１８によって処理され、このプロセッサ１８
は、三角測量法に基づく方法を使用して、該プロセッサ
によって解析された画像データを用いて部品の縁部を定
める。
【００１３】本発明の方法の実施に際しては、白色光源
１２が圧縮機ブレードの側方に配置される。光源の位置
決め又は支持体１４上の部品の動きは、図２に示すよう
な部品の輪郭を形成するようにされる。光システム１６
が、一般的には光ストライプを作り出すレーザ光源を使
用する構造化光システムであったとしても、光源１２を
使用する利点は光が指向性をもたないことである。部品
の縁部Ｅ１及びＥ２は精密に形成された狭い面であるか
ら、縁部の面に当たる白色光は該面の全体を照明するこ
とになる。部品が光源１２に対して適切に配置されてい
る場合、縁部に当たる光は、部品の他の表面からの同様
な反射を生じることなく、縁部からの観察可能な鏡面反
射を生じるであろう。そのような反射が見られない場合
には、部品及び／又は光源は、反射が観察されるように
なるまで部品の中心軸から離れるように回転される。
【００１４】部品の縁部が光源に対して適切に置かれた
場合には、縁部の位置に整った明確な線が現れ、一方、
部品の表面は照明されないから、暗くなるであろう。プ
ロセッサ１８による画像解析において、プロセッサは、
縁部における線幅を構成する画素数を求める。このよう
な方法で縁部を複数の位置から撮像するように部品を回
転させることにより、又は縁部を撮像するために複数の
カメラを使用することにより、縁部の位置が三次元空間
内で測定される。この種の処理は当技術分野においては
公知であり、これ以上説明しない。この用途において
は、構造化光システムにおいて三次元の線の位置を求め
るために使用されるその他の方法も、本発明の範囲から
逸脱することなく使用できることが、当業者には理解さ
れるであろう。重要なことは、部品の縁部が一たび確定
されたら、その縁部の位置は座標系に対して基準として
関連付けられ、それによって部品の表面形状の位置が光
計測作業中に順次求められるということである。部品Ｐ
は２つの縁部Ｅ１及びＥ２を有するから、各縁部は上記
の方法で位置が求められ、両縁部に関する縁部の情報が
座標系に対して基準として関連付けられる。
【００１５】本発明の方法及び装置の重要な特徴は、先
ず第１に構造化光システムによる３Ｄ解析を使用して、
部品の各縁部の位置が正確に求められることである。単
純な拡散白色光源１２の使用は、部品の表面形状を測定
するために使用される３Ｄ構造化（レーザ）光システム
の能力を高める。第２に、縁部の求められた位置が、部
品のその他の表面形状の求められる位置と同じ座標系に
基準として関連付けられられることである。縁部の求め
られた位置が境界を教え、該境界によって表面形状に関
する情報は、ＣＡＤデータ又はその他のデータと比較す
ることができ、それによって部品の合否が判定される。
【００１６】本発明の幾つかの目的が達成され、かつそ
の他の有利な結果が得られることが、上記の説明から分
かるであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、上
記構成に対して様々な変更を行なうことが可能であり、
また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易の
ためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮す
るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 部品の縁部の位置を正確に求めるために使用
される本発明の装置の簡略図。
【図２】 撮像のために、部品の縁部を表す部品の輪郭
を示すように回転され又は配置された部品の概略図。
【符号の説明】
１０ 部品の縁部の位置を求めるための装置 １２ 白色光源 １４ 支持体 １６ 画像形成手段 １８ プロセッサ Ｐ 部品 Ｅ１ 部品の縁部 Ｅ２ 部品の縁部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA12 BB05 CC08 FF09 FF41 GG04 GG24 HH12 JJ03 JJ05 PP13 RR06

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 部品（Ｐ）の合否判定試験を行なうため
    に、構造化光システムを使用して該部品の縁部（Ｅ１又
    はＥ２）の位置を求める方法であって、 前記部品の近傍に拡散光源（１２）を配置し、該光源か
    ら放射される光で該部品を照明する段階と、 該部品により反射された前記光源からの光が該部品の縁
    部に沿った該部品の輪郭を形成するように、前記光源に
    対して該部品を回転させる段階と、 画像形成手段（１６）を用いて該部品を撮像して、該部
    品の縁部の画像を取得する段階と、 前記画像を処理して、該画像を解析することより生成さ
    れたデータから三次元空間内における前記部品の縁部の
    位置を求める段階と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記光源（１２）が白色光源であること
    を特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記画像形成手段（１６）がカメラを含
    むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記部品の縁部を測定するために前記画
    像を解析する段階が、該部品を前記光源に対して回転さ
    せて前記撮像手段によって撮像された反射画像を構成す
    る画素数を求めることを含むことを特徴とする、請求項
    １に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記画像を解析する段階が、前記部品の
