JP2017122715A - 構成部品のための突き止めシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品のための突き止めシステムおよび突き止め方法を提供する。
【解決手段】構成部品１０は外部表面１１を有する。方法は、構成部品１０の画像を解析し、表面特徴３０についてＸ軸データポイントおよびＹ軸データポイントを得ることによって、Ｘ軸５０およびＹ軸５２に沿って外部表面１１上に構成された表面特徴３０を突き止めるステップを含む。方法は、表面特徴３０についてＺ軸データポイントを得るために、Ｚ軸５４に沿って表面特徴３０を直接測定するステップをさらに含み、Ｘ軸５０、Ｙ軸５２およびＺ軸５４は、互いに直交する。方法は、表面特徴３０についてピッチ値、ロール値またはヨー値のうち少なくとも２つを計算するステップをさらに含む。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、構成部品のための突き止めシステムおよび方法に関し、より詳細には、構成部品の突き止め、および構成部品に対するデータ取得システムの位置決めなどその後の操作の改善を容易にする、システムおよび方法に関する。

一般に、種々の用途にわたって、一貫性をもってかつ正確に、構成部品および構成部品上の表面特徴を突き止めることが望まれている。構成部品および構成部品上の表面特徴を突き止めることにより、構成部品および表面特徴上でまたはそれに対して実行されるその後の操作が容易になり得る。

一貫性をもってかつ正確に突き止めることが望ましい１つの用途は、構成部品が多くの極端な条件（例えば、高温度、高圧力、強い応力負荷など）を受けるいくつかの用途に含まれる。時間が経過すると、装置の個々の構成部品は、構成部品の有効寿命を短縮する可能性のあるクリープおよび／または変形をこうむる可能性がある。例えば、ガスタービンシステムなどのいくつかのターボ機関に関して、こうした懸念が当てはまると言えよう。ターボ機関の操作中、タービンブレードなどの、ターボ機関内の特にターボ機関のタービン部内の（集合的にタービン構成部品として知られた）種々の構成部品は、高温度および応力によりクリープを受ける可能性がある。タービンブレードの場合は、クリープによってブレードの一部または全体が伸長され、その結果ブレードチップが定常構造、例えばタービンケーシングに接触することになり、潜在的に、動作中の不必要な振動および／または性能の低下を引き起こす。

したがって、タービン構成部品などの構成部品は、クリープに関して監視され得る。クリープに関して構成部品を監視する１つの手法は、構成部品上に歪みセンサを構成し、クリープ歪みに関連する変形に対して監視するために、種々の時間間隔で歪みセンサを解析する。こうした手法の１つの欠点は、歪みセンサを解析するための装置が、こうした突き止めの際に一貫性のないことから変形解析に何らかの誤りが導かれるということを回避するために、それぞれの歪みセンサの解析中に歪みセンサに対して特定の位置に突き止められなければならないということである。このような位置決めは、時間およびコストを消費し、したがって、変形監視プロセスが非効率となる可能性がある。

構成部品および構成部品上の表面特徴を一貫性をもってかつ正確に突き止めることが必要であるということについては、歪みセンサおよびタービン構成部品用途に限定されない。他の構成部品用途にもこうしたことが必要である。例えば、マスキングなどの目的で、構成部品の外部表面に画定された冷却孔を正確にかつ一貫性をもって検出することが望ましい。さらに、除去などの目的で、構成部品の外部表面に付加された残留コーティング層を正確にかつ一貫性をもって検出することが望ましい。

したがって、突き止め、および構成部品に対するデータ取得システムの位置決めなどその後の操作の改善を容易にするような、代替の構成部品のための突き止めシステムおよび方法が望まれている。特に、歪みセンサ、冷却孔、コーティング層などの表面特徴を効率的かつ正確に検出するシステムおよび方法は有利となるはずである。

米国特許第８９０３５１６号明細書

本発明の態様および有利点は、以降の説明で一部明らかにされ、または説明から明白となり、または本発明の実践を通して理解され得る。

本開示の一実施形態によれば、構成部品のための突き止め方法が提供される。構成部品は、外部表面を有する。方法は、構成部品の画像を解析し、表面特徴についてＸ軸データポイントおよびＹ軸データポイントを得ることによって、外部表面上に構成された表面特徴をＸ軸およびＹ軸に沿って突き止めるステップを含む。方法は、表面特徴についてＺ軸データポイントを得るために、表面特徴をＺ軸に沿って直接測定するステップをさらに含み、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する。方法は、表面特徴についてピッチ値、ロール値またはヨー値のうち少なくとも２つを計算するステップをさらに含む。

本開示の別の実施形態によれば、構成部品のための突き止め方法が提供される。構成部品は、外部表面を有する。方法は、表面特徴についてＸ軸データポイントおよびＹ軸データポイントを得るために、構成部品の画像の画素解析を実行することによって、外部表面上に構成された表面特徴をＸ軸およびＹ軸に沿って突き止めるステップを含む。方法は、表面特徴についてＺ軸データポイントを得るために、表面特徴をＺ軸に沿って直接測定するステップをさらに含み、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する。方法は、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイントおよびＺ軸データポイントに基づいて、表面特徴についてピッチ値およびロール値を計算するステップをさらに含む。

