JPH0648174B2 - タービン翼の微細孔の光学検査 - Google Patents

タービン翼の微細孔の光学検査

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JPH0648174B2
JPH0648174B2 JP1238344A JP23834489A JPH0648174B2 JP H0648174 B2 JPH0648174 B2 JP H0648174B2 JP 1238344 A JP1238344 A JP 1238344A JP 23834489 A JP23834489 A JP 23834489A JP H0648174 B2 JPH0648174 B2 JP H0648174B2
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    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/12—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters internal diameters

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼室内壁、アフターバーナー気流路の多孔
性ライナ及び航空機タービンの中空翼等々の航空機部品
等で実行される微組せん孔の光学検査装置並びに方法に
係る。
これらの３種類の部品では、極小径でせん孔された孔の
「透過性」を検査即ち測定することができることが重要
である。この透過性は気孔の明けられた内壁を横切って
通気乃至冷却気流を通過させる孔の容量であり、最少透
過率を守ることは部品の寿命にとって有効時間のほとん
どである。
こうして、翼根部に設けられた空胴を横切って加圧空気
が供給される超音速ターボジェットエンジンのタービン
の初段冷却翼の１具体例では、前縁に沿って53個の孔が
列に並び、後縁に沿って80個と19個の孔が２列に並んで
おり、これらの孔のすべてが 300から 500ミクロンの平
均直径をもっている。
これらの孔のせん孔特性を検査する現在の方法は、２つ
の手動作業を実行するというものである。
−各孔内に寸法ゲージを通して孔がゲージに等しい最少
寸法をもつこと及び翼の空胴内にゲージが突き出すこと
を確かめる。
−次に、予定の孔数が実現されたことを確認するため孔
数を数える。
この方法は長くてうんざりする他に、孔の計数で寸法ゲ
ージによるせん孔検査と同様に、作業者の注意が薄れた
ときに孔が忘れられとしまうことがあるという誤差の危
険が大きい。
他方ではこれらの作業は、孔が正しい場所に開けられた
かどうか、あるいは孔質（真円度不良、等々……）が正
確か否かをたしかめることを可能にしはしない。
また、上記の欠点がすべてを防ぎ、さらに孔質、孔数及
び正確な位置決定の迅速な検査を人間の介入をできるだ
け限定して確実に実行することを可能にするタービンエ
ンジンの中空翼のせん孔の光学検査方法を完成すること
が、本発明の目的である。
本発明の付帯的目的は、単一個の部品の検査であれ、数
個の部品の同時検査であれ、その方法を実行する装置を
実現することである。
それ故、本発明はタービンエンジンの中空翼のせん孔の
検査、特に翼の羽板部の前縁又は後縁近傍に設けられた
気流孔の光学的検査方法を目的とする。
本発明によれば、 −翼根部に設けられた気流路を横切って翼の内部空胴を
光源を用いて照明する。
−部品の全長をビデオカメラを用いて走査し、被検部品
のオリフィスを通して反射した光の輝度を記録する。
−このようにして収集した一連の情報を電気的信号に変
換する。
−前記信号を係数及びメモリユニットに記憶する。
−前記信号を処理し、これらを標準部品からの一連の所
定基準信号と比較する。
測定信号の処理は１具体例によればビデオスクリーン上
で基準部品との比較を行うか又は行わずに部品の視覚分
析を含む。
信号処理はさらにカメラにキャッチされた画像の各点の
輝度を分析する工程も含む。
本発明制御装置は以下を含む。
−小径の発光源、 −少なくとも１個の、発光光線の収束手段、 −被検査部品を、翼根部に設けられた人気通路を介して
放射光が部品に射し込むように保持する、少なくとも１
