JP2006292747A - 渦電流探傷検査方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品（１２）を検査するための渦電流探傷検査システム（５）及び方法を提供する。
【解決手段】本システムは、構成部品から渦電流を検知するための渦電流プローブ（１８）と、渦電流をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器（２６）とを含む。本システムはまた、デジタル信号から渦電流画像（６１）を生成し、画像の画質を高めるように該画像を前処理するように構成されたプロセッサ（３０）を含む。プロセッサは、傷パターンを示す領域を識別し、識別領域について欠陥特徴付けパラメータを算出するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的には検査システムに関し、より具体的には、自動渦電流非破壊検査のための方法及びシステムに関する。

渦電流探傷検査は、航空機エンジン及びその他の産業用構成部品の表面傷を非破壊検査する一般的に用いられる方法である。この方法は、交流を通電した駆動コイルにより検査中の部品内に渦電流を誘導する電磁誘導の原理に基づいている。検体に例えば割れ又は不連続面などの傷がある場合には、検体内部の渦電流の流れが変化し、これを１つ又はそれ以上の検知コイルによって検出することができる。検出信号を用いて渦電流画像を生成し、この渦電流画像を分析してさらに画像内の傷の存在を検出することができる。

渦電流画像の自動探傷方法を開発する試みが、行われてきた。Ｍａｈｄａｖｉｅｈ他の「複雑な幾何学形状を有する構成部品を検査する方法」の名称の米国特許第５，３４５，５１４号には、隣接する構造的に類似した部分からの参照画像を用いて処理を実行する１つのそのような方法が開示されている。一般的に、構成部品の表面は、渦電流プローブでスキャンされ、スキャンした部分の２次元画像が、スキャン中に受信した渦電流信号を用いて生成される。画像を前処理して、全ての同様な形状の構造部分に共通する幾何学的特徴及び背景ノイズによって引き起こされた画像の背景ピクセル強度に関連するあらゆる信号を低減する。前処理画像からあらゆる疑わしい欠陥領域を識別し、各疑わしい欠陥領域について欠陥特徴付けパラメータを求める。一般的に、いずれかの欠陥特徴付けパラメータが所定の基準値を超えている場合には、その疑わしい欠陥領域は排除される。

上述の方法は、システムによって収集された渦電流画像に見られる傷パターンのエンキャプスレーションの有効性が劣ることに起因して、検出の確率が低いことを含む幾つかの欠点を有する可能性がある。上述の処理方法の別の欠点は、下にある割れ信号を隠す強いエッジ信号を削除するために、検査中の構成部品の隣接する構造部分から取得した２つの参照画像が、処理への入力として必要となることである。そのような参照画像を利用可能にすることは、リアルタイム検査では困難な場合がある。
米国特許第５，３４５，５１４号公報 米国特許第５，４４２，２８６号公報 米国特許第６，１５７，６９９号公報 米国特許第６，３７８，８７１号公報

従って、リアルタイムで欠陥を自動的に検出しかつ欠陥の大きさの特徴を明らかにすることになる渦電流探傷検査のより正確な方法を開発する必要性がある。

簡潔に言うと、本発明の１つの実施形態によると、構成部品の自動的傷検出及び特徴付けを実行する方法を提供する。本方法は、構成部品の画像を受信するステップを含む。画像は、渦電流探傷検査システムによって生成され、画像は多数のピクセルを含む。本方法はさらに、画像の画質を高めるように該画像を前処理するステップと、傷パターンを示す領域を識別するように画像を処理するステップと、識別領域について欠陥特徴付けパラメータを算出するステップとを含む。欠陥特徴付けパラメータは、識別領域のエネルギー、識別領域のエントロピー又はそれらのあらゆる組合せの関数である。

別の実施形態では、構成部品を検査するための渦電流探傷検査システムを提供する。本システムは、構成部品内に誘導された渦電流を検知しかつ検知信号を生成するための渦電流プローブと、検知信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器とを含む。本システムはさらに、デジタル信号から渦電流画像を生成しかつ画像を前処理して該画像の画質を高めるように構成されたプロセッサを含む。プロセッサはさらに、傷パターンを示す領域を、その領域について欠陥特徴付けパラメータを算出することによって識別するようになっている。欠陥特徴付けパラメータは、識別領域のエネルギー、識別領域のエントロピー又はそれらのあらゆる組合せに基づいて算出される。

