(57)【要約】【課題】検査対象物の表面に沿った適正な計測軌道経路を生成可能な検査装置を提供する。【解決手段】本実施形態に係る検査装置は、表面データ取得部と、移動機構と、制御装置と、計測軌道経路生成部と、計測軌道経路補正部と、スキャン実行部とを備える。表面データ取得部は、検査対象物の表面の形状を計測し、前記検査対象物の形状計測データを取得する。移動機構は、前記表面データ取得部を前記検査対象物の表面に沿って移動させる。制御装置は、前記表面データ取得部と前記移動機構とを制御する。計測軌道経路生成部は、前記表面データ取得部により取得した前記形状計測データに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出するスキャンをするための計測ヘッド部が移動する経路である計測軌道経路を生成する。計測軌道経路補正部は、前記計測軌道生成部により生成された前記計測軌道経路を補正する。スキャン実行部は、補正された前記計測軌道経路に沿って、前記計測ヘッド部を移動させて、前記検査対象物のスキャンを行う。【選択図】図１
2018054430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の表面の形状を計測し、前記検査対象物の形状計測データを取得する、表面データ取得部と、
前記表面データ取得部を前記検査対象物の表面に沿って移動させる、移動機構と、
前記表面データ取得部と前記移動機構とを制御する、制御装置と、
前記表面データ取得部により取得した前記形状計測データに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出するスキャンをするための計測ヘッド部が移動する経路である計測軌道経路を生成する、計測軌道経路生成部と、
前記計測軌道経路生成部により生成された前記計測軌道経路を補正する、計測軌道経路補正部と、
補正された前記計測軌道経路に沿って、前記計測ヘッド部を移動させて、前記検査対象物のスキャンを行う、スキャン実行部と、
を備える検査装置。
【請求項２】
前記表面データ取得部は、
前記検査対象物の表面の画像データを取得する、画像取得部と、
前記検査対象物の表面の凹凸形状データを取得する、形状計測部と、
を備える請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記移動機構は、前記表面データ取得部が、前記検査対象物の表面を全体的に計測できるようにするために、前記表面データ取得部を、３軸で移動させ、３軸で回転させるとともに、
当該検査装置は、前記表面データ取得部の移動量と回転量とを記録する、記録部をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記制御装置は、予め作成された計測計画に基づいて、前記表面データ取得部を前記検査対象物の表面に沿って移動させ、前記表面データ取得部の回転制御を行い、前記検査対象物の形状計測データを取得する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項５】
前記検査対象物の形状に関して予め設定した基準位置に基づいて、前記形状計測データと前記基準位置との間の座標間の距離の差分が最小となるように、検査対象物の形状に関して位置調整処理を行う、形状位置調整処理部を、さらに備える請求項３に記載の検査装置。
【請求項６】
前記計測軌道経路生成部は、前記計測軌道経路を複数の教示点から構成し、前記複数の教示点を前記計測軌道経路として保持する、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】
前記計測軌道経路補正部は、前記教示点の位置が前記計測ヘッド部の計測レンジを外れる場合には、当該教示点近傍の表面の計測結果から面を生成し、この生成した面の法線ベクトルを算出し、算出した法線ベクトルが交差し収束する点を新たな補正後の教示点とする、請求項６に記載の検査装置。
【請求項８】
制御装置の制御により、表面データ取得部を検査対象物の表面に沿って移動させ、前記検査対象物の表面の形状を計測し、前記検査対象物の形状計測データを取得するステップと、
計測軌道経路生成部が、前記表面データ取得部により取得した前記形状計測データに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出するスキャンをするための計測ヘッド部が移動する経路である計測軌道経路を生成するステップと、
計測軌道経路補正部が、前記生成された前記計測軌道経路を補正するステップと、
を備える計測軌道経路生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、検査装置及び計測軌道経路生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの静翼等は、使用後に非破壊検査による品質確認が行われているが、この品質確認では、目視検査や超音波探傷検査などの非破壊検査技術が用いられている。この非破壊検査技術を用いた検査では、コストの低減と工期短縮を図るため、検査を自動化することが望まれている。
【０００３】