本開示の別の実施形態によれば、構成部品のための突き止めシステムが提供される。構成部品は、外部表面を有する。システムは、データ取得システムを含み、データ取得システムが、構成部品の画像を得るための撮像デバイスと、構成部品の外部表面上に構成された表面特徴を検査するための３次元データ取得デバイスとを含む。システムは、データ取得システムと動作可能に通信するプロセッサをさらに含む。プロセッサは、画像を解析し、表面特徴についてＸ軸データポイントおよびＹ軸データポイントを得ることによって、表面特徴をＸ軸およびＹ軸に沿って突き止め、３次元データ取得デバイスからの信号に基づいて、表面特徴についてＺ軸に沿ってＺ軸データポイントを得て、ここでＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が互いに直交しており、表面特徴についてピッチ値、ロール値またはヨー値のうち少なくとも２つを計算するように構成される。

本発明の、これらのおよび他の特徴、態様ならびに有利点については、以降の説明および付属の特許請求の範囲を参照してより深く理解されるであろう。本明細書に組み込まれまた一部分を構成する添付の図面は、説明と共に本発明の実施形態を例証し、本発明の原理を説明するのに役立つものである。

その最良の様式を含む本発明の全てのおよび実施可能な開示について、当業者には、付属の図面を参照しながら本明細書で明らかになるであろう。

本開示の１つまたは複数の実施形態による、表面特徴を含む例示的な構成部品の斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、例示的な表面特徴の上面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、表面特徴の突き止め中に構成部品を監視するためのシステムの斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、構成部品の画像である。 図４の画像の一部の近接図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、表面特徴の直接測定中に構成部品を監視するためのシステムの斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、構成部品の３次元プロファイルである。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、方法を示す流れ図である。

ここで、本発明の実施形態について詳細に参照するが、その１つまたは複数の例については図面に示す。それぞれの例は、本発明の説明として提供され、本発明を限定するものではない。実際には、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく本発明への種々の改変および変更がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として示されまたは説明される特徴が、さらなる実施形態を作り出すために別の実施形態と共に使用され得る。したがって、本発明は、付属の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内となるようなこうした改変形態および変更形態を含むものである。

ここで、図１を参照すると、構成部品１０が、その上に構成される複数の表面特徴３０、この実施形態では歪みセンサ４０および／または冷却孔３５、と共に示されている。構成部品１０（より詳細には、構成部品１０全体の基体）は、例えば、高温度の用途で利用される構成部品（例えば、ニッケル基超合金またはコバルト基超合金を含む構成部品）などの、様々な別個の用途で使用される様々なタイプの構成部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、構成部品１０が、内燃機関構成部品もしくは高温ガス経路構成部品などの、産業用ガスタービンまたは蒸気タービンの構成部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、構成部品１０が、タービンブレード、圧縮機ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピースまたはケーシングを含むことができる。他の実施形態では、構成部品１０が、ガスタービン、蒸気タービンの任意の他の構成部品などの、タービンの任意の他の構成部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、構成部品には、自動車構成部品（例えば、乗用車、トラックなど）、航空宇宙構成部品（例えば、航空機、ヘリコプタ、スペースシャトル、アルミニウム部品など）、機関車または鉄道構成部品（例えば、列車、線路など）、構造物、インフラストラクチャもしくは土木工学構成部品（例えば、橋梁、建築物、建設機械など）、および／または発電所もしくは化学処理構成部品（例えば、高温度用途で使用されるパイプ）が含まれ得るが、これに限定しない。

構成部品１０は、外部表面１１を有し、その表面上または表面下に、歪みセンサ４０が構成され得る。本開示による歪みセンサ４０は、堆積技術、他の任意の適したアディティブマニュファクチャリング技術、レーザアブレーション、エングレービング、マッチングなどのサブトラクティブ技術、アニール、直接表面変色もしくは反射の局所変化を引き起こす技術などの外観変化技術、接着、溶接、ろう接などの適した取付け装置もしくは技術を使用して事前に形成された歪みセンサ４０の取り付け、または、歪みセンサ４０の構成部品として機能することができる外部表面１１の既存特性を識別すること、を含む他の任意の適した技術を使用して、外部表面１１上に構成され得る。加えて、さらなる代替実施形態では、歪みセンサ４０が、構成部品１０の製造中または後で、適した埋め込み技術を使用して外部表面１１の下に構成され得る。

