JP4977435B2 - マスク生成方法および装置 - Google Patents

Description

本出願は、一般には、物体の検査に関し、より具体的には、物体の検査に使用するためのマスクを生成するための方法および装置に関する。

物体は、たとえば物体のすべてまたは一部のサイズおよび／または形状を決定し、かつ／または物体の欠陥を検出するために時々検査される。たとえば、タービンやコンプレッサブレードなどの一部のガスタービンエンジン部品は、エンジンに誘発された振動、機械および／または熱応力によって引き起こされ得る疲労割れを検出するために検査される。さらに、またたとえば、一部のガスタービンエンジンブレードは、プラットフォームの向き、輪郭断面、スタッキング軸に沿った湾曲およびねじれ、厚さ、ならびに／または所与の断面での翼弦長などの変形について検査される。１つまたは複数の欠陥がある物体を継続して動作させると、時間とともに物体の性能が低下し、かつ／またはたとえば亀裂が物体全体に広がるような物体の破損につながり得る。したがって、物体の欠陥をできるだけ早く検出することは、物体の性能の向上および／または物体の破損の低減を促進し（ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ）得る。

物体の検査を容易にするために、少なくとも一部の物体は、構造化された光パターンを物体の表面上に投影する光測定システムを使用して検査される。光測定システムは、物体の表面から反射される構造化された光パターンを受信し、次いで反射光パターンの変形を解析して、物体の表面特徴を計算する。より具体的には、動作中、検査される物体は時々、テストフィクスチャに結合され、光測定システムに隣接して置かれる。次いで、光源は、放射光が物体を照らすように駆動される。しかし、動作中、光源はテストフィクスチャの少なくとも一部および／または検査される領域外の物体の一部にも光を当てることがあり、それによって物体とテストフィクスチャの間、および／または検査される物体の領域と検査される領域外の物体の一部との間に相互反射が生じ得る。たとえば、相互干渉は、テストフィクスチャが物体に反射を放つ形状または仕上げをもつ場合、あるいは物体がテストフィクスチャの像を反射する比較的に鏡面のような仕上げをもつ場合に引き起こされ得る。こうした相互反射は画像品質の低下および測定結果の不良をもたらすことがあり、物体の表面特徴の不正確な解釈に多分つながる。

したがって、知られている少なくとも１つの画像システムは、たとえばダクトテープを使用して形成されるマスクを含む。より具体的には、ダクトテープは、相互反射の低減を促進するために光源に取り付けられる。しかし、ダクトテープマスクは一般に、フィクスチャを物体から事実上遮蔽しない幾何学的パターンで光源に取り付けられる、したがって、テストフィクスチャと物体の間、および／または検査される物体の領域と検査される領域外の物体の一部との間に相互反射が依然として引き起こされ得る。
米国特許第６，６７８，０５７ Ｂ２号公報

ある態様では、物体の表面に光を投影するための光源と、物体の表面から反射される光を受信するための画像システムとを含む光測定システムで使用するためのマスクを生成するための方法が提供される。この方法は、検査される物体のプロファイルを決定すること、および決定されたプロファイルに基づいてマスクを生成することを含み、マスクが該マスクを貫通する開口部を含み、この開口部は光源から見た物体のプロファイルに事実上一致するプロファイルを有する。

別の態様では、物体を検査するための方法が提供される。この方法は、光源から見た物体のプロファイルに事実上一致するプロファイルを有する開口部であってマスクを貫通する開口部を含むマスクを生成すること、光源と検査される物体の間にマスクを置くこと、および光がマスクを通って放出されて、検査される物体の一部を照らすように光源を操作することを含む。

さらなる態様では、物体を検査するための構造化光測定システムが提供される。構造化光測定システムは、物体の表面に構造化された光を投影する構造化された光源と、物体の表面から反射された構造化光を受信するための画像システムと、構造化された光源と物体の間に置かれたマスクとを含み、マスクが、光源から見た物体のプロファイルに事実上一致するプロファイルを有する開口部であって該マスクを貫通する開口部を備える。

図１は、物体１２の複数の表面特徴を測定するように構成された構造化光測定システム１０の例示的な一実施形態のブロック図である。たとえば、システム１０は物体の表面を検査し決定するように構成されることができ、表面が、物体１２の型見本（ｍｏｄｅｌ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ）と比較した傾き、曲がり、ねじれおよび／または反りなどの特徴を含み得る。図２は、図１に示すシステム１０の一部の透視図である。