検査を自動化するためには、検査対象物に対する検査装置の計測軌道経路を生成し、検査に必要なデータを取得して、データ処理をすることで検査結果を出力する方法が一般的である。検査装置の計測軌道経路の生成は、物理的な装置干渉の有無や本来の位置にあるかを確認するため、計測軌道経路の教示点に装置を動かして確認する方法や、検査対象物の面の形状データを基に法線方向に対して位置や姿勢を補正する計測軌道経路の教示点補正する方法（特許文献１）や、コンピュータシミュレーション上で実際の動きとのずれを把握し、計測軌道経路の教示点を補正する方法（特許文献２）や、計測軌道経路の教示点の２点間経路に対して、微分値を基に、連続的な動きをするように補間する軌道生成方法（特許文献３）がある。しかしながら、これらの方法では、検査対象物の形状が複雑になればなるほど、教示点の数が増加し、補正作業に要する時間が増大する。
【０００４】
このような計測軌道経路の誤差は、検査対象物への干渉や計測データ不良といった問題があるため、可能な限り少ない方が望ましい。上記に挙げた方法は、いずれも、基準となる計測軌道経路を作成し、動作前に補正するものであるが、実際の動作に入る事前作業にかかる時間が追加されるため、全体工程に要する時間が増加するといった問題点がある。
【０００５】
例えば、特許文献１のように、検査対象物の面の形状データを基に教示点の法線ベクトルを求めると、物体表面に凹凸がある場合に装置姿勢が教示点ごとに大きく変化する可能性がある。特許文献２のように、シミュレーション上でずれを把握し、補正する方法は、作業ワークが比較的広い場合は自由な方向に補正できるが、狭隘部などを持つ検査対象物では補正する位置や姿勢により、計測不良データを取得する可能性があり、対象物面に対して適切な方向に補正する必要がある。特許文献３のように、教示点の２点間経路を補正する方法は、物体表面に近い形で装置の動きが連続的になるが、教示点間に凹凸が多く存在する場合、特に微細な欠陥を検査する場合には、装置の計測レンジから外れ、計測不良データを取得する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１３６７７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１３６６７１号公報
【特許文献３】特開２０１６−５５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態の目的は、検査対象物の表面に沿った適正な計測軌道経路を生成可能な検査装置及び計測軌道経路生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る検査装置は、表面データ取得部と、移動機構と、制御装置と、計測軌道経路生成部と、計測軌道経路補正部と、スキャン実行部とを備える。表面データ取得部は、検査対象物の表面の形状を計測し、前記検査対象物の形状計測データを取得する。移動機構は、前記表面データ取得部を前記検査対象物の表面に沿って移動させる。制御装置は、前記表面データ取得部と前記移動機構とを制御する。計測軌道経路生成部は、前記表面データ取得部により取得した前記形状計測データに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出するスキャンをするための計測ヘッド部が移動する経路である計測軌道経路を生成する。計測軌道経路補正部は、前記計測軌道生成部により生成された前記計測軌道経路を補正する。スキャン実行部は、補正された前記計測軌道経路に沿って、前記計測ヘッド部を移動させて、前記検査対象物のスキャンを行う。
【０００９】
本実施形態に係る計測軌道経路生成方法は、第１乃至第３ステップを備える。第１ステップは、制御装置の制御により、表面データ取得部を検査対象物の表面に沿って移動させ、前記検査対象物の表面の形状を計測し、前記検査対象物の形状計測データを取得する。第２ステップは、計測軌道経路生成部が、前記表面データ取得部により取得した前記形状計測データに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出するスキャンをするための計測ヘッド部が移動する経路である計測軌道経路を生成する。第３ステップは、計測軌道経路補正部が、前記生成された前記計測軌道経路を補正する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る検査装置を機能的に表したブロック図。
【図２】算出された計測軌道経路の補正手法の一例を説明する図。
【図３】算出された計測軌道経路の補正手法の一例を説明する図。
【図４】教示点の補正手法の一例を説明する図。
【図５】教示点の補正手法の一例を説明する図。
【図６】本実施形態に係る検査装置の構成を説明する斜視図。
【図７】本実施形態に係る検査装置で実行される計測軌道経路の生成及び補正処理。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る検査装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。
【００１２】
