(57)【要約】      （修正有）【課題】例えば面取り部、ベベル、フィレット及びその他の部品特徴形状部に見ることができるようなエッジ鋭利部を生じる可能性がある、部品特徴部及び／又は幾何学的不連続部のようなエッジ急変部を特徴付けるためのコンピュータ実行の方法、システム及びコンピュータプログラムコードを提供する。【解決手段】部品内のエッジの最初のセグメントに対応するウィンドーサイズを設定するためのインタフェースと、前記部品内のエッジ急変部を含む前記エッジのイメージングデータポイントを処理するプロセッサと、前記エッジに適合する直線に基づく複数の相互接続直線によって形成された線を生成する３６プロセッサと、前記エッジの勾配差を計算する３８プロセッサと、前記計算した勾配差の大きさの変化に基づいて、第１のエッジ急変ポイントを特定する４０プロセッサと、前記第１の湾曲屈曲部を特徴付けるために曲率半径を計算するプロセッサと、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（１０）内のエッジ急変部の１つ又はそれ以上の幾何学的パラメータを定量的に特徴付けるためのシステムであって、
前記部品内のエッジの最初のセグメントに対応する選択可能な数のイメージングデータポイントを処理するためにウィンドーサイズを設定する（３２）ためのユーザインタフェースと、
それらの少なくとも１つが前記部品内のエッジ急変部を含む前記エッジの連続セグメントに対応するそれぞれのイメージングデータポイントを処理するために前記ウィンドーをスライドさせる（３４）ためのプロセッサと、
前記エッジの各連続セグメントに適合する直線に基づく複数の相互接続直線によって形成された線を生成する（３６）ためのプロセッサと、
前記エッジの各連続セグメントの相互接続直線に沿って勾配差を計算する（３８）ためのプロセッサと、
前記計算した勾配差の大きさの変化に基づいて、前記エッジ急変部の第１の湾曲屈曲部を表す第１のエッジ急変ポイントを特定する（４０）ためのプロセッサと、
前記第１の湾曲屈曲部を特徴付けるために曲率半径を計算する（４２）ためのプロセッサと、
を含むシステム。
【請求項２】
単一のプロセッサユニットが、前記各プロセッサを構成する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記計算した勾配差の大きさの別の変化に基づいて、前記エッジ急変部の第２の湾曲屈曲部を表す第２のエッジ急変ポイントを特定するためのプロセッサをさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の湾曲屈曲部を特徴付けるために曲率半径を計算するためのプロセッサをさらに含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記エッジ急変部についての前記第１の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径と、もし存在すれば、前記第２の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径とに関する英数字情報を、ユーザインタフェースパネルを通して表示するためのユーザディスプレイをさらに含む、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記エッジ急変部についての前記第１の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径と、もし存在すれば、前記第２の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径とに関するグラフィカル情報を、ユーザインタフェースパネルを通して表示するためのユーザディスプレイをさらに含む、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
部品内のエッジ急変部の１つ又はそれ以上の幾何学的パラメータを定量的に特徴付けるコンピュータ実行の方法であって、
前記部品内のエッジの最初のセグメントに対応する選択可能な数のイメージングデータポイントを処理するためにウィンドーサイズを設定するステップ（３２）と、
それらの少なくとも１つが前記部品内のエッジ急変部を含む前記エッジの連続セグメントに対応するそれぞれのイメージングデータポイントを処理するために前記ウィンドーをスライドさせるステップ（３４）と、
前記エッジの各連続セグメントに適合する直線に基づく複数の相互接続直線によって形成された線を生成するステップ（３６）と、
前記エッジの各連続セグメントの相互接続直線に沿って勾配差を計算するステップ（３８）と、
前記計算した勾配差の大きさの変化に基づいて、前記エッジ急変部の第１の湾曲屈曲部を表す第１のエッジ急変ポイントを特定するステップ（４０）と、
前記第１の湾曲屈曲部を特徴付けるために曲率半径を計算するステップ（４２）と、