例示的な実施形態では、物体１２は、それだけに限らないが、コンプレッサや、ガスタービンエンジンで使用されるタービンブレードなどのロータブレードである。したがって、またこの例示的な実施形態では、物体１２は、プラットフォーム１６から伸びるエーロフォイル１４を含む。以下の説明はガスタービンエンジンブレードの検査を対象とするものであるが、システム１０は、任意の物体の構造化光画像化を向上させるのに使用され得ることが当業者には理解されよう。

システム１０は、それだけに限らないが、レーザ、白色光ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス、反射型液晶（ＬＣＯＳ）デバイスおよび／またはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）など、構造化された光源２２をも含む。システム１０は、それぞれが物体１２から反射された構造化光を受信するように構造された１つまたは複数の画像センサ２４をも含む。例示的な実施形態では、画像センサ２４は物体１２から反射された構造化光を受信するように構成されたカメラであるが、他の画像センサ２４も使用され得る。１つまたは複数のコンピュータ２６が、センサ２４から受信される画像を処理するために画像センサ２４に動作可能に接続され、モニタ２８がオペレータに情報を表示するために使用され得る。ある実施形態では、コンピュータ２６は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどのコンピュータ読取り可能媒体３２、またはネットワークやインターネットなどの別のデジタルソースから命令および／またはデータを読み出すための装置３０、たとえばフロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、磁気光ディスク（ＭＯＤ：ｍａｇｎｅｔｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）ドライブ、またはイーサネット（登録商標）装置などのネットワーク接続装置を含めて他の任意のデジタル装置、ならびにこれから開発されるデジタル手段を含む。別の実施形態では、コンピュータ２６は、ファームウェア（図示せず）内に格納された命令を実行する。コンピュータ２６は本明細書で述べる機能を実施するようにプログラムされるが、本明細書では用語コンピュータは、当技術分野においてコンピュータと称される集積回路だけに限定されないが、おおまかにはコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定用途向け集積回路および他のプログラム回路を指し、これらの用語は本明細書では同義に用いられている。

動作中、検査される物体、すなわち物体１２は、テストフィクスチャ（図示せず）に結合され、システム１０に隣接して置かれる。次いで、光源２２は、放射光が物体１２を照らすように駆動される。しかし、光源２２はテストフィクスチャの少なくとも一部および／または検査される領域外の物体１２の一部をも照らすことがあり、それによって物体１２とテストフィクスチャの間、および／または検査される物体１２の領域と検査される領域外の物体１２の一部との間に相互反射が生じ得る。たとえば、相互反射は、テストフィクスチャが物体１２に反射を放つ形状または仕上げをもつ場合、あるいは物体１２がテストフィクスチャの像を反射する比較的に鏡面のような仕上げをもつ場合に引き起こされ得る。こうした相互反射は、画像品質の低下および測定結果の不良をもたらすことがあり、物体１２の表面特徴の不正確な解釈に多分つながる。

したがって、また例示的な実施形態では、システム１０は、光源２２に結合されたマスクホルダ５０と、光源２２と物体１２の間に置かれるようにマスクホルダ５０に結合されたマスク５２とをも含む。例示的な実施形態では、マスク５２は、光源２２が検査される物体１２の一部以外の位置の表面を照明しないようにすることを容易にし、それによって、それだけに限らないがテストフィクスチャ、床、天井、壁および／または地面などの周囲の構造物と、検査される物体１２の領域との間の相互反射の減少を促進し、かつ／または検査される物体１２の領域と検査される領域外の物体１２の一部との間の相互反射の減少を促進する。より具体的には、マスク５２は、検査される物体１２の領域の形状に事実上一致する物体１２上の照明パターン、すなわち光源２２の位置から見た検査対象物体１２のプロファイルを作成することを容易にする。

図３は、図２に示すマスク５２などのマスクを生成する例示的な方法１００を示すフローチャートである。例示的な実施形態では、方法１００は、検査される物体のプロファイルを決定すること１０２、および決定されたプロファイルに基づいてマスクを生成すること１０４を含み、マスクがそれを通り抜けて広がる開口部を含み、この開口部は光源から見た物体のプロファイルに事実上一致するプロファイルを有する。