ここで図１および図２を参照すると、歪みセンサ４０が、通例、少なくとも２つの基準ポイント４１および４２を備え、前記少なくとも２つの基準ポイント４１と４２との間の距離Ｄを複数の時間間隔で測定するために使用され得る。これらの測定は、構成部品１０の領域で、歪みの量、歪み速度、クリープ、疲労、応力などを決定する手助けとなり得るということが、当業者には理解されるはずである。少なくとも２つの基準ポイント４１と４２は、これらの間の距離Ｄを測定することができる限り、具体的な構成部品１０に応じて、様々な距離および様々な位置で配置され得る。さらに、少なくとも２つの基準ポイント４１と４２は、一貫性をもって識別可能である限り、ドット、ライン、サークル、ボックスまたは他のいずれかの幾何学的もしくは非幾何学的な形状を備えることができ、その２つの基準ポイント間の距離Ｄを測定するために使用され得る。

歪みセンサ４０は、様々な異なる形状、サイズ、および配置された基準ポイント４１および４２を組み込むことなどによって、様々な別個の構成および断面を備えることができる。例えば、図２に示すように、歪みセンサ４０は、種々の形状およびサイズを備えた様々な別個の基準ポイントを備えることができる。こうした実施形態は、最も外側の基準ポイント（図に示す）間、２つの内部もしくは外部の基準ポイント間、またはその任意の組合せなどの、多様な距離の測定値Ｄを提供することができる。多様であると、多様な位置にわたって歪みの測定を行うことによって構成部品１０の特定の部分により健全な歪み解析をさらに提供することができる。

さらに、歪みセンサ４０の種々の次元の値は、例えば、構成部品１０、歪みセンサ４０の位置、測定の目標の精度、付加技術、光学的測定技術で決まり得る。例えば、いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０が、１ミリメートル未満から３００ミリメートルを超える範囲の長さおよび幅を備えることができる。さらに、歪みセンサ４０は、下にある構成部品１０の性能に有意な影響を与えることなく、付加およびその後光学的識別に適した任意の厚さを備えることができる。特に、この厚さについては、表面１１から離れる方向の正の厚さ（添加技術が利用されるときなど）、または表面１１に入る方向の負の厚さ（サブトラクティブ技術が利用されるときなど）とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０が、約０．０１ミリメートル未満から１ミリメートルを超える厚さを備えることができる。いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０が、実質的に均一な厚さを有することができる。こうした実施形態は、第１の基準ポイント４１と第２の基準ポイント４２との間のその後の歪み計算のために、より正確な測定を容易にする手助けとなり得る。

いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０が、正方向に付加された方形または矩形を備えることができ、第１の基準ポイント４１と第２の基準ポイント４２が、前記方形または矩形の２つの対向する側部を備えることができる。他の実施形態では、歪みセンサ４０が、負の空間４５（例えば、歪みセンサ材料が付加されない区域）によって分離された少なくとも２つの付加した基準ポイント４１、４２を備えることができる。負の空間４５は、例えば、構成部品１０の外部表面１１の露出部を備えることができる。別法では、または加えて、負の空間４５は、少なくとも２つの基準ポイント４１、と４２の材料とは異なるその後に付加した視覚対照的な材料を備えることができる（その逆も同様）。

図２に示すように、いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０が、一意識別子（ｕｎｉｑｕｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）４７（以後「ＵＩＤ」とする）を含むことができる。ＵＩＤ４７は、任意のタイプのバーコード、ラベル、タグ、シリアルナンバ、パターン、または特定の歪みセンサ４０の識別を容易にする他の識別システムを備えることができる。いくつかの実施形態では、加えてまたは代替的に、ＵＩＤ４７が、構成部品１０または歪みセンサ４０が構成されるアセンブリ全体についての情報を含むことができる。それによって、ＵＩＤ４７は、過去、現在および未来の動作の追跡をするための測定値の相関を示す手助けをするように、特定の歪みセンサ４０、構成部品１０、またはアセンブリ全体も、識別および追跡する際に支援することができる。

それによって、歪みセンサ４０は、種々の構成部品１０の様々な位置のうちの１つまたは複数で構成され得る。例えば、先に検討したように、歪みセンサ４０は、ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピースまたはケーシング上に構成され得る。こうした実施形態では、歪みセンサ４０は、ユニット動作中に、エーロフォイル、プラットフォーム、チップもしくは任意の他の適した位置などの上または近くで、種々の力を受けることが分かっている１つまたは複数の位置で構成され得る。さらに、歪みセンサ４０は、温度上昇を受けることが分かっている１つまたは複数の位置で構成され得る。例えば、歪みセンサ４０は、高温ガス経路または内燃機関タービン構成部品１０に構成され得る。

本明細書で検討し、図１に示すように、複数の歪みセンサ４０が、単一の構成部品１０または複数の構成部品１０上に構成され得る。例えば、複数の歪みセンサ４０は、歪みが個々の構成部品１０についてより多数の位置で決定することができるように、種々の位置で単一の構成部品１０（例えばタービンブレード）上に構成され得る。別法では、または加えて、複数の同様の構成部品１０（例えば、複数のタービンブレード）は、それぞれの具体的な構成部品１０が受ける歪みの量が他の同様の構成部品１０と比較され得るように、標準位置で構成された歪みセンサ４０をそれぞれ有することができる。さらにいくつかの実施形態では、同じアセンブリの複数の別個の構成部品１０（例えば、タービン構成部品の実施形態の同じタービン用のブレードとベーン）は、アセンブリ全体内の別個の位置で受けた歪みの量が決定され得るように、そこで構成された歪みセンサ４０をそれぞれ有することができる。