を含むコンピュータ実行の方法。
【請求項８】
前記計算した勾配差の大きさの別の変化に基づいて、前記エッジ急変部の第２の湾曲屈曲部を表す第２のエッジ急変ポイントを特定するステップをさらに含む、請求項７記載のコンピュータ実行の方法。
【請求項９】
前記第２の湾曲屈曲部を特徴付けるために曲率半径を計算するステップをさらに含む、請求項８記載のコンピュータ実行の方法。
【請求項１０】
前記エッジ急変部についての前記第１の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径と、もし存在すれば、前記第２の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径とに関する英数字情報を、ユーザインタフェースパネルを通して表示するステップをさらに含む、請求項９記載のコンピュータ実行の方法。
【請求項１１】
前記エッジ急変部についての前記第１の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径と、もし存在すれば、前記第２の湾曲屈曲部を特徴付ける曲率半径とに関するグラフィカル情報を、ユーザインタフェースパネルを通して表示するためのユーザディスプレイをさらに含む、請求項９記載のコンピュータ実行の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には機械加工部品の製造に関連した測定技術に関し、より具体的には、部品内のエッジ急変部の１つ又はそれ以上の幾何学的パラメータを特徴付けるためのコンピュータ実行の方法、システム及びコンピュータプログラムコードに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン翼形部、圧縮機ファン、ブレード根元部、等々のような部品に製造加工（例えば、機械加工）を行うと、そのような部品内に形成されたエッジは、比較的鋭利になる可能性がある。鋭利なエッジ急変部又は不連続部は、熱的及び／又は機械的応力を受けた時に急速に磨耗しまた割れを生じる可能性がある薄い材料のセクションを形成する場合がある。従って、そのような部品のエッジ急変部は、適当な機械的性質を達成するような適切な構成又は形状にされることが望ましい。そのようなエッジ急変部の正確な測定及び特徴付けは、現在のところ時間がかかり、また達成することが難しい。
【０００３】
部品内のエッジ急変部を特徴付けるための公知の測定方法は、しばしば計画的及び計画外の加工を伴う手作業を必要とする。例えば、計画的加工は、コーナ部又は屈曲部を仕上げかつ図面の特徴形状部を作製することを目的とするものであり、一方、計画外の加工は、その部品の取扱い中に発生する可能性がある欠け、へこみ及び掻き傷の再加工及び補修を含む場合がある。そのような手作業は、手動的に行われるので、作業者の訓練及び／又は熟練レベルの違いにより、エッジ急変部の特徴付けに望ましくないバラツキが持ち込まれる可能性がある。作業者に高いレベルの訓練を施すことは、費用がかかり、また十分に満足な解決策が得られない可能性がある。例えば、二人のよく訓練された作業者であっても、同一のエッジ急変部を評価した時に異なる結果を得る場合があることが観察された。
【特許文献１】米国特許出願第11/274578号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、上記欠点に影響されずにエッジ急変部を定量的に特徴付けるための自動化方法を提供することが望ましい。さらに、所定のエッジ急変部についてあらゆる適用可能なパラメータを適切に特徴付けるような比較的高度な反復性及び精度を一貫して達成することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のひとつは、部品（１０）内のエッジ急変部の１つ又はそれ以上の幾何学的パラメータを定量的に特徴付けるためのシステムであって、前記部品内のエッジの最初のセグメントに対応する選択可能な数のイメージングデータポイントを処理するためにウィンドーサイズを設定する（３２）ためのユーザインタフェースと、それらの少なくとも１つが前記部品内のエッジ急変部を含む前記エッジの連続セグメントに対応するそれぞれのイメージングデータポイントを処理するために前記ウィンドーをスライドさせる（３４）ためのプロセッサと、前記エッジの各連続セグメントに適合する直線に基づく複数の相互接続直線によって形成された線を生成する（３６）ためのプロセッサと、前記エッジの各連続セグメントの相互接続直線に沿って勾配差を計算する（３８）ためのプロセッサと、前記計算した勾配差の大きさの変化に基づいて、前記エッジ急変部の第１の湾曲屈曲部を表す第１のエッジ急変ポイントを特定する（４０）ためのプロセッサと、前記第１の湾曲屈曲部を特徴付けるために曲率半径を計算する（４２）ためのプロセッサと、を含む。