したがって、コンピュータに複数のパラメータを入力すること１０２は、物体１２の幾何学的形状を含むファイルを入力することを含む。本明細書では、物体１２の幾何学的形状は、光源２２から見た物体１２の３次元プロファイルと定義される。たとえば、物体１２を製作するため、物体１２のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）描画が、オペレータによる精密な描画を支援するソフトウェアを使用して生成される。次いで、物体１２の３次元ＣＡＤ描画は、コンピュータ２６に入力される。

より具体的には、物体１２の幾何学的形状を含むファイル１１０が、たとえば装置３０を使用してコンピュータ２６に入力される。方法１００は、光源２２と物体１２の間で定義される第１の距離１２０を決定すること、および光源２２とマスクホルダ５０の間で定義される第２の距離１２２を決定することをも含む。例示的な実施形態では、距離１２０および１２２は、オペレータによって手作業で決定され、コンピュータ２６に入力される。代替の実施形態では、システム１０は、距離１２０および１２２を自動的に決定し、コンピュータ２６に自動的に入力するのに使用される少なくとも２つのセンサ（図示せず）を含む。方法１００についてコンピュータ２６に複数の変数および描画を入力することに関して述べているが、任意のコンピュータが、マスク５２生成のための描画および変数を受信するために使用され得ることを認識されたい。

例示的な一実施形態では、コンピュータ２６は、マスクプロファイル生成のためにファイル１１０および距離１２０、１２２を使用するように構成されたプログラムをも含む。本明細書ではマスクプロファイルは、それだけに限らないが、マスク５２を製作するため外部システムによって使用され得る物体１２の適切なサイズおよび形状などの複数の情報と定義される。より具体的には、マスクプロファイルは、光源２２の視点から見た物体１２のプロファイルに実質上一致する。

マスクプロファイル生成のためにコンピュータ２６によって使用される複数のパラメータを生成するために、画像センサ２４は物体１２に対して第１の角度１５０または遠近で置かれ、光源２２は物体１２に対して第２の角度１５２または第２の遠近で置かれる。次いで、光源２２と物体１２の間の第１の測定値１２０が決定され、マスクホルダ５０と物体１２の間の第２の測定値１２２が決定される。次いで、たとえば、第１および第２の測定値１２０、１２２、ならびに物体幾何学的プロファイルのファイル１１０がコンピュータ２６に入力される。次いで、コンピュータ２６は、幾何学的変換を実施するために、第１および第２の測定値１２０、１２２、ならびに物体幾何学的プロファイルのファイル１１０を使用する。

たとえば、例示的な実施形態では、光源２２は第２の角度１５２から物体１２を照らし、センサ２４は、第１の角度１５０で物体１２から反射された照明光を受信する。したがって、物体１２だけが実質上照明されるようにフィクスチャ３０の少なくとも一部の部分をマスキングすることを容易にするために、マスク５２が光源２２と物体１２の間に置かれる。したがって、物体１２に関する情報、すなわちファイル１１０、および光源２２との関係における物体１２の位置に関する情報、すなわち距離１２０、１２２は、マスクプロファイルの生成を容易にするためコンピュータ２６によって幾何学的に変換される。次いで、マスクプロファイルは、オペレータがマスク５２を製作できるようにする複数の情報を含むマスク生成ファイル１６０内に格納される。

たとえば、例示的な実施形態では、マスク生成ファイル１６０は、光源２２の視点から見たマスクホルダ５０への物体１２の投影に事実上一致するマスク５２の適切なサイズおよび形状などの情報を含む。例示的な実施形態では、マスク生成ファイル１６０は、マスク生成ファイル１６０を使用してマスク５２を製作するように構成されたマシン（図示せず）に送信される。たとえば、ある実施形態では、マスク生成ファイル１６０は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ）マシンに送信される。次いで、ＣＮＣマシンは、マスク５２の製作を容易にするためにマスク生成ファイル１６０を使用する。たとえば、ＣＮＣマシンは、テンプレート１７０を通り抜けて広がる開口部１７２を形成するために、マスク生成ファイル１６０に基づいてテンプレート１７０の一部を切断しまたは削除する。例示的な実施形態では、開口部１７２は、光源２２から見た物体１２のプロファイルに事実上一致するプロファイルを有する。代替の実施形態では、マスク生成ファイル１６０が、テンプレート１７０を印刷するために使用される。次いで、テンプレート１７０の一部が、開口部１７２の形成のために手作業で削除される。