    縁部に沿った各点における画素数を求める段階を含むこ
    とを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 部品（Ｐ）の合否判定試験を行なうため
    に該部品の縁部（Ｅ１又はＥ２）の位置を求める方法で
    あって、 前記部品の近傍に拡散白色光源（１２）を配置し、該光
    源から放射される光で該部品を照明する段階と、 該部品により反射された前記光源からの光が該部品の縁
    部に沿った該部品の輪郭を形成するように、前記光源に
    対して該部品を回転させる段階と、 画像形成手段（１６）を用いて該部品を撮像して、該部
    品の縁部の画像を取得する段階と、 前記画像を処理して、該画像を解析することより生成さ
    れたデータから三次元空間内における前記部品の縁部の
    位置を求める段階と、を含むことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 構造化レーザ光システム（１０）を使用
    することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記部品の縁部を測定するために前記画
    像を解析する段階が、該部品を前記光源に対して回転さ
    せて前記撮像手段によって撮像された、該部品の縁部に
    おける反射画像を構成する画素数を求めることを含むこ
    とを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記部品が１つより多い縁部を有し、こ
    の方法が該部品の各縁部の位置を求めるために使用され
    ることを特徴とする、請求項４又は請求項８に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記部品の縁部の前記求められた位置
    を座標系内で使用して、該部品のその他の表面形状の位
    置を求めることを特徴とする、請求項４又は請求項８に
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 部品（Ｐ）の合否判定試験を行なうた
    めに該部品の縁部（Ｅ１又はＥ２）の位置を求めるため
    の装置であって、 前記部品の近傍に配置され、それから放射される白色光
    で該部品を照明する拡散光源（１２）と、 前記部品がその上に取付けられ、該部品から反射された
    前記光源からの光が該部品の縁部に沿った該部品の輪郭
    を形成するように前記光源に対して該部品を動かすよう
    に回転可能な支持体（１４）と、 前記部品の縁部の画像を取得するために該部品を撮像す
    る画像形成手段（１６）と、 前記画像を解析することより生成されたデータから三次
    元空間内における前記部品の縁部の位置を求めるために
    該画像を処理するプロセッサ（１８）と、 を含むことを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 前記光源（１２）が白色光源であるこ
    とを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記プロセッサ（１８）は前記部品の
    画像を解析して、該部品を前記光源に対して回転させた
    ときの該部品の縁部における反射画像を構成する画素数
    を求めることによって、該部品の縁部を測定することを
    特徴とする、請求項１１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記部品が１つより多い縁部を有し、
    この装置が、該部品を前記光源に対して回転させて該部
    品の各縁部の位置を求めることを特徴とする、請求項１
    ３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記部品の縁部の前記求められた位置
    が、該部品のその他の表面形状の位置を求めるために座
    標系内で使用されることを特徴とする、請求項１４に記
    載の装置。
  16. 【請求項１６】 部品（Ｐ）の表面形状を測定するため
    の改良された構造化レーザ光システムであって、 前記部品の近傍に配置され、それから放射される白色光
    で該部品を照明する拡散光源（１２）と、 前記部品がその上に取付けられ、該部品から反射された
    前記光源からの光が該部品の縁部（Ｅ１、Ｅ２）に沿っ
    た該部品の輪郭を形成するように前記光源に対して該部
    品を動かすように回転可能な支持体（１４）と、 前記部品の縁部の画像を取得するために該部品を撮像す
    るカメラ（１６）と、 前記画像を解析することより生成されたデータから三次
    元空間内における前記部品の縁部の位置を求めるために
    該画像を処理するプロセッサ（１８）と、を含み、 前記画像の解析は、前記部品を前記光源に対して回転さ
    せたときの該部品の縁部における反射画像を構成する画
    素数を求めることを含み、 前記プロセッサは、前記部品の合否判定試験を行なうた
    めに、該部品の縁部の前記求められた位置を座標系内で
    使用して、該部品のその他の表面形状の位置を求める、
    ことを特徴とすることを特徴とする改良されたシステ
    ム。
  17. 【請求項１７】 前記部品が１つより多い縁部を有し、
    このシステムが、該部品を前記光源に対して回転させて
    該部品の各縁部の位置を求めることを特徴とする、請求
    項１６に記載の改良されたシステム。
  18. 【請求項１８】 前記光源（１２）が白色光源であるこ
    とを特徴とする、請求項１７に記載の改良されたシステ
    ム。
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