【０００６】
本発明のこれらの及びその他の利点は、添付の図で構成した図面を参照して以下の説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、タービンブレードのブレード根元部のような例示的な部品１０を示しており、部品１０は、丸コーナ部を有する面取り部のようなエッジ急変部１４を備えたスロット１２を含む。面取り部、ベベル、フィレット及びその他の部品特徴形状部に見ることができるようなエッジ鋭利部を生じる可能性がある部品特徴部及び／又は幾何学的不連続部は、本説明の関連ではエッジ急変部（ｅｄｇｅ  ｂｒｅａｋ）と呼ぶことにする。
【０００８】
図２は、例えば光学式エッジ急変部センサで取得することができるような、エッジ急変部１４に対応する複数のイメージング縞パターンで構成された画像１６を示す。本発明と同一の譲受人によって開発された画期的な手持ち型光学式エッジ急変部センサに関する背景情報を望む読者は、米国特許出願第11/274578号を参照されたい。
【０００９】
図４は、エッジ急変部１４の例示的な輪郭を表した線１８を示す。１つの例示的な実施形態では、線１８は、３次元イメージングデータ２０における切断線４−４（図３）に沿うような数学的適合を表している。線１８は、光学式エッジ急変部センサで取得したイメージング縞パターン１６からコンピュータで抽出することができるようなイメージングポイントで構成されている。イメージングデータを抽出するための例示的な処理法は、当業者には理解されているような位相シフト法、三角測量法及びその他の光学的処理法を含むことができる。
【００１０】
本発明の発明者は、本質的に自動化方式で部品内のエッジ急変部の１つ又はそれ以上の幾何学的パラメータを定量的に特徴付けるための画期的なコンピュータ実行の方法を見出した。図５に示すのは、本発明の態様を具体化したプロセスの例示的なステップを示すフロー図である。
【００１１】
例示的なベベルタイプのエッジ５０の代表的な標準名称（表示）を図６に示す。例えば、ベベル５０は、２つのエッジ５２及び５４と、２つの急変ポイント５６及び５８と、１つの中間領域６０とを含む。一般的に、エッジ５２及び５４は、各側にそれぞれのエッジ急変部（例えば、丸コーナ部）に至る線形（直線）（又は非線形（非直線））セグメントを含むことができる。急変ポイントは、エッジが湾曲転換を示し始める以前のエッジ上の最終ポイントとして定義することができる。中間領域は一般的に、２つの急変ポイント間に位置している。
【００１２】
このタイプのエッジを特徴付ける可能な例示的な方法は、
１．エッジ５２及び５４の平坦度が指定公差内にあることを判定するステップと、
２．中間領域６０を指定公差域内に位置させるステップと、
３．中間領域内に何らの陥凹部も存在しないことを判定するステップと、
４．各湾曲転換部（屈曲部）に対する指定最小値に合致するそれぞれの半径を確定するステップと、
を含むことができる。
【００１３】
一般的に、エッジの平坦度は、幾つかのエッジポイントにわたる線形性パラメータを計算することによって、例えば直線（線）に適合する幾つかのエッジポイントの最小二乗適合によって判定することができる。従って、以下でさらに説明するように、含むべきポイントの数を適切に選択することは、考慮すべき事項である。
【００１４】
図５に戻ると、開始ステップ３０に続いて、ステップ３２は、エッジの最初のセグメントに対応する選択可能な数のイメージングデータポイントを処理するためにウィンドーサイズを設定することを可能にする。ステップ３４は、それらの少なくとも１つがエッジ急変部を含む該エッジの連続セグメントに対応するそれぞれのイメージングデータポイントを処理するためにウィンドーをスライドさせることを可能にする。１つの例示的な実施形態では、急変ポイント及び対応する最終ポイントとの間のポイントのほぼ１／３を使用することにより、スライドウィンドーに十分なサイズが得られることが実験によって判明した。スライドボックスのサイズは、如何なる特定のサイズにも限定されるものではないことが理解されるであろう。
【００１５】
ステップ３６は、エッジの各連続セグメントにフィットする直線（線形）に基づく複数の相互接続直線によって形成された線を生成することを可能にする。図６に示す線図は、そのように生成した線の１つの実例である。ステップ３８は、エッジの各連続セグメントの相互接続直線に沿って勾配差を計算することを可能にする。図８のグラフは、例示的なエッジの様々なセグメントに沿った計算した勾配及び勾配差の線図である。
【００１６】
ステップ４０は、計算した勾配差の大きさの変化に基づいて、第１のエッジ急変ポイントを特定することを可能にする。第１のエッジ急変ポイントは、エッジ急変部の第１の湾曲転換部を表す。図６のポイント５６は、第１のエッジ急変ポイントの実例であり、同図のポイント５８は、第２のエッジ急変ポイントの実例である。急変ポイントの位置は、公差域との整合性を判定するために使用することができる。