次いで、マスク５２は、光源２２が物体１２の不所望の部分および／またはフィクスチャ３０を照明することを実質上防ぐようにマスクホルダ５０内に置かれる。より具体的には、マスク５２は、マスクホルダ５０内に置かれるときに、光源２２が検査される物体１２の部分以外の位置の表面を照明することを実質上防ぎ、したがって、それだけに限らないがテストフィクスチャ、床、天井、壁および／または地面などの周囲の構造物と、検査される物体１２の領域との間の相互反射を減少させ、かつ／または検査される物体１２の領域と検査される領域外の物体１２の一部との間の相互反射を減少させる。

本明細書では、光測定システムで使用されるマスク作成を容易にするための例示的な方法および装置について述べている。より具体的には、本明細書で述べる方法は、反射構造物の検査／走査の中の不所望の反射を阻止することを容易にするためのマスクを製作するために使用され得る。使用時、検査される物体の幾何学的形状、光源と物体の間のスタンドオフ距離、および光源とマスクホルダの間の距離の入力がコンピュータに入力される。次いで、コンピュータは、適切なサイズおよび位置のマスク形状を導出するためにコンピュータ上にインストールされたアルゴリズムまたはプログラムを使用し、次いで、このマスク形状がマスク製作のために使用される。マスクは、マスクホルダ内に置かれるときに、光源が検査される物体の領域以外の位置の物体の表面を照明することを防ぐことを容易にし、したがって周囲の構造物と検査対象の物体の領域の間の相互反射を減少させ、かつ／または検査対象の物体の領域と検査される領域外の物体の一部との間の相互反射を減少させる。

本明細書で述べるマスクは、検査される物体の領域と周囲の構造物の間の相互反射を実質上除去し、かつ／または検査される物体の領域と検査される領域外の物体の一部との間の相互反射を実質上除去することによって、画像品質の向上を促進する。より具体的には、検査される物体のプロファイルに事実上一致するプロファイルを有するマスクを生成することによって、物体の検査に必要な時間の減少を促進し、また不所望な光が物体に到達し、よってセンサによって観察されることを事実上無くす。したがって、センサは減少した量のより高い品質のデータを受信し、よって画像処理時間が減少する。さらに、複数の異なる物体が、それぞれの物体の３次元プロファイルをコンピュータに入力し、次いで検査される各物体に特有のマスクを生成することによって検査され得る。本明細書で述べるシステムおよび方法の技術的な効果は、検査される物体の領域と周囲の構造物の間の相互反射を事実上除去し、かつ／または検査される物体の領域と検査される領域外の物体の一部と間の相互反射を事実上除去することによって画像品質の向上を促進することを含む。

本明細書で述べかつ／または示すシステムおよび方法については、ガスタービンエンジン部品に関して、より具体的にはガスタービンエンジン用のエンジンブレードに関して述べかつ／または示しているが、本発明で述べかつ／または示すシステムおよび方法の実施は、ガスタービンエンジンブレードにも、一般にはガスタービンエンジン部品にも限定されるものではない。そうではなく、本明細書で述べかつ／または示すシステムおよび方法は、任意の物体に適用することができる。

システムおよび方法の例示的な実施形態について、本明細書で詳細に述べかつ／または示す。この諸システムおよび方法は、本明細書で述べる特定の実施形態に限定されるものではなく、各システムの構成要素、および各方法の工程は、他の構成要素、および本明細書で述べる工程とは独立にまた別個に使用され得る。それぞれの構成要素およびそれぞれの方法工程は、他の構成要素および／または方法工程と組み合わせて使用されることもできる。

本明細書で述べかつ／または示すアセンブリおよび方法の要素／構成要素／その他について述べるときに、無冠詞であること又は「前記」、「該」、「その」などの冠詞は、１つまたは複数の要素／コンポーネントなどがあることを示すことを意図している。「備える」、「含む」および「有する」という用語は、包含的なものであり、リストされた要素／構成要素／その他以外の追加の要素／構成要素／その他があり得ることを意味している。