図１は、検査装置１の構成を機能的に説明するためのブロック図である。この図１に示すように、検査対象物１００の欠陥の有無の検査を行う検査装置１は、スキャン装置２００と、制御装置３００と、記録処理装置４００と、演算処理装置５００とを備えて、構成されている。
【００１３】
スキャン装置２００は、計測ヘッド部２１０と、移動機構２２０とを備えている。計測ヘッド部２１０は、き裂認識装置２１２と、表面データ取得部２１４とを備えている。き裂認識装置２１２は、検査対象物１００の表面にある欠陥である、き裂を検出するための装置であり、例えば、赤外線カメラ等により構成されている。
【００１４】
表面データ取得部２１４は、検査対象物１００の表面の形状を計測し、検査対象物１００の形状計測データを取得するための装置である。この表面データ取得部２１４は、検査対象物１００の矩形領域若しくは線状領域の画像データを取得する、画像取得機能と、検査対象物１００の矩形領域若しくは線状領域の凹凸形状データを取得する、形状計測機能とを備えており、画像データの光軸と、凹凸形状データの光軸を、同一軸にする機能を備えている。
【００１５】
画像取得機能は、撮像素子や光学レンズ、照明を備えたカメラである画像取得部により構成されている。形状計測機能は、カメラと、線状模様を照射する照射部を備える形状計測部により構成されており、三角測量の原理で、検査対象物１００の表面の凹凸形状を取得する。なお、これら画像取得機能と形状計測機能は、矩形領域の形状計測データを取得する２台以上のカメラによるステレオ視や、レーザスキャナ等により、実現することもできる。主として、形状計測機能は表面データ取得部２１４で構成されており、これにより、計測軌道経路を補正するための形状計測データを取得することが可能になる。一方、画像取得機能はき裂認識装置２１２で構成されており、これにより、欠陥の有無を検出するためのスキャンが実行可能になる。
【００１６】
移動機構２２０は、き裂認識装置２１２と表面データ取得部２１４とを備える計測ヘッド部２１０を、様々な形状の検査対象物１００の表面に沿って移動させ、検査対象物１００の表面を全体的に計測することを可能にする。具体的には、移動機構２２０は、計測ヘッド部２１０をＸ方向に移動させるＸ移動ステージ２３０と、Ｙ方向に移動させるＹ移動ステージ２３２と、Ｚ方向に移動させるＺ移動ステージ２３４とを備えている。さらに、移動機構２２０は、計測ヘッド部２１０を、Ｘ軸を中心に回転させるＸ回転ステージ２４０と、Ｙ軸を中心に回転させるＹ回転ステージ２４２と、Ｚ軸を中心に回転させるＺ回転ステージ２４４とを備えている。つまり、移動機構２２０は、検査対象物１００の表面を全体的に計測できるようにするために、計測ヘッド部２１０を、ＸＹＺの３軸で移動させ、ＸＹＺの３軸で回転させることにより、計測ヘッド部２１０の移動制御を行う。換言すれば、移動機構２２０は、合計６軸の移動制御と回転制御により、表面データ取得部２１４を備える計測ヘッド部２１０を移動させる機構であり、計測ヘッド部２１０の原点からの移動量と回転量とにより制御され、これら移動量と回転量とを記録処理装置４００に記録させることができる。すなわち、記録処理装置４００が、本実施形態における検査装置１の記録部に相当する。また、移動機構２２０は、検査対象物１００の表面を明るく照らすための照明２５０も備えている。
【００１７】
制御装置３００は、き裂認識装置２１２と表面データ取得部２１４とを備える計測ヘッド部２１０と移動機構２２０とを、計測計画に基づいて通信制御する。例えば、制御装置３００は、計測ヘッド部２１０に対して、計測間隔、計測トリガー、計測データの平滑化の有無などの設定を行う。また、制御装置３００は、移動機構２２０に対して、移動スピードなどの移動設定を行う。さらに、演算処理装置５００が、記録処理装置４００に予め記録された計測計画を読み込んだ場合、制御装置３００は、演算処理装置５００が計測ヘッド部２１０と移動機構２２０とを自動的に動作させることを可能にする。計測計画には、計測ヘッド部２１０の計測位置や回転角度、計測タイミング等が設定されており、この計測計画に基づいて、計測ヘッド部２１０は計測を行い、検査対象物１００の形状計測データを取得する。また、計測計画に基づいて、計測ヘッド部２１０は、欠陥を検出するスキャンを行い、き裂等の欠陥が有るか否かの判定を可能にする。
【００１８】
これらの制御を実現するために、制御装置３００は、き裂認識コントローラ３１２と、表面データ取得コントローラ３１４と、Ｘ移動ステージコントローラ３３０と、Ｙ移動ステージコントローラ３３２と、Ｚ移動ステージコントローラ３３４と、Ｘ回転ステージコントローラ３４０と、Ｙ回転ステージコントローラ３４２と、Ｚ回転ステージコントローラ３４４と、照明制御コントローラ３５０とを、備えて構成されている。
【００１９】
き裂認識コントローラ３１２は、き裂認識装置２１２の制御を行う制御部であり、表面データ取得コントローラ３１４は、表面データ取得部２１４の制御を行う制御部であり、Ｘ移動ステージコントローラ３３０は、Ｘ移動ステージ２３０の制御を行う制御部であり、Ｙ移動ステージコントローラ３３２は、Ｙ移動ステージ２３２の制御を行う制御部であり、Ｚ移動ステージコントローラ３３４は、Ｚ移動ステージ２３４の制御を行う制御部であり、Ｘ回転ステージコントローラ３４０は、Ｘ回転ステージ２４０の制御を行う制御部であり、Ｙ回転ステージコントローラ３４２は、Ｙ回転ステージ２４２の制御を行う制御部であり、Ｚ回転ステージコントローラ３４４は、Ｘ回転ステージ２４４の制御を行う制御部であり、照明制御コントローラ３５０は、照明２５０の制御を行う制御部である。