個の保持手段、 −検査スクリーンと画像処理モジュールとに結合した少
なくとも１個のビデオカメラ、 −画像記録ユニット及び各画像に対応する数値化された
信号の処理ユニットを含む少なくとも１個の画像処理ユ
ニット、 装置がたとえば出力Ｐワットのレーザ光線発振機のよう
な単一個のコヒーレント光源を用いてｎ個の部品を同時
に検査しなければならない場合には、装置は前記レーザ
光源と部品保持手段との間に、放射レーザ光を出力Ｐ／
ｎワットのｎ本のビームに分割する光学装置を含むこと
ができ、前記各ビームは収束手段を介して部品を照明
し、さらに少なくともｎ個のビデオカメラから生じる信
号を同時に記録し処理することができる画像処理装置と
結合したビデオカメラを少くともｎ個含むことができ
る。
つぎに、本発明検査方法及びその実行装置のその他の特
徴について、添付図面を参照して説明する。
第１図には、翼根部2 及び中空羽根部3 を含む、空気冷
却されるＸ型中空翼1 の断面図を示した、図示の例で
は、翼はその前縁近傍に上流側気流路4 含み、その冷却
気供給は翼根部2 を通して実行され、他方では翼上面の
前縁近傍に設けられた53個の微剤せん孔5 によって排出
される。
翼はまた、翼根部2 の２本の気流路7 を介して給気さ
れ、内側に小孔又は渦流ブリッジ8 を含む下流側空胴6
を含む。空気は直径およそ 500ミクロンの２列の微細孔
9 を介して後縁のほうへ排出され、各列はそれぞれ80個
と19個の孔を含む。
本発明の原理はこのような中空翼を内部から照明し、さ
らにその数と特性が測定されるべきオリフィス3 又は 9
によって翼の内壁を通る光線を観察し分析するというも
のである。
この原理の実行を可能にするためには、コヒーレント光
源、ここで波長 514.4ナノメートルの光束を生じる連続
放射形の、出力１ワットのイオン化アルゴン形レーザ管
10だが、を用いて翼を照明する。
微細孔の出口で得られる光エネルギＥｓはＥｓ＝ρｘに
等しい。但しｘは空胴な内部における光線の反射数を表
す。
このエネルギはビデオカメラ13によって、キャッチされ
るから、Ｅｓはこの種のカメラによって示されるエネル
ギレベル、即ちＣＣＴＶ型低輝度レベルカメラについて
数ミリワットのレベルと両立し得るものでなければなら
ない。
カメラ13によって得られた画像はビデオモニタ14に送ら
れ、オペレーターの解釈に付されることができる。
光束11は集光レンズ12を用いて収束され、その光学軸
は、照射すべき空胴、ここでは下流側空胴6 の対称軸内
にほぼ向き付けされる。被検翼の内部構造の関数とし
て、前記翼内の光分布の均一性を優先するようにしてレ
ーザ光源10に対して翼を位置決めする。
他方では、収束された光束はその軌跡上で一定数の障害
（気流路7 の内壁、ブリッジ8 、空胴6 の内壁）に出会
い、微細孔5 又は 9からでる以前に反射するが、空胴内
の光束の反射数を制限することが重要である。何故な
ら、各反射毎に、反射光の強度ＩｒはＩｒ＝ρＩｅに等
しいからである。
但し、 −Ｉｅは入射光の強度 −ｅは材料の反射計数と結びついた全効率である。各反
射毎に次の式が得られる。
但しｎ（空気）及びｎ（金属）は空気中及び金属中の屈
折指数、ｋは金属の吸収計数を表わす。
中空翼の製造に用いられる材料の場合は、前記金属の屈
折数“ｎ（金属）”は0.58から0.63まで変化し、吸収計
数のほうはゼロである。
こうして、ＩＮＣＯＮＥＬ 718（商品名）型のニッケル
ベース合金で作られた前記Ｘ型翼については、この合金
の組成はＣr 19％、Ｆe 18％、Ｎb 5％、Ｎi 残部であ
るが、効率ｅは１反射毎に 0.057に等しい。
後にとりあげるがＹ型翼について用いられた他の合金に
ついては、ニッケルをベースとする前記合金はＤＣ 200
（商品名に非ず）と呼ばれ、組成はＷ12％、Ｃo 10％、
Ｃr 9％、Ａl 5％、Ｎi は残部であるが、効率ｅは
0.076に等しい。これと平行して、カメラ13から送出さ
れる信号はアナログ−ディジタル計算機に送られ、画像
処理装置15内で処理されるため計数化される。
回旋及びろ過処理によって、検査感度を向上させ、かつ
後部孔と部品残部間の対照が増大する。こうして処理装
置15と結合したスクリーン16上に視覚化され得る修正画