本開示は、本明細書に示す歪みセンサ４０に限定されないことが理解されるはずである。むしろ、構成部品１０上の外部表面１１上などの、構成部品１０上に構成された任意の適した表面特徴３０が、本開示の範囲および趣旨に含まれる。他の適した表面特徴３０の例には、外部表面に画定された冷却孔３５、外部表面１１に付加されたコーティング層（外部表面１１が、構成部品１０の基体構成部品の外部表面として確定される）などが含まれる。

加えて、図１と図２に座標系を示す。座標系は、Ｘ軸５０、Ｙ軸５２およびＺ軸５４を含み、そのすべては互いに直交する。加えて、ロール角６０（Ｘ軸５０周り）、ピッチ角６２（Ｙ軸５２周り）およびヨー角６４（Ｚ軸５４周り）について示す。

図３および図６を参照すると、構成部品１０のための突き止めシステム１００が示されている。システム１００は、例えば、先に検討したように、１つまたは複数の構成部品１０の外部表面１１上に構成可能な１つまたは複数の表面特徴３０を含むことができる。システム１００は、データ取得システム１０２と、プロセッサ１０４とをさらに含む。データ取得システム１０２は、通例、構成部品１０および表面特徴３０に関するデータを取得し、プロセッサ１０４は、通例、データを解析し、種々の計算および先に検討した他の機能を実行する。特に、本開示によるシステム１００により、構成部品１０に対する表面特徴３０の正確かつ効率的な検出がもたらされる。

こうした検出を行うことにより、例えば、変形の監視などのさらなる監視および解析のために、構成部品１０および表面特徴３０に対してデータ取得システム１０２を位置決めすること、および／または、表面特徴３０および構成部品１０をさらに処理するために、構成部品１０および表面特徴３０に対して他の装置を位置決めすることなど、構成部品１０上のまたは構成部品１０に対する操作の改善が容易になる。別法では、こうした検出を行うことにより、構成部品１０上のまたは構成部品１０に対する他の操作が容易になる。例えば、実行され得る他の適した操作には、マスキングおよび／または冷却孔３５などの表面特徴３０の開口、構成部品１０および／またはその表面特徴３０のブレンディング、構成部品１０および／またはその表面特徴３０の研磨、構成部品１０および／またはその表面特徴３０の溶接などが含まれ得る。

データ取得システム１０２は、構成部品１０の画像を得るために撮像デバイス１０６を含むことができる。例えば、撮像デバイス１０６は、レンズアセンブリ１１０と、画像キャプチャデバイス１１２とを含むことができる。レンズアセンブリ１１０は、通例、画像キャプチャデバイス１１２によって処理するレンズアセンブリ１１０の視野の画像を拡大することができる。いくつかの実施形態のレンズアセンブリ１１０は、例えば、適したカメラレンズ、望遠鏡レンズなどでよく、必要な倍率を提供するために、間隙の空いた１つまたは複数のレンズを含むことができる。画像キャプチャデバイス１１２は、通例、画像を生成するためにレンズアセンブリ１１０から光を受信して処理するようにレンズアセンブリ１１０と通信することができる。例示的実施形態では、例えば、画像キャプチャデバイス１１２が、一般的に理解されているように、デジタル画像などの画像を生成するためにカメラのレンズから光を受信して処理するカメラセンサとしてもよい。画像キャプチャデバイス１１２（および通例デバイス１０６）は、例えば適したワイヤードまたはワイヤレス接続を介して、画像キャプチャデバイス１１２および通例デバイス１０６からの画像を記憶し解析するために、プロセッサ１０４とさらに通信することができる。特に、例示的実施形態のプロセッサ１０４は、開示した種々のステップを実行するように、撮像デバイス１０６を実行し操作する。

加えて、データ取得システム１０２が、構成部品１０の外部表面１１上に構成された表面特徴３０を検査するための３次元データ取得デバイス１０８を含むことができる。本開示によるデバイス１０８は、通例、３つの軸に沿って構成部品１０の直接的な測定値を得るために表面計量技術を利用する。特に、非接触表面計量技術は、例示的実施形態で利用され得る。通例、３次元で直接的な測定値を得るために表面計量技術を利用する任意の適した３次元データ取得デバイス１０８が利用され得る。例示的実施形態では、デバイス１０８が、非接触表面計量技術を利用する非接触デバイスである。