【００１７】
戻りステップ４４に先立って、ステップ４２は、第１の湾曲転換部を特徴付けるために曲率半径を計算することを可能にする。例えば、図９の半径Ｒ１＊は、そのような半径を表している。上に述べたように、計算した半径は、各湾曲セグメントにつての指定最小値と合致すべきである。もしそれが存在すれば、エッジ急変部の一部となる可能性がある第２の湾曲転換部を特徴付けるために同様の計算を行うことができる。
【００１８】
図７は、それぞれの半径によって特徴付けることができる単一の丸形屈曲部７０を含むエッジ急変部を示す。図７はさらに、スライド可能なウィンドー７２を示し、ウィンドー７２は、開始ポイント７４から第１のエッジ７６に沿って第１のエッジ急変ポイント７８に向かってスライドし、湾曲転換部７０に沿ってスライドし、また第２のエッジ急変ポイント８０から第２のエッジ８２に沿って最終ポイント８４に向かってスライドすることができる。線のいずれの端部からでもエッジポイントの処理を開始することができることが分かるであろう。
【００１９】
操作中、ウィンドーをエッジの成形輪郭に沿ってスライドさせることによって、設定したウィンドーサイズにより取り囲まれた幾つかのポイントを使用して、一連の直線を適合させることができる。基本的な数学的原理により、あらゆる２つの隣り合う直線間の勾配差を計算することによって、エッジの輪郭に対する近似曲線マップを得ることができる。
【００２０】
図８は、例示的なエッジについての勾配９０の計算値及び勾配差９２の計算値のそれぞれのグラフを示す。勾配差のグラフで分かるように、勾配導関数における符号変化がある、つまりエッジが湾曲し始めることを示す少なくとも２つの位置９６が存在する。輪郭上の局所的最小値９７及び９９は各々、それぞれの最小半径に対応するそれぞれの位置であると考えることができることを示しているといえる。曲線の第１の導関数（勾配）及び第２の導関数（勾配差）に関する直截的な数学的概念を使用して、次のように述べることができる。
【００２１】
１．図８の水平軸に沿ったデータは、エッジを構成する様々な相互接続セグメントの適合直線に沿った移動位置に対応する。従って、相互接続セグメントに沿った勾配差の計算は、エッジの輪郭に対する曲率マップを推定することを可能にする。
【００２２】
２．平坦なエッジセグメントは本質的に、勾配差の絶対値がゼロである領域に対応する。つまり、勾配値は一定である。
【００２３】
３．急変ポイントは、勾配差の絶対値がまさにゼロでなくなり始める移行ポイントであると考えられる。つまり、勾配の大きさは、一定値から変動状態に変化する。
【００２４】
４．各最小半径円は、それぞれの最小曲率値（ｋ）と対応するように位置させるべきである。
【００２５】
上に述べたように、本発明の態様を具体化したアルゴリズムを使用することによって、適合エッジ直線、急変ポイント及び最小円のようなエッジ急変部を特徴付けるためのあらゆる適用可能なパラメータを正確かつ一貫して確定することができる。エッジ急変部を特徴付けるためのそれぞれの最小円をグラフィカル表示するための例示的な報告１００を図９に示している。この報告は、公称半径値（Ｒ１及びＲ２）と本発明の態様により計算した半径値（Ｒ１*及びＲ２*）との間の例示的な定量的比較を含む。本発明の態様を用いて計算した最小半径の値は、公称半径の値に実質的に近いことを理解されたい。
【００２６】
本発明の操作態様では、以下の例示的な利点を得ることができることを意図している。
【００２７】
１．自動化：エッジ急変部評価プロセスは、作業者による最小の手動的対話で行うことができる。
【００２８】
２．高い効率：エッジ急変部の確定は、適当なユーザインタフェース内の単一のボタン又はアイコンをただクリックすることによって、数秒で実行することができる。
【００２９】
３．直感的に理解できる報告：エッジの評価報告は、単に英数字情報で提供することができるだけでなく、直感的に理解できかつユーザに優しいグラフィカルユーザインタフェースとして表示することもできる。
【００３０】
４．高いゲージ反復性及び再現性（ＧＲ＆Ｒ）：エッジ急変部評価は、最早や作業者依存性ではない。従って、本発明の態様を具体化したプロセスは、非常に高い反復性及び再現性を有する。
【００３１】
５．ユーザに優しいプロセス：エッジ急変部評価プロセスは、標準化することができ、またコスト効果がある方式で製造現場環境に適応させることができる。
【００３２】
本発明の態様はまた、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして具体化することができることが分かるであろう。コンピュータ可読媒体は、データを記憶することができかつその後コンピュータシステムによって読取ることができるあらゆるデータ記憶装置とすることができる。コンピュータ可読媒体の実例としては、読取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、磁気テープ、光学式データ記憶装置が含まれる。コンピュータ可読媒体はまた、コンピュータ可読コードが分散方式で記憶されかつ実行されるように、コンピュータシステムに結合されたネットワーク上に分散させることもできる。