像が再創造される。また、像は計数化されているので、
像を走査する毎に部品の対応断面に付随する輝度曲線を
描くことができる。
１点ずつ受取り、計数される光の強度は光の出る微細孔
の直径の関数である。こうして部品の正確な状態のより
細かい分析を行うことができる。
次に第４図から第７図を参照して以下の具体例を説明す
る。
本発明装置を用いて２つの型式の中空翼が検査された。
翼の２つの型式とは、タービンエンジンの高圧タービン
翼で、第１の型式はＸ型でＩＮＣＯＮＥＬ 718製であ
り、第２の型式はＹ型でＤＳ 200でつくられている、実
際の微細孔数を次表に要約する。
第４図は後縁の孔が見えるＸ型翼の写真である。
第５図はビデオスクリーン14上で見られるような後縁の
孔の光学的サインの写真である。孔全体が第５図の写真
上で復元されているのがわかる。２列の孔が見られ、各
列の孔数を計算することができる。
他より暗く見える孔は直径が他より小さいか、あるいは
部分的に抜けていると解釈しなければならない。
第６図はＹ型翼の前縁の写真である。第７図では、処理
され数値化された像は25個の孔が３列あるうちの２列を
示す。第３列の孔の向きは写真には示されていない。
ビデオ像（第５図と同様の）が２列のうち１列上で、実
際の15個の代りに14個のオリフィスしか列挙することが
できないのに対して、第７図て再生された像は対照の改
良によって15個の孔の検出が可能である。
第15番目の孔はビデオ像では見られず、第７図のＡＡ断
面に一致する。
検査すべき孔の大半を含む部品（第８図に再生された方
向に対しほぼ垂直な断面で選択された）のこの断面の輝
度曲線を検討すれば、２つの強度ピークが判明する。第
１のピーク17a は高く、正規直径のオリフィス18a に対
応する。より低い高さの第２のピーク17b はビデオ像が
明かさないオリフィス18b の存在を明らかにする。オリ
フィス18b をさらに詳しく分析すると、このオリフィス
は斜めに抜けており、カメラによって“見える”直径は
0.50ではなく0.15mmであることが分かる。せん孔幾何学
形のこの種の不良は以前のゲージによる検査法では見る
ことができなかった。
第10図から第15ｄ図を参照すれば、計数化とその結果が
明らかになる。
計数化ののち、各光度ピークはあらかじめ定められた２
進化限界値と比較されることができ、これによって微細
孔の計数の定性定量分析が可能となる。
第11ａ図から第11ｄ図は第10ａ図で撮影された後縁の計
数化された像である。第11ａ図では、右側の上の列の第
４番目と第５番目の可視孔の間の他より長い黒い間隔は
孔が下列まで抜けていないことを示し、右から第５番目
の孔の通りは弱いことを確かめることができる。この定
性分析は数量化することができ、微細孔の幾何学形パラ
メータが決定され得る。
こうして、画像処理装置15の視覚化スクリーンの１部を
表わす第15ａ図を参照すれば、スクリーンは寸法“ｅ”
のピクセルに分割される。回線走査によって孔又は長面
の無孔部分に対応する光度の２進化レベルを各ピクセル
に与えることができる。照明されたピクセルを計数する
ことによって各微細孔の表面を知ることができ、孔の幾
何学的中心と考えられる微細孔重心を決定することがで
きる。
各微細孔の重心を決定すれば、ここから重心間の距離、
即ち孔の距離を推論することができる。
また同様に、この測定から各微細孔母線について最小正
方形線を計算し、この最小正方形直線に対する各孔のば
らつき決定することもできる。
第２の処理方法は前記パラメータを洗練することを可能
にする。
各微細孔について、孔の各ピクセルの灰色レベルの平均
値、即ち前記ピクセルの表面ｅ２にもたらされた横座標
のピクセルのレベルでの濃度値Ｉd を各ピクセル毎に計
算することができ、各孔の“見かけ上の倍率”を得るこ
とができる。
この方法によって各孔の半径の測定を最滴下し、光学装
置又は画像装置によって測定チェーン内に導入された異
常点の計数化された像を除去することができ、これは灰
色レベルの平均値について計算された半径が最小規定値
より低い点を再生像から取除くことによって実行され
る。
同様に、“灰色レベルの平均値”を用いることによって
より洗練された方法で先行データのすべてを再度計算す
ることができる（孔間距離、孔のバラツキ、孔表面）。
