(57)【要約】【課題】  羽根車の翼部表裏に形成された欠陥位置を簡便な処理で照合し、翼部に疑貫通欠陥が存在する羽根車を判別する、羽根車の検査方法を提供する。【解決手段】  羽根車の翼部の欠陥に蛍光液を浸透させた後、該羽根車を軸周りに回転しながら撮像して、前記欠陥を発光軌跡として検出する。前記撮像を、前記羽根車の回転軸に垂直な面に対して俯角或いは仰角をなす方向から行って、前記発光軌跡を楕円弧として検出し、次いで、前記楕円弧を含む仮想楕円を特定し、該仮想楕円上にある発光軌跡の最大の断続部を除いた楕円弧の開き角度が閾値より大きい時、前記羽根車に疑貫通欠陥が存在すると判断する。【選択図】図２
2015132535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車の翼部の欠陥に蛍光液を浸透させた後、該羽根車を軸周りに回転しながら撮像して、前記欠陥を発光軌跡として検出する羽根車の検査方法であって、
前記撮像を、前記羽根車の回転軸に垂直な面に対して俯角或いは仰角をなす方向から行って、前記発光軌跡を楕円弧として検出し、
次いで、前記楕円弧を含む仮想楕円を特定し、該仮想楕円上にある発光軌跡の最大の断続部を除いた楕円弧の開き角度が閾値より大きい時、前記羽根車に疑貫通欠陥が存在すると判断することを特徴とする羽根車の検査方法。
【請求項２】
前記撮像を、前記俯角をなす方向と前記仰角をなす方向の両方から行うことを特徴とする請求項１に記載の羽根車の検査方法。
【請求項３】
前記俯角或いは仰角を、１０度から４０度の範囲にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の羽根車の検査方法。
【請求項４】
前記閾値を、前記仮想楕円の中心座標と、前記仮想楕円の長軸長及び／又は短軸長の関数として設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の羽根車の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車の検査方法に関するものであり、翼部に貫通が疑われる欠陥（以下、疑欠陥という）が存在する羽根車を判別する検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸透探傷試験方法は、古くから各種機器・部材表面の微細なクラックやピンホールの探傷に汎用されていて、ＪＩＳには、「ＪＩＳ−Ｚ２３４３」として規格化されている。この試験方法は、視認出来ないような微細な表面疵の検出に有効な方法とされている。
また、鋳造品の表面疵の検出方法には、蛍光浸透探傷法が知られている。この方法は、表面疵を蛍光浸透探傷液（蛍光剤）の蛍光発光として視認するものであり、鋳造品表面の微細疵の発見に有効な方法とされている。
【０００３】
蛍光浸透探傷法の例として、特許文献１には、蛍光浸透探傷法を利用した鋳造体（タービンホイール）の検査方法が開示されている。具体的には、鋳造体の欠陥部に蛍光剤のマーキングを施した後、紫外線を照射し、さらに被検体を連続回転した状態で撮像し、欠陥部の発光を回転移動の軌跡として蛍光画像データを取得し、該画像データを基に画像処理を行い被検体の欠陥部を検査する外観検査方法が記載されている。
また、特許文献１には、前記被検体を静止した状態で赤色可視光を照射して撮像し、得られた画像データから被検体の輪郭画像を検出し、前記蛍光発光画像と前記輪郭画像を重ね合わせて欠陥の位置を決定する外観検査方法も記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、被検体上の傷の大きさおよび位置を高精度に検出することが可能な蛍光浸透探傷法が開示されている。具体的には、蛍光剤を表面に浸透させた被検体を所定の検査位置に位置決めするステップと、暗室内で紫外線を照射し蛍光静止画像を取得するステップと、被検体を３次元位置計測し３次元形状を取得するステップと、前記蛍光静止画像から蛍光部分を抽出し前記３次元形状情報とを関連付けた蛍光浸透探傷用データを得るデータ処理ステップとを有する蛍光浸透探傷法が記載されている。
【０００５】
また、蛍光浸透探傷法の例では無いが、特許文献３には、羽根車の羽根のピンホール欠陥を確実に検出する羽根車の欠陥検査方法が開示されている。具体的には、被検査羽根の裏面側に隣接する羽根にスポット光を照射し、当該羽根の表面上で拡散した光を被検査羽根の裏面全面に入射させ、被検査羽根の表面側から透過してくる光によりピンホール欠陥の有無を判定する羽根車の欠陥検査方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０８３２８５号公報