【００２０】
この検査装置１で実行される、計測軌道経路に則った計測シーケンスは、２通りに分けられる。
【００２１】
＜第１のシーケンス＞
第１のシーケンスは、「移動・回転駆動開始」、「移動・回転駆動停止」、「計測開始」、「計測完了」、「次位置・角度に遷移」を順次繰り返すものである。計測ヘッド部２１０は、スキャン装置２００が停止している状態で計測を行うため、通常は「計測開始」から０秒で計測を行うように設定する。これらのシーケンスの命令は、演算処理装置５００において、計測計画として管理される。そして、演算処理装置５００は、制御装置３００を介して、き裂認識装置２１２と、表面データ取得部２１４と、移動機構２２０と信号の送受信を行い、シーケンス全体の管理を行う。
【００２２】
＜第２のシーケンス＞
第１のシーケンスが計測を行う際にスキャン装置２００が停止している状態にあるのに対し、第２のシーケンスは、スキャン装置２００が回転駆動を伴わない動きの場合には、連続的にスキャンする点で相違する。シーケンスは「移動・駆動開始」、「計測開始」、「計測完了」、「次位置・角度に遷移」を順次繰り返すものであり、計測計画においては、計測タイミングはスキャン装置２００の移動・回転速度に合わせて設定する。なお、計測計画内に回転駆動を伴う箇所と伴わない箇所が混在する場合を想定し、第１のシーケンスのモードと第２のシーケンスのモードの双方を記載することにより、２つのシーケンスを自動的に切り替えることを可能にしている。なお、計測計画に基づいて、計測ヘッド部２１０のき裂認識装置２１２と表面データ取得部２１４とが取得した画像データ・形状計測データは、記録処理装置４００において記録され、計測対象ごとに管理される。
【００２３】
記録処理装置４００は、撮像データ記録処理部４１０と、形状データ記録処理部４２０と、計測軌道経路記録処理部４３０とを備えている。撮像データ記録処理部４１０には、き裂認識装置２１２により撮像されたデータが記録され、保持される。撮像データ記録処理部４１０に記録された撮像データを解析することにより、検査対象物１００の表面のき裂を検出することができ、き裂を検出するための検査を自動的に行うことができるようになる。形状データ記録処理部４２０には、表面データ取得部２１４により取得された、検査対象物１００の形状計測データが記録され、保持される。計測軌道経路記録処理部４３０には、演算処理装置５００で導出された計測軌道経路が記録され、保持される。特に本実施形態においては、補正処理が施された計測軌道経路が計測軌道経路補正処理部５５０に記録される。
【００２４】
演算処理装置５００は、検査対象物形状処理部５１０と、形状位置調整処理部５２０と、面認識処理部５３０と、基準計測軌道経路処理部５４０と、計測軌道経路補正処理部５５０とを備えて構成されている。
【００２５】
検査対象物形状処理部５１０は、形状データ記録処理部４２０に記録された形状計測データに基づいて、検査対象物１００の形状計測データを生成する。形状位置調整処理部５２０は、検査対象物形状処理部５１０で生成した形状計測データを、予め設計値等に基づいて作成された基準形状データと比較できるようにするために、位置調整を行う。本実施形態においては、以下の３つの方法を、選択的に、或いは、順次、適用することにより、位置調整を行う。
【００２６】
＜第１の方法＞
第１の方法は、検査対象物１００の形状が経年変化した場合に、対応する方法である。すなわち、第１の方法では、形状計測データと基準形状データの双方について、最低３点の基準位置を選択して、形状計測データと基準形状データとを比較することにより、基準位置を設定する。或いは、選択した基準位置を含む周辺の形状特徴量を検出し、形状計測データと基準形状データとを比較することにより、基準位置を決定する。
【００２７】
このためには、手動により、基準位置を形状計測データと基準形状データのそれぞれに最低３点、選択する必要がある。また、形状計測データと基準形状データの双方のデータに対して、手動により基準点を選択するため、両者の位置が必ずしも一致しない可能性がある。そこで、補正的な処理として、選択した基準位置の点を含む周辺の形状計測データを形状特徴量として扱い、点の法線ベクトルやエッジとなる形状部分の座標値を求め、手動選択した点の位置を補正する。この補正した点を最低３点ずつ、形状計測データと基準形状データとを比較してマッチングする。この双方のデータの３点を用いて、式(1)に示す座標変換式にて、移動と回転により位置調整する。式(1)において、X’, Y’, Z’は座標変換後の形状計測データの座標値であり、Xm, Ym, Zmは形状計測データの移動量であり、X, Y, Zは形状計測データの座標値であり、ω,φ,κは回転変換の角度である。
【００２８】
【数１】
2018054430.tif 000003
【００２９】