本発明について具体的な様々な実施形態について述べたが、本発明は、特許請求の範囲の精神および範囲内の修正を伴って実施され得ることが当業者には認識されよう。

構造化光測定システムの例示的な一実施形態のブロック図である。 図１に示すシステムの一部の透視図である。 図１および２に示すシステムで使用され得るマスクを製作する例示的な方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 光測定システム
１２ 物体
１４ エーロフォイル
１６ プラットフォーム
２２ 光源
２４ 画像センサ
２６ コンピュータ
２８ モニタ
３０ フィクスチャ
３２ コンピュータ読取り可能媒体
５０ マスクホルダ
５２ マスク
１００ 方法
１０２ 決定
１０２ 入力
１０４ 生成
１１０ ファイル
１２０ 第１の距離
１２２ 第２の距離
１５０ 第１の角度
１５２ 第２の角度
１６０ マスク生成ファイル
１７０ テンプレート
１７２ 開口部

Claims (10)

1. 所定の幾何学的プロファイルを有する物体（１２）の表面に光を投影するための光源（２２）と、前記物体の前記表面から反射された光を受信するための画像システムとを含む光測定システム（１０）で使用するためのマスク（５２）であって、前記光源（２２）と前記物体（１２）の間に置かれるマスク（５２）を生成するための方法（１００）であって、
   検査される前記物体の前記幾何学的プロファイルを決定すること（１０２）と、
   前記決定されたプロファイルに基づいて、前記光源から見た前記物体のプロファイルに実質的に一致するプロファイルを有しマスクを貫通する開口部（１７２）を備えるマスクを生成すること（１０４）と、
   を含む方法。
2. マスクテンプレートを提供することと、
   前記決定されたプロファイルを使用して、前記マスクテンプレートを通り抜ける前記開口部（１７２）を形成することと、
   をさらに含む請求項１記載の方法（１００）。
3. 前記検査される物体（１２）のプロファイルを決定することが、
   前記物体の幾何学的プロファイルをコンピュータ（２６）に入力することと、
   前記検査される物体の前記プロファイルを決定するために前記幾何学的プロファイルの幾何学的変換を実施することと
   をさらに含む請求項１記載の方法（１００）。
4. 所定の幾何学的プロファイルを有する物体（１２）を検査するための構造化光測定システム（１０）であって、
   前記物体の表面に構造化光を投影する構造化光源（２２）と、
   前記物体の前記表面から反射された構造化光を受信するための画像システムと、
   前記構造化光源と前記物体の間に置かれたマスク（５２）であって、前記光源から見た前記物体の前記幾何学的プロファイルに実質的に一致するプロファイルを有する、該マスク（５２）を貫通する開口部（１７２）を備えるマスク（５２）と
   を備えるシステム。
5. 前記物体（１２）がガスタービンエンジンブレードを備える請求項４記載の構造化光測定システム（１０）。
6. 前記構造化光源（２２）が、白色光ランプ、レーザ、ＬＥＤ、ＬＣＤデバイス、ＬＣＯＳデバイス、およびレーザのうちの少なくとも１つを備える請求項４記載の構造化光測定システム（１０）。
7. 前記構造化光源（２２）と前記物体（１２）の間に置かれたマスクホルダ（５０）をさらに備え、前記マスクホルダが前記マスクを受けるように構成される請求項４記載の構造化光測定システム（１０）。
8. 前記物体（１２）の３次元幾何学的プロファイルを表すデータを受信し、
   前記光源（２２）から見た前記検査される物体の前記プロファイルを決定するために前記幾何学的プロファイルの幾何学的変換を実施するように構成されたコンピュータ（２６）をさらに備える請求項５記載の構造化光測定システム（１０）。
9. 前記光源（２２）と前記物体（１２）との距離を決定するセンサを備え、
   前記コンピュータ（２６）がさらに、
   前記物体と前記光源（２２）の間の距離を表す入力を前記センサから受信し、
   前記光源と前記マスクホルダ（５０）の間の距離を表す入力を受信し、
   前記物体の幾何学的変換を実施するために前記決定された距離を使用するように構成される請求項８記載の構造化光測定システム（１０）。
10. 前記物体（１２）を保持するように構成されたフィクスチャをさらに備え、前記光源（２２）がさらに、前記フィクスチャが実質上照明されないように前記マスク（５２）を通して光を送るように構成される請求項４記載の構造化光測定システム（１０）。
    
    

Images