【特許文献２】特開２００８−３０９６０３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９０２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
羽根車の翼部に存在する貫通欠陥は、略直進孔を形成して光が透過する「透光性貫通欠陥」（ピンホール欠陥）と、非直進孔や細孔である為に光が透過せず、貫通が疑われる「疑貫通欠陥」とに大別される。翼部に貫通欠陥が存在すると、羽根車の回転中、貫通欠陥を起点に翼部に亀裂が入り、翼部を破損してしまう可能性がある。従って、「透光性貫通欠陥」「疑貫通欠陥」に係わらず、翼部に存在する貫通欠陥は検出出来ることが好ましい。
透光性貫通欠陥は、翼部を透過する光により検出することが出来るが、疑貫通欠陥はこの方法で検出することが出来ない。よって、疑貫通欠陥の有無は、翼部表裏の欠陥位置を照合することにより判断がなされている。
【０００８】
特許文献１には、羽根車の翼部の欠陥を蛍光浸透探傷法を用いて検出する検出方法が記載されているが、疑貫通欠陥の検出については記載されていない。
【０００９】
また、特許文献２には、欠陥位置を発光画像と３次元形状の同時測定により特定する方法が記載されているが、疑貫通欠陥の検出については記載されていない。
【００１０】
また、特許文献３は、羽根車の翼部に形成された透光性貫通欠陥を検出する方法が記載されているが、疑貫通欠陥の検出については記載されていない。
【００１１】
そこで本発明では、羽根車の翼部表裏に形成された欠陥位置を簡便な処理で照合し、翼部に疑貫通欠陥が存在する羽根車を判別出来るようにする、羽根車の検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の羽根車の検査方法は、羽根車の翼部の欠陥に蛍光液を浸透させた後、該羽根車を軸周りに回転しながら撮像して、前記欠陥を発光軌跡として検出する羽根車の検査方法であって、
前記撮像を、前記羽根車の回転軸に垂直な面に対して俯角或いは仰角をなす方向から行って、前記発光軌跡を楕円弧として検出し、
次いで、前記楕円弧を含む仮想楕円を特定し、該仮想楕円上にある発光軌跡の最大の断続部を除いた楕円弧の開き角度が閾値より大きい時、前記羽根車に疑貫通欠陥が存在すると判断する。
【００１３】
また、本発明の羽根車の検査方法では、前記撮像を、前記俯角をなす方向と前記仰角をなす方向の両方から行うことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の羽根車の検査方法では、前記俯角或いは仰角を、１０度から４０度の範囲にすることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の羽根車の検査方法では、前記閾値を、前記仮想楕円の中心座標と、前記仮想楕円の長軸長及び／又は短軸長の関数として設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の羽根車の検査方法によれば、発光軌跡の画像データを簡便に処するだけで、翼部表裏の欠陥位置を照合することが出来、翼部に疑貫通欠陥が存在する羽根車を判別することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の検査方法を採用可能な、タービンホイールの検査装置の一例を示す概略図である。
【図２】本実施形態において、ＣＣＤカメラに撮像された翼部欠陥からの発光軌跡を説明する模式図である。
【図３】本実施形態において、発光軌跡とそれに近似される仮想楕円を示した図である。
【図４】本実施形態において、疑貫通欠陥が翼部の外周上端側に存在する場合の発光軌跡を示す模式図である。
【図５】本実施形態において、疑貫通欠陥が翼部の下端側に存在する場合の発光軌跡を示す模式図である。
【図６】本実施形態において、疑貫通欠陥が異なる翼部に存在する場合の発光軌跡を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の羽根車の検査方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の検査方法を採用可能な、タービンホイールの検査装置の一例を示す概略図である。図１に示すように、本発明を採用可能な検査装置９には、蛍光画像撮像用ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂ、レンズ３ａ、３ｂ、ブラックライト４ａ、４ｂ、回転台５、制御装置７、暗室８、が配されている。
【００２０】