図３および図６に示す一実施形態によれば、いくつかの例示的実施形態のデバイス１０８は、レーザスキャナである。通例、レーザスキャナは、通常これらの実施形態の構成部品１０中にあるオブジェクトに向けてレーザビームとして光１２２を発するレーザ１２０を含む。次いで、光１２２は、デバイス１０８のセンサ１２４によって検出される。例えば、いくつかの実施形態では、次いで、光１２２は、それが接触する表面で反射し、デバイス１０８のセンサ１２４によって受信される。光１２２がセンサ１２４に到達するまでの往復時間は、種々の軸に沿って測定値を決定するために利用される。これらのデバイスは、典型的に、飛行時間型デバイスとして知られている。他の実施形態では、センサ１２４が、光１２２が接触する表面上で光１２２を検出し、センサ１２４の視界内の光１２２の関係する位置に基づいて測定値を決定する。これらのデバイスは、典型的に、三角測量デバイスとして知られている。次いで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のデータポイントが、記述したように、検出した光に基づいて計算される。特に、例示的実施形態では、プロセッサ１０４が、開示した種々のステップを実行するように、こうしたデータ取得デバイス１０８を実行し操作する。

いくつかの実施形態では、レーザ１２０によって発された光１２２が、測定するオブジェクトの一部で反射するのに十分なだけの帯域幅となる帯域で発せられる。これらの実施形態では、ロボティックアーム（本明細書で検討する）またはレーザ１２０を移動させるのに適した機構が、光１２２が測定する全オブジェクトで反射するまで、レーザ１２０を移動させ、必要に応じた発光帯域にするために利用され得る。

他の実施形態では、デバイス１０８が、例えば、青色光または白色光を発する構造化光スキャナとすることができる。光が、構成部品１０と接触するとき、構成部品１０の表面の輪郭が、光をゆがめる。このゆがみは、カメラによって撮影された画像中で捉えられる。構成部品１０に接触した光の画像は、例えば、プロセッサ１０４によって受信される。次いで、プロセッサ１０４は、受信した画像に基づいて、例えば、光パターンのゆがみを予測パターンと比較することによって、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイントおよびＺ軸データポイントを計算する。他の代替実施形態では、他の適した表面計量デバイスが利用され得る。特に、例示的実施形態では、プロセッサ１０４が、種々の必要なステップを実行するように、こうしたデバイスを実行し操作する。

検討したように、システム１００は、プロセッサ１０４をさらに含むことができる。一般には、本明細書で使用される用語「プロセッサ」とは、コンピュータに含まれる当技術分野で呼ぶところの集積回路だけではなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路および他のプログラマブル回路も指す。プロセッサ１０４は、撮像デバイス１０６、データ取得デバイス１０８、ロボティックアーム（本明細書で検討する）など、プロセッサ１０４が通信する他の種々の構成部品から入力を受信しそれに制御信号を送信する種々の入力／出力チャネルも含むことができる。プロセッサ１０４は、通例、本明細書で検討する種々のステップを実行することができる。さらに、本開示によるプロセッサ１０４は、システム１００の他の種々の構成部品と通信するシングルマスタプロセッサ１０４とすることができ、および／または複数の個々の構成部品のプロセッサ、すなわち撮像デバイスプロセッサ、データ取得デバイスプロセッサ、ロボティックアームプロセッサなどを含むことができることが理解されるべきである。種々の個々の構成部品のプロセッサは、互いに通信することができ、さらにマスタプロセッサと通信することができ、これらの構成部品は、集合的にプロセッサ１０４と言うことができる。

さらに図３および図６に示すが、システム１００は、ロボティックアーム１３０を含むことができる。ロボティックアーム１３０は、データ取得システム１０２およびプロセッサ１０４の構成部品などの、他の構成部品システム１００を支持し移動を容易にすることができる。例えば、撮像デバイス１０６およびデータ取得デバイス１０８が、ロボティックアーム１３０に取り付けられ得る。プロセッサ１０４は、種々のモータおよび／またはその駆動構成部品など、ロボティックアーム１３０と通信することができ、必要に応じて移動するようにロボティックアーム１３０を作動させることができる。例示的実施形態では、こうして移動することで、構成部品１０に対してデータ取得システム１０２を位置決めすることができる。例示的実施形態では、ロボティックアーム１３０が、軸５０、５２、５４に沿って、また（検討した軸の周りに）角度６０、６２、６４に沿って移動する６自由度アーム１３０である。

ここで図８を参照すると、本開示は、さらに、構成部品１０に関する突き止め方法２００を対象とする。システム１００に類似して、方法２００は、先に検討したように表面特徴３０を正確かつ効率的に検出するために利用され得る。さらに、方法２００は、先に検討したように、データ取得デバイス１０２または構成部品１０に関連する他の適した装置を位置決めするために利用され得る。例示的実施形態では、プロセッサ１０４が、本明細書で検討する種々の方法ステップ２００を実行するために利用され得る。したがって、システム１００および方法２００は、本明細書で検討する操作を行うように構成され得る。