孔列の全体像について定量検査を行いたい場合は、各孔
の輪郭の抽出、即ち“画像の骨組み”を形成することが
できる。
第13図は上記方法によって得られるＺ型翼の後縁の２重
孔列の２進化像を表わし、第14図は次の方法で得られた
“画像の骨組み”の構成図を表わす。
第７図及び第８図で分かるように、各走査についての光
度曲線は雑音計数によって乱される。光に計算された灰
色レベルについても同様である。輪郭の抽出方法は各微
細孔の縁を極度に精密に決定することを目的とする。
このためには、核捜査ごとに、灰色レベルの濃度曲線Ｉ
＝ｆ（ｄ）（第15ｂ図）を決定する。この関数にスペー
ス関数ｇ＝ｇ（ｄ）（第15ｃ図）を付加し、そして得ら
れた曲線Ｉ′＝ｆ（ｄ）＋ｇ（ｄ）の点ｐについて平滑
化を行なうが平滑化された値 は、浸食（雑音の突発性ピークの除去）し、膨張（関数
ｇ（ｄ）の付加による）し、平滑化した曲線Ｉ″（ｄ）
を提供し、そこから平滑化曲線Ｉ″（ｄ）の変更点に対
応する接線計数値αを抽出するため、中間指数点に再度
付加される。
この計算は各走査ごとに核孔ごとに実行され、このよう
に決定された記憶された値は各孔について正確な輪郭を
再構成することはを可能にする。
第14図の写真はこの方法によって第13図の各孔の輪郭を
再構成したものを表わし、各輪郭の核点は上記方法によ
って決定された。
こうしてすべてのパラメータ（孔表面、孔間隔、バラツ
キ）は極度の精密さで計算しなおされることができる。
本発明検査方法は、単独部品検査を考慮して説明した
が、この方法は数個の部品の同時検査にも広げることが
できる。こうして、第２図を観察すれば、レーザ10とｎ
個の被検部品との間にブレード又はプリズムをもつ（ｎ
−１）個の分離器19i が鏡20と直列にそうに入されてい
るがのが分かる。第１分離器191 は出力Ｐ／ｎの光線反
射し、第２分利器192 に出力 を伝達する。
を伝達する第２分離器192 についても同様で、ついで光
源10の出力の最終部分Ｐ／ｎを受光し、反射する鏡20ま
で以下同様である。
鏡21を、各レーザ光線11i はレンズ12i によって収束さ
れた後、被験部品ｌｉ上に送られる。
各部品について光反射の原理は上記と同様であって、こ
の装置はｎ個のカメラ13i を並列に備え、画像処理装置
15はｎ個の並列メモリ及び被検部品のｎ個の修正画像を
再構成することを可能にする処理装置を含む。
第３図の変形例では、検出計数手段は第２図のものと同
一である。主たる差異は使用されるレーザ光伝導手段に
ある。
出力Ｐワットのレーザ10は光学分離装置23に光線を放射
し、先端に光ファイバと結合した光収束手段25が配置さ
れたｎ個の光ファイバ24i でその出力を構成している。
本発明装置はまた、検査速度を向上させるため、部品の
つかみ装置及び部品を各検査位置の前に置きかつ部品を
反転させるロボットを付加することによって、あるいは
変形例では部品を固定し、画像キャッチカメラを支える
ロボットを用いることによって自動化を試みることも可
能である。
さらに被検部品の値を計算ユニットに記憶され基準部品
の参照値と比較することを可能にすることによって、各
部品につい孔数、直径及び間隔の一致を明確にする検査
判定を提出することができる。
こうして提案した方法は検査の質と迅速性を大幅に改良
し、かつ10ミクロンまで下げることができる直径の孔を
検査することを可能にする。この値以下では被検孔の入
口に対して平行な光線はオリフィスを通る記載に回析
し、そのためこの方法の利用が不可能になるかもしれな
い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明検査装置を翼の検査に用いる場合の原理
図、第２図は装置の変形例を数枚の翼の同時検査に用い
る場合の原理図、第３図は同時検査に用いた第２の変形
例の原理図、第４図は冷却したＸ型翼の１具体例で、翼
前縁が53個の孔列を含み、翼後縁が80個と19個の２列か
らなる気流孔を含むものの説明図、第５図は本発明方法
を用いて得られた第４図の翼の後縁の光学像の写真、第
６図は翼前縁に15個の排気孔３列を含むＹ型翼の説明
図、第７図はＹ型翼の上面から見た前縁の記数化された
像、並びに記数化された像から読取られた結果を解釈す