２式のＣＣＤカメラ２ａ、２ｂは、タービンホイール１の翼部を撮像出来るよう、タービンホイール１に向けて配されていて、タービンホイール１の回転軸に垂直な面に対し、俯角α或いは仰角βをなすようにして配されている。
なお、羽根車の撮像は、必ずしも複数の方向から行う必要は無いが、タービンホイール１のように複雑な翼部形状の撮像では、一方向からの撮像にすると死角を生じて欠陥を見落とす可能性がある。よって、本実施形態では、タービンホイール１を俯角αと仰角β両方の角度から撮像し、翼部を死角なく撮像出来るようにすることが好ましい。
【００２１】
また、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂの配置は、俯角αを大きくすると、翼部裏面部分に死角を生じる可能性があり、仰角βを大きくすると、翼部表面部分やタービンホイール下面に遮蔽される部分に死角を生じる可能性がある。さらに、俯角α、仰角βを小さくすると、撮像により得られる発光軌跡が略直線状になってしまい、後述する疑貫通欠陥の判断が難しくなる可能性がある。
以上から、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂは、俯角α、仰角βを適正な角度範囲にして配することが好ましく、タービンホイール１の撮像では、俯角α或いは仰角βを、１０度から４０度の範囲にすることが好ましい。
なお、本実施形態では、２式のＣＣＤカメラ２ａ、２ｂによりタービンホイール１を撮像しているが、ＣＣＤカメラを３式以上配して、翼部全体をより死角なく撮像することも出来る。
【００２２】
ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂは、レンズ３ａ、３ｂを介すことにより発光軌跡を鮮明な画像として撮像する。なお、これらレンズ３ａ、３ｂは、複数の発光軌跡を容易に対比出来るよう、発光軌跡を平行投影画像にして撮像可能なテレセントリックレンズにすることが好ましい。
【００２３】
また、タービンホイール１の周囲には、翼部に紫外線が照射されるよう、２式のブラックライト４ａ、４ｂが配されている。これらブラックライトも３式以上配しても良く、ブラックライトの数を増やして、タービンホイール１の翼部全体に紫外線が照射されるようにすることも出来る。また、ブラックライト４ａ、４ｂの形状は、図のような矩形以外にも、円形や不定形のものを用いることが可能であり、翼部に対してより効果的に紫外線を照射出来るようにしても良い。
【００２４】
また、回転台５は、不図示のチャックによりタービンホイール１を保持することが出来、タービンホイール１を軸中心に回転させることが出来る。また、回転台５は、不図示のサーボモータに接続されていて、タービンホイール１を所定回転角に位置決めしたり連続回転させることも出来るようにしている。
【００２５】
また、制御装置７は、照明制御部７ａ、データ取得部７ｂ、回転制御部７ｃ、演算・制御部７ｄを備えている。
照明制御部７ａは、ブラックライト４ａ、４ｂに接続されていて、画像データの処理結果に基づき紫外線の照射量を制御することが出来、最適な発光画像を得ることが出来るようにしている。
また、データ取得部７ｂは、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂに接続されていて、発光画像を画像データとして取得出来るようにしている。
また、回転制御部７ｃは、回転台５に接続されていて、画像データの処理結果に基づきタービンホイール１の回転を制御することが出来、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂにより、最適な発光画像を得ることが出来るようにしている。
また、演算・制御部７ｄは、照明制御部７ａと回転制御部７ｃに命令を出すことにより、最適な発光画像を得ることが出来るようにしていると共に、データ取得部７ｂで取得した画像データを処理して、タービンホイール１の翼部における疑貫通欠陥の有無を判断出来るようにしている。
【００２６】
暗室８は、タービンホイール１、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂ、レンズ３ａ、３ｂ、ブラックライト４ａ、４ｂ、ワーク回転台５を外部から遮光し、ブラックライト４からの紫外線以外の光がタービンホイール１に照射されないようにしていて、翼部の欠陥からの発光の指示模様が微弱であっても、発光画像を明瞭に撮像することが出来るようにしている。
【００２７】
次に、検査装置９の検査手順について説明する。
まず、通常の蛍光浸透探傷法の前処理により、蛍光剤をタービンホイール１の翼部の欠陥に浸透させた後、タービンホイール１を不図示のチャックにより回転台５上に固定する。