方法２００は、例えば、構成部品１０の画像２１２を解析し、表面特徴３０についてＸ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６を得ることによって、構成部品１０の外部表面１１上に構成された１つまたは複数の表面特徴３０をＸ軸５０およびＹ軸５２に沿って突き止めるステップ２１０を含むことができる。図４に、例えば、本明細書で検討した撮像デバイス１０６を介して得られ得る、構成部品１０の画像２１２の一実施形態を示す。図５に、構成部品１０上の表面特徴３０を示す画像２１２の近接画像部を表す。表面特徴３０は、任意の適した画像解析方法、また例示的実施形態では、Ｘ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６を出力する任意の適した２次元画像解析方法を使用して突き止められ得る。特に、Ｘ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６は、構成部品１０それ自体について（例えば、画像２１２の背景に対して）、また構成部品１０に対して表面特徴３０について、得られ得る。こうしたデータポイント２１４、２１６は、構成部品１０に対する２次元空間で、表面特徴３０を突き止めることができ、さらに、２次元空間で、構成部品１０それ自体のプロファイル（その外部プロファイルを含む）を提供することができる。

例示的実施形態では、突き止めステップ２１０が、画像２１２の画素解析を実行するステップを含む。この解析は、通例、色深度の差異（すなわち、色またはグレースケールの差異）に基づいて、基準のオブジェクト（例えば、表面特徴および構成部品それぞれ）を背景（例えば、構成部品および背景それぞれ）と区別する解析である。解析は、それぞれ個々の画素２１８または画像２１２を画定するグループの画素２１９に実行され得る。行われる画素解析の場合、画像１２８、２５６などの画素あたりビット数は、例えば、２つ以上のグループ（例えば、より明るい色深度を含むグループとより暗い色深度を含むグループ）に分割され得る。それぞれのグループは、基準オブジェクト部または背景部として類別される。例えば、色深度解析は、より暗いまたはより明るい色深度である画素または多画素グループを、基準オブジェクトを示すものと類別する（すなわち、構成部品に対する表面特徴、または背景に対する構成部品）ことができ、その他のより暗いまたはより明るい色深度である画素または多画素グループを、背景を示すものと類別する（すなわち、表面特徴に対する構成部品、または構成部品に対する背景）ことができる。特に、より明るいまたはより暗いグループの差異による分割は、表面特徴を構成部品と、また構成部品を背景と差別化するために利用され得る。

したがって、Ｘ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６は、構成部品１０に対する表面特徴３０について（同様に、必要ならば、構成部品１０それ自体、その外部プロファイルなどについて）得られ得る。本開示による方法は、例えば、表面特徴３０（および、通例構成部品１０）についてＺ軸データポイント２２２を得るために、表面特徴３０をＺ軸５４に沿って直接測定するステップ２２０をさらに含むことができる。特に、例示的実施形態では、ステップ２２０が、ステップ２１０とは別に行うことができる。図７に、本明細書で検討した３次元データ取得デバイス１０８などによって、直接測定した構成部品１０の３次元プロファイル２２４の一実施形態を示す。

レーザスキャナが本明細書で検討したように利用される特定の例示的実施形態では、ステップ２２０が、例えば、本明細書で検討したように、表面特徴３０（および通例構成部品１０）に向けてレーザから光を発するステップと、光が反射した後に光を検出するステップと、その検出した光に基づいてＺ軸データポイント２２２を計算するステップとを含むことができる。別法では、本明細書で検討したように、他の適した表面計量技術が利用され得る。

特に、ステップ２２０は、表面特徴３０（および一般には構成部品１０）についてＸ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６を得るために、Ｚ軸５０およびＹ軸５２に沿って、表面特徴３０を直接測定するステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、表面特徴３０は、得られる３次元プロファイル２２４中で目視可能である、そうでない場合は構成部品１０に対して検出可能な、構成部品３０と十分に差異のあるＺ軸データポイントを有することができる。ただし、他の実施形態（図示する）では、表面特徴３０はそれ自体が、Ｚ軸に沿って、構成部品１０それ自体とわずかな差異のみか、全く差異がなく、その結果、表面特徴３０は、直接測定するステップ２２０から得られるデータポイントだけに基づいても構成部品１０に対して検出可能とすることができない。そのため、方法２００は、構成部品１０および表面特徴３０の全体的な正確なプロファイルを得るために、ステップ２１０とステップ２２０から得られるデータポイントを組み合わせて、そのため、正確かつ効率的に表面特徴３０を突き止めることが容易になり得る。

例えば、構成部品１０の外部プロファイルについてのＸ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６は、ステップ２１０とステップ２２０から得られるデータセットを組み合わせるために利用され得る。言い換えると、データセットは、得られたＸ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６に基づいて、互いに「重ねられ」得る。一旦データセットが、そのように組み合わされると、ステップ２１０から、表面特徴３０ごとのＸ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６が分かることになり、また、ステップ２２０から、（すなわち、表面特徴３０が独立的に検出可能でない場合、表面特徴３０の位置で構成部品１０の）表面特徴３０ごとのＺ軸データポイント２２２が分かることになる。組み合わされたデータセットを用いて、表面特徴３０ごとの全３次元データセットが、入手可能である。