るための輝度曲線の描き方の写真、第８図は、第７図の
断面AAに対応する輝度曲線及び第７図の写真の翼のAA断
面について分析によって明らかにされたせん孔不良の説
明図、第９ａ図は翼後縁の微細せん孔を示すＸ型翼の写
真、第９ｂ図は同じ翼の前縁の微剤せん孔列を示す写
真、第10ａ図から第10ｄ図は第９ａ図の翼の後縁の孔
を、光信号の計数並びに限界値決定により再構成した像
で、第10ａ図は第９ａ図の右部分で、翼根部に向かい左
部分まで進む状態を示す写真、同様に第11ａ図から第11
ｃ図は第９ｂ図の前縁で、第11ａ図は後端縁に向き合う
部分、第11ｃ図は後端部に隣接する部分を示す写真、第
12図はＺ型翼の後縁で、11個の微細せん孔２列を再構成
した写真、第13図は各微細せん孔の輪郭を抽出するため
本発明に従って第12図の像を処理した写真、第14ａ図か
ら第14ｅ図は微細せん孔の像の骨格構造の細かい計算方
法の各段階を示す説明図である。 1……被検部品、 4,6……内部空胴、 5,9……孔、 7…
…気流路、10……光源、13……ビデオカメラ、14……ビ
デオスクリーン、15……計数及びメモリーユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン―リユツク・シヤルル・メイフレン フランス国、91240・サン・ジエルマン・ レ・コルベイユ、リユ・ジ・ベ・カルポ ー・25 (72)発明者 ピエール・マリー・パイリヨテ フランス国、91390・モルサン・スユロル ジユ、アレー・パイヤール・13 (56)参考文献 特開 昭61−89506（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】タービンエンジンの中空翼のせん孔、特に
    翼の羽根部の前縁又は後縁近傍に設けられた孔の光学的
    検査方法であって、 −翼根部に設けられた気流路を横切って翼の内部空胴を
    光源を用いて照明し、 −部品の全長をビデオカメラを用いて走査し、被検部品
    のオリフィスを通して反射した光の輝度を記録し、 −このようにして収集した一連の情報を電気的信号に変
    換し、 −前記信号を計数及びメモリ装置に記憶し、 −前記信号を処理し、これらを標準部品からの一連の所
    定基準信号と比較する ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】信号の分析が、ビデオスクリーン上に視覚
    化された被検部品の光学的サインの視覚分析より成るこ
    とを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】信号の分析が、カメラによってキャッチさ
    れた光線の輝度分析工程を含んでおり、前記工程は前記
    カメラによって供給されたビデオ像の断面ごとに実行さ
    れることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】輝度曲線の分析のために選択された断面
    が、検査すべき孔の大半を含む部品部分の方向に対して
    ほぼ垂直であることを特徴とする請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】信号の分析が前記信号の２進化を含み、前
    記２進化信号を所定の２進化限界値と比較することによ
    って通った微細孔の数を計算する定性工程を含むことを
    特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】信号の分析が前記信号の２進化を含み、カ
    メラによって観察された表面が公知方法のピクセルに分
    割され、 −段面ごとに灰色レベルの濃度曲線Ｉ＝ｆ（ｄ）（但し
    ｄは断面を軸とする座標）を処理し、 −スペース関数ｇ（ｄ）（但しｇは長さｄの関数として
    ０又は１の値をとる）を付加することによって浸食−膨
    張処理を実行し、 −このようにして得られた曲線Ｉ′のＰ点に対してＩ′
    ＝ｆ（ｄ）＋ｇ（ｄ）により平滑化を実行する。平滑化
    された値 は強度Ｉ″（ｄ）の平滑化曲線を得るためｉ及びｉ＋ｐ
    の間の中間指数点に再度付加され、 −曲線Ｉ″（ｄ）の変曲点を抽出し、さらに各通り微細