次に、回転台５をタービンホイール１の軸を中心に回転させるとともに、紫外線をブラックライト４ａ、４ｂからタービンホイール１に照射し、翼部欠陥からの発光をＣＣＤカメラ２ａ、２ｂにより撮像する。その際、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂは、タービンホイール１が１回転以上する間、連続露光することとし、上記翼部欠陥の発光が発光軌跡として撮像されるようにする。
【００２８】
次に、データ取得部７ｂが、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂにより撮像された発光画像を、画像データとして取得し、演算・制御部７ｄが、上記画像データをノイズ除去して適当な閾値により２値化処理を行い、処理した画像データを基に、演算・制御部７ｄが、疑貫通欠陥の有無を判断する。
演算・制御部７の判断結果は、例えば、演算・制御部７に接続する表示部を設け、疑貫通欠陥の有無を視認して、タービンホイール１を人手で仕分けられるようにしたり、演算・制御部７が判断データを出力して、そのデータを基に、タービンホイール１を機械的に仕分けられるようにすることが好ましい。
【００２９】
次に、翼部における疑貫通欠陥の有無を判断する原理について説明する。なお、以下の説明では、ＣＣＤカメラ２ａの撮像を基に疑貫通欠陥の有無を判断する方法を示しているが、ＣＣＤカメラ２ｂについても同様の判断をすることが出来る。そして、実際のタービンホイール１の検査では、疑貫通欠陥の有無を、ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂそれぞれの結果を基に総合的に判断することが好ましいものである。
【００３０】
図２は、ＣＣＤカメラ２ａが撮像した翼部欠陥からの発光軌跡を説明する模式図であり、翼部の表面側に発光する指示模様を１０ａ、指示模様１０ａが形成した発光軌跡を１１ａ、翼部の裏面側に発光する指示模様を１０ｂ、指示模様１０ｂが形成した発光軌跡を１１ｂで示している。なお、図２では、タービンホイール１の回転に合わせて指示模様１０ａ、１０ｂが移動する様子を表すために、複数の指示模様１０ａ、１０ｂを図中に示している。
【００３１】
本実施形態では、撮像を極低照度の暗室８内で行う為、タービンホイール１自体はＣＣＤカメラ２ａに撮像されず、発光軌跡１１ａ、１１ｂのみがＣＣＤカメラ２ａに撮像される。そして、タービンホイール１に対するＣＣＤカメラ２ａの角度（伏角α）を適当な角度に設定することで、発光軌跡１１ａ、１１ｂを図のような楕円弧状にして撮像することが出来る。
【００３２】
ここで、ＣＣＤカメラ２ａに撮像された指示模様１０ａ、１０ｂが、疑貫通欠陥からの発光である場合、指示模様１０ａ、１０ｂは、翼部表裏の略同位置からの発光軌跡として撮像されるので、指示模様１０ａ、１０ｂが形成する発光軌跡１１ａ、１１ｂは、特定の仮想楕円から、タービンホイール１自身或いは翼部による隠蔽部１２（破線部）を除外した、開き角度１４をなす楕円弧として撮像することが出来る。言い換えれば、発光軌跡１１ａ、１１ｂを、同一仮想楕円上にあって開き角度１４をなす楕円弧として撮像することが出来る。
【００３３】
ここで、２本の楕円弧状の発光軌跡が、同一仮想楕円上にあることの判断方法について説明する。図３は、画像データ６を概念的に示した図であり、楕円弧にして撮像された発光軌跡２１ａ、２１ｂそれぞれを含んだ仮想楕円２６ａ、２６ｂを示した図である。これら仮想楕円２６ａ、２６ｂは、発光軌跡２１ａ、２１ｂのデータを基に、最小二乗法やハフ変換等の既知の手法を用いて算出することが出来る。
発光軌跡２１ａ、２１ｂが同一仮想楕円上にある場合、仮想楕円２６ａ、２６ｂは一致する。よって、仮想楕円２６ａ、２６ｂそれぞれについて中心座標、長軸長及び短軸長を算出し、これら数値を比較すれば、仮想楕円２６ａ、２６ｂの同一性を判断することが出来、発光軌跡２１ａ、２１ｂが、同一仮想楕円上にあるか否かを判断することが出来る。
なお、レンズ３ａにテレセントリックレンズを用いた場合、仮想楕円２６ａ、２６ｂは相似形に撮像されるので、上記比較では、仮想楕円２６ａ、２６ｂの中心座標と、仮想楕円２６ａ、２６ｂの長軸長又は短軸長を比較すれば良い。
【００３４】
ここで、発光軌跡２１ａ、２１ｂは、翼部の厚みの影響や、指示模様の大きさ・形状により、仮想楕円２６ａ、２６ｂを完全に一致させることが出来ない場合がある。よって、仮想楕円２６ａ、２６ｂの同一性を判断する際には、仮想楕円２６ａ、２６ｂそれぞれの中心座標、長軸長及び短軸長について特定の幅を持たせて判断することが好ましく、その幅は、翼部の厚みと予想される欠陥サイズを足した２倍程度にして判断することが好ましい。