方法２００は、１つまたは複数の表面特徴３０について、１つ、２つもしくはそれより多くのロール値２３２、ピッチ値２３４、またはヨー値２３６を計算するステップ２３０をさらに含むことができる。ロール値２３２は、表面特徴３０が（既定の座標系内の既定の角度０に対して）配置される具体的なロール角６０とすることができる。ピッチ値２３４は、表面特徴３０が（既定の座標系内の既定の角度０に対して）配置される具体的なピッチ角６２とすることができる。ヨー値２３６は、表面特徴３０が（既定の座標系内の既定の角度０に対して）配置される具体的なヨー角６４とすることができる。例示的実施形態では、ロール値２３２、ピッチ値２３４、および／またはヨー値が、表面特徴３０についての平均値とすることができる。

値２３２、２３４は、例えば、Ｚ軸データポイント２２２、およびＸ軸データポイント２１４とＹ軸データポイント２１６のうちの１つまたは両方で計算され得る。例えば、ロール値２３２は、表面特徴３０について、Ｙ軸データポイント２１６とＺ軸データポイント２２２に基づいて計算され得る（さらにＸ軸データポイント２１４を利用することができる）。ピッチ値２３４は、表面特徴３０について、Ｘ軸データポイント２１４とＺ軸データポイント２２２に基づいて計算され得る（さらにＹ軸データポイント２１６を利用することができる）。ヨー値は、表面特徴３０について、Ｙ軸データポイント２１６とＸ軸データポイント２１４に基づいて計算され得る（さらにＺ軸データポイント２２２を利用することができる）。特に、データポイント２１４、２１６、２２２の平均値は、平均のロール値、ピッチ値およびヨー値を得るために利用され得る。

いくつかの実施形態では、方法２００が、例えば、表面特徴３０に対してデータ取得システム１０２を位置決めするステップ２４０をさらに含むことができる。こうしたステップ２４０は、必要に応じて表面特徴３０の監視および解析をさらに容易にすることができる。例えば、表面特徴３０が歪みセンサ４０である実施形態では、こうしたステップ２４０が、変形解析を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、例えば、アーム１３０が、表面特徴３０に対して適した位置に移動することができる。こうした位置決めは、例えば、Ｘ軸データポイント２１４、Ｙ軸データポイント２１６、また任意選択でＺ軸データポイント２２２に基づくことができる。例えば、システム１００を、表面特徴３０についてのＸ軸データポイント２１４およびＹ軸データポイント２１６の中心点に対して適した位置に移動させることができ、また任意選択でＺ軸データポイント２２２に基づいて、表面特徴３０から適した位置空間に移動させることができる。こうした位置決めは、さらに、ロール値２３２とピッチ値２３４のうちの１つまたは両方、また任意選択でヨー値に基づくことができる。例えば、システム１００を、システム１００の特徴が（これらの値に基づいて）表面特徴３０の平均位置に垂直となるように、これらの値に対して適した位置に移動させることができる。

いくつかの実施形態では、方法２００が、先に検討したように、例えば、表面特徴３０のマスキングおよび／または開口、ブレンディング、研磨、溶接するステップなどをさらに含むことができる。

この記述の説明は、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含め、本発明を開示するために、またいずれの当業者も本発明を実践することができるようにするためにも、最良の形態を含む例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の文字通りの文言と違いのない構造的要素を含む場合、または、特許請求の範囲の文字通りの文言と実質的に違いのない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内とするものである。

１０ タービン構成部品
１１ 外部表面
３０ 表面特徴
３５ 冷却孔
４０ 歪みセンサ
４１ 基準ポイント
４２ 基準ポイント
４５ 負の空間
４７ 一意識別子
Ｄ 距離
５０ Ｘ軸
５２ Ｙ軸
５４ Ｚ軸
６０ ロール角
６２ ピッチ角
６４ ヨー角
１００ システム
１０２ データ取得システム
１０４ プロセッサ
１０６ 撮像デバイス
１０８ データ取得デバイス
１１０ レンズアセンブリ
１１２ 画像キャプチャデバイス
１２０ レーザ
１２２ 光
１２４ センサ
１３０ ロボティックアーム
２００ 方法
２１０ 方法ステップ
２１２ 画像
２１４ Ｘ軸データポイント
２１６ Ｙ軸データポイント
２１８ 画素
２１９ 多画素グループ
２２０ 方法ステップ
２２２ Ｚ軸データポイント
２２４ ３次元プロファイル
２３０ 方法ステップ
２３２ ロール値
２３４ ピッチ値
２３６ ヨー値
２４０ 方法ステップ

Claims (15)