式(1)について、位置調整のため、最小二乗法により座標値の差分が最小となるように移動量と回転量を求める。
【００３０】
＜第２の方法＞
第２の方法は、経年変化により形状変形した場合に、経年変化の影響を受けない部分を用いる方法である。形状計測データと基準形状データから、計測点や面の法線ベクトルや形状変化量の特徴量を演算処理により検出し、形状変化量が任意に設定した閾値以下の領域を経年変化の影響を受けていない部分として特定する。そして、経年変化の影響を受けない部分から、最低３点の基準位置を決定する。なお、位置調整は前記の式(1)を用い、同様の方法で移動量と回転量を求め、座標変換する。
【００３１】
＜第３の方法＞
第３の方法は、形状計測データと基準形状データの双方に対して、形状が一致する領域を特定し、最低３点の基準位置を決定する方法である。形状が一致する領域を特定するために、形状計測データから法線ベクトルやエッジ形状を求める。求めた法線ベクトルやエッジ形状の演算データを、形状計測データと形状基準データの双方のデータが一致する領域をマッチングにより特定する。得られた領域内から第１の方法と同様に特定した領域内から基準点を選択し、前記の式(1)を用いて位置調整を行う。さらに、第１の方法と同様の方法で移動量と回転量を求め、座標変換するものである。
【００３２】
なお、形状が一致する領域は可能な限り検査対象の全域に分散していることが望ましいため、特定した領域の重心位置を求め、２つの領域の重心位置間距離に対して任意に設定した閾値により選択する。この方法の別の近似手法として、形状計測データを検査対象物１００の外周部の端部(例えば、直方体であれば、上部四隅部分)を、第１の方法と同様に特定して、処理対象領域を限定することにより、処理時間の短縮を図ることができる。この手法によれば、位置調整の結果から、基準となる計測軌道経路を移動量と回転量から補正できるメリットがある。
【００３３】
面認識処理部５３０は、基準形状データに基づいて、面認識を行う。本実施形態においては、面認識の方法には、次の２つの方法がある。
【００３４】
＜第１の方法＞
第１の方法は、基準形状データを用いて、各点の周囲の点から面を構成し、面を構成した各点の座標値から法線ベクトルを演算する。この法線ベクトルの向きが検査対象物１００を構成する面方向と一致した各計測点、若しくは、任意に設定した法線ベクトルの角度範囲内の各計測点に対して、あらかじめ設定した面のラベル番号を指定する。
【００３５】
＜第２の方法＞
第２の方法は、設計値等から定まる基準形状データにあらかじめ面を識別するラベルを付加しておき、位置調整の際には、形状計測データの座標と基準形状データの座標との間の距離が一番近い点にラベルをコピーすることで面認識を可能とする。また、形状計測データもしくは基準形状データに対して、最低３点から構成される三角面の法線ベクトルを求めることで、一意に決定されている各面の法線方向と比較し、同一もしくは近似する法線方向から面を認識する方法も用いることができる。
【００３６】
この処理により、検査対象に存在する平面や平面に直交する側面等の面を区別して識別することが可能となる。面の区別の仕方は、例えばガスタービン静翼の場合、静翼面、内側面、外側面のそれぞれについて表裏面が存在するため、最低でも計6種別の面を区別して識別することとなる。
【００３７】
基準計測軌道経路処理部５４０は、基準となる計測軌道経路を生成する処理部であり、本実施形態における検査装置１の計測軌道経路生成部に相当する。通常、基準となる計測軌道経路は、検査対象物１００の図面から計測装置や加工・補修装置のワークディスタンスを基に教示点を設定する方法と、現物合わせによる基本的な方法の２つがある。これら方法の場合、検査対象物の表面形状が複雑なほど教示点が増え、教示点間の軌道経路によっては、ワークディスタンスの動作許容範囲を超える可能性がある。このような場合、検査に必要な良好なデータが得られない箇所が発生することになる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、基準計測軌道経路処理部５４０は、表面データ取得部２１４が計測した形状計測データに基づいて、検査対象物１００の欠陥を検出するための計測ヘッド部２１０が移動する経路である計測軌道経路を生成する。すなわち、計測ヘッド部２１０から、検査対象物１００に関する実際の形状計測データが得られるため、計測ヘッド部２１０のワークディスタンスに応じて、検査対象物１００に干渉しない位置に教示点を最小数となるように設定し、検査対象物１００を計測する。この時、実際の欠陥の有無の検査に必要な計測間隔と比べると、例えば５倍の間隔で教示点を設定した粗い形状計測データになる。この粗い形状計測データから検査対象面の法線ベクトルを算出し、法線ベクトル方向に計測ヘッド部２１０のワークディスタンス分の距離を離した位置を教示点として自動的に生成する方法を採る。これにより、計測ヘッド部２１０のワークディスタンスに適した位置に対応した、基準となる計測軌道経路が生成することができる。この生成した計測軌道経路を使って、詳細な形状を得るための計測を行う。
【００３９】