【００３５】
また、図２において、欠陥が非貫通欠陥であった場合、指示模様は１０ａあるいは１０ｂのいずれかしか現れないため、発光軌跡は１１ａあるいは１１ｂのいずれか一方のみが撮像され、その楕円弧が形成する開き角度は１５ａあるいは１５ｂとなり、
疑貫通欠陥の発光軌跡の開き角度１４より小さくなる。
従って、撮像された楕円弧の開き角１４に対する閾値を設け、楕円弧の開き角１４が閾値より大きい発光軌跡が撮像された時、タービンホイール１の翼部に疑貫通欠陥が存在すると判断することが出来る。
【００３６】
上記判断に用いられる閾値は、翼部表裏の発光軌跡１１ａ、１１ｂそれぞれが形成する開き角度１５ａ、１５ｂよりも大きく、仮想楕円から最大の断続部である隠蔽部１２を除いた楕円弧の開き角１４よりも小さい値に設定することが好ましく、具体的にはそれら角度の中間の角度に設定することが好ましい。
【００３７】
また、図４に、疑貫通欠陥が翼部の外周上端側に存在する場合の発光軌跡１１ａ、１１ｂの模式図を示し、図５に、疑貫通欠陥が翼部の下端側に存在する場合の発光軌跡の模式図を示す。
【００３８】
図４、図５に示されるように、タービンホイール１自身或いは翼部による隠蔽部１２（破線部）の大きさは、欠陥の形成位置により異なるので、発光軌跡１１ａ、１１ｂの開き角１４も、欠陥の形成位置により異なる大きさに撮像される。また、図には示していないが、開き角１４は、タービンホイール１の形状やＣＣＤカメラの配置によっても異なる大きさに撮像される。
従って、前述の閾値を設定する際には、あらかじめ翼部表面の全ての場所において、欠陥の発生箇所と、その欠陥の発光軌跡が描く楕円弧の開き角をシミュレーションにより求めることが好ましく、上記欠陥の発生箇所と楕円弧の形状を、画像データ６上の仮想楕円に関する数値に変換し、前述の閾値を、仮想楕円の中心座標と、仮想楕円の長軸長及び／又は短軸長の関数として設定することが好ましい。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは無い、例えば、本実施形態では、疑貫通欠陥の判断に用いる発光画像を、テレセントリックレンズにより平行投影撮像した場合について説明してきたが、非テレセントリックレンズにより発光を撮像し、得られた発光画像を既知の方法で平行投影画像に変換しても良い。
【００４０】
また、本実施形態では、タービンホイール１を連続１回転させ、その間ＣＣＤカメラを連続露光して、欠陥の指示模様を楕円弧状の発光軌跡として撮像したが、タービンホイール１を間欠回転させ、静止撮像した複数枚の発光画像から発光軌跡を求めることも出来る。
【００４１】
また、図６は、疑貫通欠陥が異なる翼部に存在する場合の発光軌跡を示す模式図であり、ｚ軸をタービンホイールの回転軸に一致させた円筒座標系１８において、異なる翼部に存在して、半径ｒ１と高さｚ１が同一の欠陥１７ａ、１７ｂを示したものである。
本発明の検査方法によれば、図６に示される欠陥１７ａ、１７ｂの発光軌跡は、同一仮想楕円上に楕円弧として撮像されるので、欠陥１７ａ、１７ｂは疑貫通欠陥として判断されることになる。このような欠陥を除外して判断出来るようにするには、回転移動する指示模様の角度情報（図６におけるθ情報）を判断材料に加えれば良く、例えば、上記の間欠回転方式との組み合わせによりタービンホイールの回転角度と指示模様の位置関係を求め、指示模様と発光軌跡の関連性から、欠陥１７ａ、１７ｂが同一翼部であるか否かを判断すれば良い。
【符号の説明】
【００４２】
１    タービンホイール
２ａ、２ｂ    ＣＣＤカメラ
３ａ、３ｂ    レンズ
４ａ、４ｂ    ブラックライト
５    回転台
６    画像データ
７    制御装置
８    暗室
９    検査装置
１０ａ、１０ｂ    指示模様
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ    発光軌跡
１２    隠蔽部
１３    不連続部
１４、１５ａ、１５ｂ  開き角度
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ  仮想楕円
１７ａ、１７ｂ  指示模様
１８  円筒座標系
α    俯角
β    仰角
【図３】
2015132535.tif 000003
【図１】
2015132535.tif 000004
【図２】
2015132535.tif 000005
【図４】
2015132535.tif 000006
【図５】
2015132535.tif 000007
【図６】
2015132535.tif 000008