JP4515036B2 - 側方照明により三次元の縁部の位置を求める方法 - Google Patents

Description

【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。
【特許文献１】
米国特許第６０３４７６６号
【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

Claims (10)

1. 画像形成手段（１６）を備える構造化光システムを使用して、所定の狭さを有する面からなる縁部（Ｅ１又はＥ２）を持つ部品（Ｐ）の合否判定試験を行なうための方法であって、
   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、該縁部から鏡面反射された光が前記画像形成手段（１６）で観察できる位置に前記光源に対して該部品を回転させる段階と、
   前記画像形成手段（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、
   座標系における前記部品の縁部の位置を基準として前記部品の縁部の他の表面形状を前記座標に関連付け、該表面形状を所定のデータと比較して合否を判定する段階と
   を含むことを特徴とする方法。
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. 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１又は２に記載の方法。
4. 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たときに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乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記所定のデータはＣＡＤデータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 所定の狭さを有する面からなる縁部（Ｅ１又はＥ２）を持つ部品（Ｐ）の合否判定試験を行なう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、該縁部から鏡面反射された光が前記画像形成手段（１６）で観察できるように前記光源に対して該部品を回転させる支持体（１４）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、該縁部の位置を基準として前記部品の縁部の他の表面形状を前記座標に関連付け、該表面形状を所定のデータと比較して合否を判定する、
   ことを特徴とする装置。
7. 前記光源（１２）が白色光源であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 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６又は７に記載の装置。
9. 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６乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記所定のデータはＣＡＤデータであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の装置。

Images