一方で、基準となる計測軌道経路は、他の方法の場合と同様に、特に検査対象物１００が複数あり、検査を終えた検査対象物１００を次の検査対象物１００に交換した際に、設置位置ずれが起きやすい。このため、基準となる計測軌道経路を補正する必要がある。
【００４０】
計測軌道経路補正処理部５５０は、基準計測軌道経路処理部５４０が生成した基準となる計測軌道経路の補正処理を行う。この計測軌道経路補正処理部５５０は、本実施形態に係る検査装置１の計測軌道経路補正部に相当する。
【００４１】
すなわち、基準となる計測軌道経路は、前述の基準計測軌道経路処理部５４０により生成されるが、形状位置調整処理部５２０と面認識処理部５３０により求めた基準形状データと計測形状データの位置調整量（並進移動と回転量）から、各教示点を式(1)により座標変換する。これにより、現在設置されている検査対象物１００の位置に応じた基準となる計測軌道経路が設定される。
【００４２】
図２及び図３は、算出された基準となる計測軌道経路の補正の手法を説明するための図である。これら図２及び図３においては、丸印が教示点であり、教示点を結んだ矢印方向に計測ヘッド部２１０は移動する。この時、教示点Ａと教示点Ｃは、計測ヘッド部２１０のワークディスタンスにおける計測レンジ内に検査対象物１００の表面が存在するため、基準となる計測軌道経路の補正は必要ない。
【００４３】
しかし、教示点Ｂは計測レンジ内に検査対象物１００の表面が存在しないため、計測不良データを取得することとなる。そこで、一連の計測動作中に、教示点Ｂにおいて計測レンジから外れた値が計測ヘッド部２１０から得られた場合、計測レンジ中心に対する補正量を計測値から求める。この求めた補正値を教示点Ｂの高さ方向に相当する座標値に対して補正することで、計測レンジ内に入る補正した教示点Ｂが得られる。この時、補正した教示点Ｂの形状計測データの取得は、３通りのいずれかの方法で取得する。
【００４４】
＜第１の方法＞
第１の方法は、補正した教示点Ｂの座標値を計測軌道経路のデータファイルに記録し、一連の計測動作完了後に、補正したデータを読み込み、補正の必要な教示点群に対して、計測データ取得作業を行う方法である。第１の方法は、補正した教示点Ｂの座標値を計測軌道経路のデータファイルに記録し、すでに取得済みの形状計測データを破棄し、再度その場で、形状計測データを取得する方法である。補正した教示点群の座標値は、例えば、計測軌道経路記録処理部４３０に記録される。
【００４５】
＜第２の方法＞
第２の方法は、補正が必要な教示点Ｂから計測ヘッド部２１０を移動させずに、補正後の教示点Ｂに対してもう一度、形状計測データの取得を行う方法である。この第２の方法では、第１の方法と異なり、教示点Ｂの位置から計測ヘッド部２１０が移動していないため、計測に要する時間を短縮できる効果がある。例えば、補正した教示点群がそれぞれ離れた位置に存在した場合を想定すると、第１の方法の場合、各教示点を結ぶ計測軌道経路が検査対象物に干渉しないかを確認する必要があることから、補正後の教示点群の形状計測データの取得作業を開始するまで、時間を要する可能性がある。この場合、検査対象物１００に干渉するか否かの確認は、基準形状データとあらかじめ設定した計測ヘッド部２１０の矩形データとを用いて、計測軌道経路上に矩形データを操作することで、干渉確認することができる。この方法によれば、第１の方法における問題点も解消されると考えられる。
【００４６】
＜第３の方法＞
第３の方法では、一度すべての計測軌道経路上の教示点を通過する形状計測データを取得し、教示点を取得した形状計測データから計測レンジ内に入っているかを後述の方法により判別し、計測レンジ内に入っていない教示点に対してのみ再計測を行う。この再計測時に、前述した補正方法で計測レンジ内に入るよう補正量を求め、教示点を補正する。さらに、補正対象となった教示点前後の区間（例えば、図２及び図３の教示点Ｂ−Ｄ−Ｃ）も形状計測データが計測レンジ内に存在しない可能性がある点と、教示点前後の区間の計測軌道経路が変更されるため、計測距離が変わり計測レンジが最適化される点があるため、教示点前後の区間を含めた形状計測データの再取得を実施し、既存の形状計測データを破棄し、更新する方法である。
【００４７】
第２の方法、及び、第３の方法において、計測レンジ内に検査対象表面が存在するかを判別する方法について考える。図２及び図３に示す計測軌道経路上の教示点Ｄは、基準とした計測軌道経路上には存在しない教示点位置であるが、計測動作中の計測データから計測レンジ外になったと判断された点である。計測レンジ内であるのか、それとも計測レンジ外であるのかは、検査対象物１００の表面からの距離で判断できる。例えば、計測ヘッド部２１０の計測レンジ中心を０ｍｍとし、計測レンジの短尺方（計測センサに近い側）を−１０ｍｍ、長尺方（計測センサから遠い側）を＋１０ｍｍとすれば、±１０ｍｍが計測レンジ内となる。この場合、検査対象物１００の表面からの距離を計測し、その計測値が±１０ｍｍの範囲内であれば、計測レンジ内にあると判断でき、逆に、±１０ｍｍの範囲にない場合には、計測レンジ内にないと判断できる。
【００４８】