    孔の骨組みを再構成する ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載
    の方法。
  7. 【請求項７】母線上に理論的に配分された微細孔の分析
    にさいして、各母線について最小正方形直線を計算し、
    処理された光強度限界値を、最小正方形直線に対する前
    記微細孔のバラツキ及び整列性を決定するため計算され
    た前記直線と比較することを特徴とする請求項５又は６
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】空胴の対称軸がそれを照明する光線の光軸
    の近傍にあるようにして部品を配置することを特徴とす
    る請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】放射光線に対し、小孔、ブリッジ又はその
    他のような空胴内部の障害と前記空胴の内側縁の間で反
    射を行わせること、及び部品を前記中間反射数が部品の
    出口におけるビデオカメラによる検出可能の光エネルギ
    Ｅｓと両立し得る値ｘに限定されるようにして配置し、
    前記エネルギＥｓは式Ｅｓ＝ｅｘＥｅ（但しｅは反射全
    数及び部品材料の反射係数の伝達関数の全効率であり、
    ｘは前記中間反射数である）によって放射光線エネルギ
    と結合することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】−コヒーレント光源、 −少なくとも１個の、放射光線の収束手段、 −被検部品を、翼根部に設けられた入気通路を介して放
    射光が部品に射し込むように保持する、少なくとも１個
    の保持手段、 −検査スクリーンと、画像処理モジュールとに結合した
    少なくとも１個のビデオカメラ、 −画像記憶ユニット及び各画像に対応する数値化信号の
    処理ユニットを含む少なくとも１個の画像処理ユニッ
    ト、 を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項
    に記載の方法の実行装置。
  11. 【請求項１１】画像処理モジュールが、回旋及びろ過に
    よって検査すべき孔の光学サインの修正像を提供する計
    算手段を含むことを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項１２】画像処理モジュールが、視覚化された像
    の各断面について、被検部品の微細孔によって放出され
    た光線の輝度曲線を分析することを可能にする計算手段
    を含むことを特徴とする請求項10又は11に記載の装置。
  13. 【請求項１３】光源がＰワットの出力のレーザであっ
    て、前記レーザと部品保持手段との間に放射レーザ光線
    を、出力Ｐ／ｎワットのｎ本の光線に分割する光学装置
    を含んでおり、前記各光線は収束手段を介して部品を照
    明し、さらにｎ個のビデオカメラを含んでおり、これら
    のカメラはここから生じる信号を同時に記録し処理する
    画像処理モジュールと結合していることを特徴とする、
    ｎ個の部品を同時に分析するための請求項10から12のい
    ずれか一項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】レーザ光の光学分離装置が、ブレード又
    はプリズム式のｎ個の分離器を直列につないで構成さ
    れ、出力Ｐ／ｎワットの反射光線が鏡全体によって被検
    部品上に送られることを特徴とする請求項13に記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】レーザ光の光学分離装置が、出力側に出
    力Ｐ／ｎワットの光線を運ぶｎ本の光ファイバを有して
    おり、さらにそれらの部品側先端に集積化された光学収
    束手段を含んでいる分離ケースを含むことを特徴とする
    請求項13に記載の装置。
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