本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、図面を通して同様の符合が同様の部品を表す添付図を参照して以下の詳細な説明を読むとき、一層理解されるようになるであろう。

図１は、自動渦電流探傷検査システム５の１つの実施形態のブロック図である。本システムは、構成部品１２を検査するための自動渦電流表面探傷装置１０を含む。構成部品の実施例は、タービンブレード、ギアの歯、及びガスタービンエンジンディスクのダブテールスロットを含む。便宜上、図１は、ガスタービンエンジンディスク１２のダブテールスロット１４の検査に関して示しているが、本発明がその他の構成部品にも同様に適用可能であることは当業者には明らかであろう。

本明細書で用いる場合、「〜ようになっている」、「〜ように構成される」などの用語は、システムの要素が記載した効果をもたらすように協働することができるシステムの装置を意味し、これらの用語はさらに、所定の入力信号に対して出力を提供するようにプログラムされたアナログ又はデジタルコンピュータ又は特定用途向けデバイス（特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など）、増幅器或いは同種のもののような電気的又は光学的要素の動作性能を意味し、また構成部品を光学的又は電気的に互いに結合する機械装置を意味する。

図１の例示的な実施形態では、タービンディスク１２は、渦電流装置１０の固定具１６上に取り付けられ、固定具１６により、検査中にディスク１２を所定の位置に保持する。装置１０はさらに、渦電流コイル／プローブ１８を含む。渦電流プローブ１８は、プローブマニピュレータ２０に取り付けられ、プローブマニピュレータは、検査中にスロット１４の内部を実質的に完全にスキャンするようにダブテールスロット１４内でプローブ１８を移動させる。

図１の例示的な実施形態では、渦電流プローブ１８は、データリンク２４によって渦電流測定器２２に電気的に接続される。渦電流測定器２２は、プローブ１８によってスロットをスキャンしている間にダブテールスロット１４の表面内に誘導された渦電流に対応した電気信号を生成する。

渦電流測定器２２によって生成された電気信号は、データ通信リンク２８を通ってアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６で受信される。Ａ／Ｄ変換器２６は、アナログ渦電流信号をデジタル信号に変換するように構成され、デジタル信号は、プロセッサ３０によって記憶されかつ処理されてダブテールスロット１４の２次元渦電流画像を生成することができる。

デジタル信号は、通信リンク３２によってＡ／Ｄ変換器２６からプロセッサ３０に送信される。渦電流画像は、ビデオモニタ３４上に表示することができる。プロセッサ３０はまた、通信リンク３６によってプローブマニピュレータ２０に相互接続されて、ダブテールスロット１４のスキャンを制御する。ディスク１２の検査のオペレータ制御を可能にするためにキーボード３８を設け、また画像のハードコピーを作成するためにプリンタ４０を設けることができる。

プロセッサ３０は、構成部品の傷を検出しかつ特徴付けるように構成される。それによってプロセッサ３０が傷を検出しかつ特徴付けるように構成された方法は、前処理ステップと処理ステップとを含む。前処理ステップは、図２に示すフローチャートを参照してより詳細に説明する。各ステップについては、以下でさらに詳細に説明する。

前処理ステップは、ステップ４２に示すように、アナログ・デジタル変換器から受信した渦電流画像の画質を高めるように実行される。ステップ４４において、渦電流画像にフィルタを適用して、画像のエッジの変動を低減する。用いるフィルタ処理法は、所定の画像の値を平均することに基づいている。フィルタを適用することによって、渦電流画像においてエッジ効果が平滑化され、その後のステップにおいてエッジ効果を容易に除去することができる。１つの実施形態では、７×７ピクセル移動平均フィルタが使用される。従って、前処理ステップは、参照画像を必要としないことがわかる。ステップ４６において、高画質の前処理画像が生成される。

前処理画像はさらに、示差的パターンを示す画像の領域を識別するように処理される。これらの領域は、傷パターンを含む場合もあり又は含まない場合もある。これらの領域は、識別領域と呼ぶことにする。処理ステップは、図３に示すフローチャートを参照して、より詳細に説明する。各ステップについては、以下でさらに詳細に説明する。

ステップ４８において、画像は、画像のコントラストを増強するように正規化される。１つの実施形態では、正規化は、画像のピクセルの中央値を算出することによって実行される。中央値は次に、画像の各ピクセルから減算される。得られた正規化画像は、コントラストが増強されており、従ってその後のステップにおいて傷を検出するのをより容易にする。フィルタを適用することによって、エッジ効果が実質的に画像から除去される。