また、教示点を含む各計測位置での計測軌道経路の進行方向に対する垂線方向の形状計測結果から、図２及び図３の計測点Ｅの位置のように、形状計測結果内の計測点もしくは教示点直下の小領域Ａ１で計測レンジ内に入っているが、小領域Ａ２、Ａ３で計測レンジ内に入っていない場合があったとする。ここで、小領域Ａ２を計測レンジに入るように計測点もしくは教示点位置を補正すれば、小領域Ａ１を含めて、計測レンジ内に入るが、小領域Ａ３が計測レンジに入らない場合も想定される。この場合、小領域Ａ３は新規に教示点を設置し、別ルートとして計測軌道経路を設定する。小領域Ａ１、Ａ２を計測可能な教示点は計測レンジ内に入るよう補正され、既存の計測軌道経路に補正結果が反映される。補正された計測軌道経路は、計測軌道経路記録処理部４３０に記録され、保持される。
【００４９】
記録処理装置４００における計測軌道経路記録処理部４３０に記録された補正後の計測軌道経路に基づいて、検査装置１は、検査対象物１００の欠陥の有無を判定するためのスキャンを行う。すなわち、補正後の計測軌道経路に基づいて、制御装置３００がスキャン装置２００を制御することにより、計測ヘッド部２１０を移動させることにより、検査を行い、き裂等の欠陥の有無を判定する。
【００５０】
図４及び図５は、本実施形態における教示点の補正手法を説明するための図である。これら図４及び図５に示す教示点の補正方法は、各教示点の前後の計測データを用いて、教示点の位置を補正する方法である。この方法は、教示点を実際の検査対象物１００の表面に沿った位置に補正することを目的としている。
【００５１】
例えば、図４及び図５のように、円錐状に凹んだ形状をした部分を含む形状計測データが得られたとする。この時、教示点直下の形状計測データとその前後の形状計測データの各計測点を用いて、最低３点の面を形成し、その形成した面に属した各計測点の法線ベクトルを求め、法線ベクトルの交点もしくは収束する点を新しい教示点の位置として、古い教示点位置を補正する。すなわち、教示点近傍の表面の計測結果から面を生成し、この生成した面の法線ベクトルを算出し、算出した法線ベクトルが交差して収束する点を、新たな補正後の教示点とする。
【００５２】
ここで、各計測点の法線ベクトルは、凹凸形状によってさまざまな方向を向くことになるため、交点や収束点を求めることが難しくなるうえ、教示点位置の最適な位置からの誤差が大きくなることが想定される。そこで、法線ベクトルの方向がある一定の範囲に入った法線ベクトルのみを選択し、法線ベクトルの交点もしくは収束する点を求める。法線ベクトルの選択は、法線ベクトルの傾きを基に、任意に設定した範囲内に収まる法線のみを選択する方法である。法線ベクトルの傾きは３次元的になっているため、天頂を基準に法線ベクトルの傾き角度を求めることで選定するための判断値とする。これにより選定された法線ベクトルを用いて、各法線ベクトルのベクトル成分を抽出し、媒介変数を最小二乗法により求める。ここで、２直線の交点もしくは収束点を求めるためには、媒介変数は、２個必要であり、法線ベクトルがＮ本あれば、媒介変数はＮ個必要になる。これにより、連立関係が成り立ち、媒介変数を求めることが可能となる。
【００５３】
図５に示す法線ベクトルによる教示点補正の模式図によれば、計測点Ｐを通る法線ベクトル（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）と計測点Ｑを通る法線ベクトル（Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ２）から、計測点Ｐを通る法線はＶｘ１＊Ｘ＝Ｖｙ１＊Ｙ＝Ｖｚ１＊Ｚ＝ｔと、計測点Ｑを通る法線は、Ｖｘ２＊Ｘ＝Ｖｙ２＊Ｙ＝Ｖｚ２＊Ｚ＝ｓとおける。ここに、ｔとｓが媒介変数となる。ここで、交点もしくは収束点となる教示点Ｏ（Ｘ０，  Ｙ０，  Ｚ０）もこれら線分上に存在することから、同様の関係が成り立ち、法線ベクトルＯＰと法線ベクトルＯＱに連立関係が成り立つこととなる。この連立関係を用いて、媒介変数ｔ、ｓを最小二乗法により求め、教示点Ｏの座標値を算出し、教示点位置を確定させ、教示点の補正を行う。これにより、教示点を、法線ベクトルによる検査対象物１００の表面形状に沿った最適な位置に補正することができる。
【００５４】
図６は、本実施形態に係る検査装置１と、この検査装置１で非破壊検査を行う検査対象物１００の一例とを説明するための斜視図である。この図６に示すように、検査装置１の直下には、検査対象物１００が載置される。この検査対象物１００の上方に、スキャン装置２００が位置することとなる。
【００５５】
スキャン装置２００におけるＸ移動ステージ２３０は、Ｘ方向に延びるガイドレールにより構成されており、Ｙ移動ステージ２３２は、Ｙ方向に延びるガイドレールにより構成されており、Ｚ移動ステージ２３４は、Ｚ方向に延びるガイドレールにより構成されている。Ｚ移動ステージ２３４には、計測ヘッド部２１０が支持機構を介して取り付けられており、計測ヘッド部２１０をＺ方向に移動可能である。Ｚ移動ステージ２３４は、Ｘ移動ステージ２３０により、Ｘ方向に移動可能であり、Ｘ移動ステージ２３０は、Ｙ移動ステージ２３２により、Ｙ方向に移動可能である。この結果、計測ヘッド部２１０は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向に移動可能である。