1. 構成部品（１０）のための突き止め方法（２００）であって、前記構成部品（１０）が、外部表面（１１）を有し、
   前記構成部品（１０）の画像（２１２）を解析し、表面特徴（３０）についてＸ軸データポイント（２１４）およびＹ軸データポイント（２１６）を得ることによって、前記外部表面（１１）上に構成された前記表面特徴（３０）をＸ軸（５０）およびＹ軸（５２）に沿って突き止めるステップと、
   前記表面特徴（３０）についてＺ軸データポイント（２２２）を得るために、Ｚ軸（５４）に沿って前記表面特徴（３０）を直接測定するステップであって、前記Ｘ軸（５０）、前記Ｙ軸（５２）および前記Ｚ軸（５４）が互いに直交する、ステップと、
   前記表面特徴（３０）についてピッチ値（２３４）、ロール値（２３２）またはヨー値（２３６）のうち少なくとも２つを計算するステップとを含む、方法。
2. 前記ピッチ値（２３４）、前記ロール値（２３２）または前記ヨー値（２３６）のうち前記少なくとも２つが、前記Ｚ軸データポイント（２２２）と、前記Ｘ軸データポイント（２１４）または前記Ｙ軸データポイント（２１６）のうちの少なくとも１つに基づいて計算される、請求項１記載の方法（２００）。
3. 前記計算するステップが、前記表面特徴（３０）について前記ピッチ値（２３４）および前記ロール値（２３２）を計算するステップを含む、請求項１乃至２のいずれか１項記載の方法（２００）
4. 前記ピッチ値（２３４）が、前記Ｘ軸データポイント（２１４）および前記Ｚ軸データポイント（２１６）に基づいて計算され、前記ロール値（２３２）が、前記Ｙ軸データポイント（２１６）および前記Ｚ軸データポイント（２２２）に基づいて計算される、請求項３記載の方法（２００）。
5. 前記表面特徴（３０）が、非接触直接測定技術を使用して直接測定される、請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法（２００）。
6. 前記直接測定するステップが、
   前記表面特徴（３０）に向けて光（１２４）を発するステップと、
   前記光（１２４）が反射した後、前記光（１２４）を検出するステップと、
   前記検出した光（１２４）に基づいて、前記Ｚ軸データポイント（２２２）を計算するステップとを含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法（２００）。
7. 前記画像（２１２）を解析するステップが、前記画像（２１２）の画素（２１９）解析を実行するステップを含む、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法（２００）。
8. 前記表面特徴（３０）が歪みセンサ（４０）である、請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法（２００）。
9. 前記表面特徴（３０）が、冷却孔（３５）である、請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法（２００）。
10. 構成部品（１０）のための突き止めシステム（１００）であって、前記構成部品（１０）が、外部表面（１１）を有し、
    前記構成部品（１０）の画像（２１２）を得るための撮像デバイス（１０６）、および
    前記構成部品（１０）の前記外部表面（１１）上に構成された表面特徴（３０）を検査するための３次元データ取得デバイス（１０８）
    を備えるデータ取得システム（１０２）と、
    前記データ取得システム（１０２）と動作可能に通信するプロセッサ（１０４）であって、前記画像（２１２）を解析し、前記表面特徴（３０）についてＸ軸データポイント（２１４）およびＹ軸データポイント（２１６）を得ることによって、前記表面特徴（３０）をＸ軸（５０）およびＹ軸（５２）に沿って突き止め、前記３次元データ取得デバイス（１０８）からの信号（）に基づいて、前記表面特徴（３０）についてＺ軸（５４）に沿ってＺ軸データポイント（２２２）を得て、ここで前記Ｘ軸（５０）、前記Ｙ軸（５２）および前記Ｚ軸（５４）は互いに直交しており、前記表面特徴（３０）についてピッチ値（２３４）、ロール値（２３２）またはヨー値（２３６）のうち少なくとも２つを計算するように構成されたプロセッサ（１０４）とを備える、システム（１００）。
11. 前記ピッチ値（２３４）、前記ロール値（２３２）または前記ヨー値（２３６）のうち前記少なくとも２つが、前記Ｚ軸データポイント（２２２）と、前記Ｘ軸データポイント（２１４）または前記Ｙ軸データポイント（２１６）のうちの少なくとも１つに基づいて計算される、請求項１０記載のシステム（１００）。
12. 前記計算するステップが、前記表面特徴（３０）について前記ピッチ値（２３４）および前記ロール値（２３２）を計算するステップを含む、請求項１０乃至１１のいずれか１項記載のシステム（１００）。
13. 前記ピッチ値（２３４）が、前記Ｘ軸データポイント（２１４）および前記Ｚ軸データポイント（２２２）に基づいて計算され、前記ロール値（２３２）が、前記Ｙ軸データポイント（２１６）および前記Ｚ軸データポイント（２２２）に基づいて計算される、請求項１０乃至１２のいずれか１項記載のシステム（１００）。
14. 前記３次元データ取得デバイス（１０８）が、非接触３次元データ取得デバイス（１０８）である、請求項１０乃至１３のいずれか１項記載のシステム（１００）。
15. 前記画像（２１２）を解析するステップが、前記画像（２１２）の画素（２１８）解析を実行するステップを含む、請求項１０乃至１４のいずれか１項記載のシステム（１００）。