ステップ５２において、画像の背景領域が識別されかつ削除される。背景領域は、実質的に傷がない画像の領域に対応する。１つの実施形態では、背景領域は、画像の中央値の平均及び標準偏差を算出することによって識別される。帯域通過フィルタ、ノッチフィルタ、信号対雑音比（ＳＮＲ）、領域近似及び適応閾値もまた、背景ノイズを排除するために用いられる。

図４は、ステップ５２の結果であるバイナリ（二値）画像６１を示す。この画像６１は、背景領域６２と識別領域６４とを含む。識別領域は、前処理ステップで識別された領域である。図示した実施形態では、背景領域は、ゼロのグレースケール値で表され、識別領域は、１のグレースケール値で表される。

ステップ５４において、符号６４で示した２つ又はそれ以上の識別領域が、ギャップ・フィリングと呼ばれる方法によって僅かな基準に基づいて１つの識別領域にグループ化される。１つの実施形態では、２つ又はそれ以上の識別領域間の距離が閾値よりも小さい場合には、ギャップ・フィリングが実行される。ギャップ・フィリングは、それによって２つの識別領域６４間の背景領域６２のグレースケール値をゼロから１に変更する方法である。

ステップ５６において、識別領域がラベル付けされ、識別領域の寸法が調整される。識別領域は、真傷領域と偽傷領域とを含み、真傷領域は、傷パターンを示す領域である。識別領域の寸法は、閉鎖形状に近似される。１つの実施形態では、閉鎖形状は矩形である。識別領域のラベル付け及び識別領域の寸法の調整は、同時に実行することができる。図５は、偽傷領域６６と真傷領域６８とを含む例示的な画像６１を示している。

ステップ５８において、真傷領域は、真傷領域が傷の特有の特性を表す傷パターンを示すので、識別される。１つの実施形態では、傷パターンは、チェッカーボード効果である。次に、偽傷領域が削除される。図６は、真傷領域が識別され、図６の偽傷領域６６が削除された例示的な画像を示す。図６の例示的な実施形態では、真傷領域は、ステップ５６において説明したように矩形に近似されている。真傷領域は、符号７７とラベル付けされている。１つの実施形態では、各真傷領域は、特有のグレースケール値を用いてラベル付けされる。

ステップ６０において、真傷領域の特徴が、欠陥特徴付けパラメータを算出することによって抽出される。特徴は、信号特性及び閉鎖形状の寸法に基づいて１次元又は２次元のいずれかとすることができる。１つの実施形態では、閉鎖形状の寸法は、偽傷領域を削除するために用いられる。上記の特徴を用いるＡハット値は、傷を特徴付けるのに用いることができる。１つの実施形態では、欠陥特徴付けパラメータは、エネルギー、エントロピーのような特徴によって表される。Ａハット値は、識別領域のエネルギー、識別領域のエントロピー又はそれらのあらゆる組合せに基づいて算出される。

例示的な実施形態によると、Ａハット値は、以下に示した等式、

のいずれか１つを用いて算出することができる。

上述の方法は、傷を検出しかつ特徴付けるのに参照画像を用いない。従って、本方法は、検査時間を著しく短縮し、リアルタイム用途により適している。本方法は、約１０ミルから約２０４ミルまで変動する大きさの傷を検出するのに用いることができる。本方法はまた、偽傷パターンが識別されかつ削除されるので、偽判定の減少をもたらす。

本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示しかつ説明したが、当業者は多くの改良及び変更を思いつくであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術思想に属する全てのそのような改良及び変更を保護しようとするものであることを理解されたい。

例示的な自動渦電流探傷システムの概略図。 渦電流探傷システムによって実行される前処理ステップの詳細を示すフローチャート。 渦電流探傷システムによって実行される処理ステップの例示的な詳細を示すフローチャート。 背景領域と傷を含むとして識別された領域とを有する例示的な画像を示す図。 真傷領域と偽傷領域とを有する別の例示的な画像を示す図。 ラベル付けした真傷領域とラベル付けした偽傷領域とを有する別の画像を示す図。