【００５６】
また、計測ヘッド部２１０には、Ｘ回転ステージ２４０、Ｙ回転ステージ２４２、Ｚ回転ステージ２４４が設けられており、３軸に回転可能である。さらに、計測ヘッド部２１０には、照明２５０も設けられており、形状データ等を取得する際に、検査対象物１００を明るく照らすことができる。
【００５７】
上述したように、スキャン装置２００は、制御装置３００により制御される。制御装置３００の全体的な制御は、コンピュータ６００により行われる。つまり、上述した記録処理装置４００と演算処理装置５００は、コンピュータ６００により実現される。
【００５８】
図７は、本実施形態に係る検査装置１における計測軌道経路の生成処理及び補正処理を説明するフローチャートを示す図である。この図７に示す処理は、図１の演算処理装置５００により実行される処理であり、すなわち、図６のコンピュータ６００により実行される処理である。
【００５９】
図７に示すように、検査装置１は、検査対象物１００の概形形状を計測するための計測用軌道の読み込みを行う（ステップＳ１０）。この計測用軌道は、オペレータ等が手動で作成するものであり、記録処理装置４００に格納される。
【００６０】
次に、オペレータ等は、検査対象物１００を検査位置に配置し、検査装置１に対して、初期位置合わせを実行させる（ステップＳ２０）。続いて、検査装置１は、ステップＳ１０で読み込んだ概形形状の計測用軌道に基づいて、検査対象物１００の概形形状の形状計測を行い、形状計測データを取得する（ステップＳ３０）。
【００６１】
次に、検査装置１は、検査対象物１００が載置されている位置を取得する（ステップＳ４０）。続いて、検査装置１は、設計上の検査対象物１００の配置位置と、ステップＳ４０で実際に取得した検査対象物１００の配置位置とのずれ量を算出して取得する（ステップＳ５０）。
【００６２】
次に、検査装置１は、ステップＳ５０で取得したずれ量に基づいて、基準となる計測軌道経路の補正を行う（ステップＳ６０）。すなわち、検査装置１は、配置位置のずれ量を考慮した、基準となる計測軌道経路を生成する。
【００６３】
次に、検査装置１は、ステップＳ６０で生成された、基準となる計測軌道経路に関して、計測レンジ外となる教示点の位置を抽出する（ステップＳ７０）。続いて、検査装置１は、計測レンジ外となる教示点の位置を補正する処理を行う（ステップＳ８０）。
【００６４】
次に、検査装置１は、ステップＳ８０で補正した教示点に基づく計測軌道経路に関して、スキャン装置２００の干渉の有無を確認する（ステップＳ９０）。続いて、この干渉の有無の確認結果に基づいて、オペレータ等は、干渉があるとされた教示点の位置を手動により補正する（ステップＳ１００）。
【００６５】
次に、検査装置１は、手動により補正された教示点に基づいて、補正後の計測軌道経路を生成し、記録処理装置４００に格納して記録する（ステップＳ１１０）。続いて、検査装置１は、記録されている補正後の計測軌道経路に基づいて、計測ヘッド部２１０を制御して、検査処理を実行する（ステップＳ１２０）。すなわち、制御装置３００の制御に基づいて、補正後の計測軌道経路に沿って、計測ヘッド部２１０を移動させて、検査対象物１００のスキャンを行い、き裂認識装置２１２と表面データ取得部２１４により、検査対象物１００の欠陥を検出するための検査を行う。このため、制御装置３００が、本実施形態におけるスキャン実行部に相当する。
【００６６】
以上のように、本実施形態に係る検査装置１によれば、検査対象物１００の表面の凹凸等により、計測ヘッド部２１０の計測レンジから外れた計測軌道経路となり、計測不良データを取得してしまう可能性を低減することができる。すなわち、検査対象物１００の表面上のき裂が原因で、或いは、凹凸が原因で、教示点により構成された計測軌道経路が計測レンジ外となる場合には、検査対象物１００の表面の各法線ベクトルを収束させる点を新たな教示点とすることにより、補正した計測軌道経路を生成することした。このため、計測レンジの範囲内で計測ヘッド部２１０を移動させることができるようになり、計測不良データの発生を抑制し、検査に必要なデータを得ることができる。
【００６７】
さらに、検査装置１は、き裂認識装置２１２を計測ヘッド部２１０に備えていることから、検査対象物１００のき裂検査を自動化し、き裂検査に要する時間やコストを抑制することができる。
【００６８】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００６９】
１００：検査対象物、２００：スキャン装置、２１０：計測ヘッド部、２１２：き裂認識装置、２１４：表面データ取得部、２２０：移動機構、３００：制御装置、４００：記録処理装置、４１０：撮像データ記録処理部、４２０：形状データ記録処理部、４３０：計測軌道経路記録処理部、５００：演算処理装置、５１０：検査対象物形状処理部、５２０：形状位置調整処理部、５３０：面認識処理部、５４０：基準計測軌道経路処理部、５５０：計測軌道経路補正処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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