符号の説明

５ 自動渦電流探傷検査システム
１０ 渦電流装置
１２ ガスタービンエンジンディスク
１４ ダブテールスロット
１６ 固定具
１８ 渦電流プローブ
２０ プローブマニピュレータ
２２ 渦電流測定器
２６ アナログ・デジタル変換器
３０ プロセッサ
３４ ビデオモニタ
３８ キーボード
４０ プリンタ

Claims (10)

1. 構成部品（１２）の自動的傷検出及び特徴付けを実行する方法であって、
   渦電流探傷検査システム（１０）によって生成されかつ複数のピクセルを含む、前記構成部品の画像（６１）を受信するステップと、
   前記画像の少なくとも１つの画質を高めるように該画像を前処理するステップと、
   前記構成部品の傷を検出しかつ特徴付けるように前記画像を処理するステップと、
   を含み、前記処理するステップが、
   それぞれの示差的パターンを示す領域を識別するステップと、
   前記傷パターンを示す領域について、該識別領域のエネルギー、該識別領域のエントロピー又はそれらのあらゆる組合せの少なくとも１つの関数である欠陥特徴付けパラメータを算出するステップと、を含む探傷検査方法。
2. 前記処理するステップが、前記画像を正規化するステップをさらに含み、前記正規化するステップが、
   前記画像の特定標準偏差の範囲にある中央値の平均値を算出するステップと、
   前記画像の各ピクセルから前記平均値を減算するステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載の探傷検査方法。
3. 前記処理するステップが、
   前記画像の実質的に傷がない領域に対応する該画像の複数の背景領域（６２）を識別しかつ削除するステップと、
   ギャップ・フィリングするステップと、
   前記画像のバイナリマスクを生成するステップと、
   前記傷パターンを示す複数の真傷領域（６８）と偽傷領域（６６）とを含む前記識別領域（６４）をラベル付けしかつ該識別領域（６４）の寸法を調整するステップと、
   前記偽傷領域を削除するステップと、
   前記傷領域の各々を閉鎖形状に近似させるステプと、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の探傷検査方法。
4. 前記処理するステップが、前記閉鎖形状に近似させた真傷領域（７７）から、該真傷領域のエネルギー、該真傷領域のエントロピー及び前記閉鎖形状の寸法を含む複数の特徴を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の探傷検査方法。
5. 前記欠陥特徴付けパラメータが、
   

   

   を用いてＡハット値を求めることによって算出されることを特徴とする請求項１記載の探傷検査方法。
6. 前記欠陥特徴付けパラメータが、
   

   

   を用いてＡハット値を求めることによって算出されることを特徴とする請求項１記載の探傷検査方法。
7. 前記欠陥特徴付けパラメータが、
   

   

   を用いてＡハット値を求めることによって算出されることを特徴とする請求項１記載の探傷検査方法。
8. 構成部品（１２）を検査するための渦電流探傷検査システム（５）であって、
   前記構成部品内に誘導された複数の渦電流を検知しかつ複数の検知信号を生成するように構成された渦電流プローブ（１８）と、
   前記検知信号をそれぞれの複数のデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器（２６）と、
   プロセッサ（３０）と、
   を含み、前記プロセッサ（３０）が、
   前記デジタル信号から画像（６１）を生成し、
   前記画像の画質を高めるように該画像を前処理し、
   前記画像を正規化し、また
   それぞれの複数の傷パターンを示す複数の領域を、その領域について、該領域のエネルギー、該領域のエントロピー又はそれらのあらゆる組合せの少なくとも１つに基づいて欠陥特徴付けパラメータを算出することによって識別するように構成される、
   システム。
9. 前記プロセッサが、前記画像のバイナリマスクを生成しまた前記画像の実質的に傷がない領域に対応する該画像の複数の背景領域（６２）を識別しかつ削除するようにさらに構成されることを特徴とする請求項８記載のシステム。
10. 前記プロセッサが、
    前記識別領域上にギャップ・フィリング動作を実行し、
    前記傷パターンを示す複数の真傷領域（６８）と偽傷領域（６６）とを含む前記識別領域をラベル付けしかつ該識別領域の寸法を調整し、
    前記偽傷領域を削除し、
    前記真傷領域の各々を閉鎖形状に近似させることによって前記寸法を調整し、また
    前記真傷領域（７７）から、該真傷領域のエネルギー、該真傷領域のエントロピー及び前記閉鎖形状の寸法を含む複数の特徴を抽出する、
    ようにさらに構成されることを特徴とする請求項９記載のシステム。

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