【００３３】
以上の詳述に基づいて、本発明の態様は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はそれらのあらゆる組合せ又はサブセットを含むコンピュータプログラミング又はエンジニアリング法を使用して実行することができる。本発明によるコンピュータ可読コード手段を有するあらゆるそのような得られたプログラムは、１つ又はそれ以上のコンピュータ可読媒体内に具体化又は形成し、それによってコンピュータプログラムプロダクトつまり製品を製作することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）のような半導体メモリなど、或いはインターネット又はその他の通信ネットワーク又はリンクのようなあらゆる送受信媒体とすることができる。コンピュータコードを含む製品は、１つの媒体から直接コードを実行することによって、１つの媒体から他の媒体にコードをコピーすることによって、又はネットワーク上でコードを送信することによって、製作し及び／又は使用することができる。
【００３４】
本発明を製作し、使用し又は販売するための装置は、それに限定されないが、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、記憶装置、通信リンク及び装置、サーバ、入出力装置、或いは１つ又はそれ以上の処理システムのあらゆるサブコンポーネントを含む１つ又はそれ以上の処理システムとすることができ、この１つ又はそれ以上の処理システムのサブコンポーネントは、特許請求の範囲に記載したような本発明を具体化したソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア或いはそれらのあらゆる組合せ又はサブセットを含む。
【００３５】
ユーザ入力は、それによってデータをコンピュータに入力することができるキーボード、マウス、ペン、音声、タッチスクリーン、又はアプリケーションプログラムのようなその他のプログラムよるものを含むあらゆるその他の手段から受けることができる。
【００３６】
情報工学に精通した当業者は、上記のように作成したソフトウェアを適当な汎用又は専用コンピュータハードウェアと組合せて、本発明の態様を具体化したコンピュータシステム又はコンピュータサブシステムを容易に構成することができるであろう。
【００３７】
本明細書では本発明の特定の実施形態を図示かつ説明してきたが、そのような実施形態は単に実施例の目的のためのみに示していることは、理解されるであろう。当業者には、本明細書の発明から逸脱することなく、多くの変形、変更及び置換えが考えられるであろう。従って、本発明は、提出した特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲によってのみ限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】丸コーナ部を有する面取り部のようなエッジ急変部を有するスロットを含む例示的な部品を示す図。
【図２】図１に示すエッジ急変部に対応する複数のイメージング縞パターンを示す図。
【図３】図２に示す縞パターンからコンピュータで抽出できるような例示的な３次元（３−Ｄ）イメージングデータを示す図。
【図４】図１に示すエッジ急変部の例示的な輪郭を表した線を示す図。
【図５】本発明の態様を具体化したプロセスの例示的なステップを示すフロー図。
【図６】例示的な丸形エッジを特徴付けるために使用することができるような例示的なパラメータを示す図。
【図７】本発明の態様により処理される幾つかのデータポイントを選択するための例示的なスライドウィンドーを示す図。
【図８】エッジ急変部を特徴付けるために使用することができるような例示的な勾配曲線と勾配差曲線とを示す図。
【図９】エッジ急変部を特徴付けるための例示的な最小円を示し、また公称半径値と本発明の態様により計算した半径値との間の例示的な比較を含むグラフィカル報告を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１０  例示的な部品
１２  スロット
１４  エッジ急変部
１６  画像
１８  線
２０  ３次元イメージングデータ
３０  開始ステップ
３２  幾つかのイメージングデータポイントを処理するためにウィンドーサイズを設定するステップ
３４  イメージングデータポイントを処理するためにウィンドーをスライドさせるステップ
３６  線を生成するステップ
３８  勾配差を計算するステップ
４０  第１のエッジ急変ポイントを特定するステップ
４２  曲率半径を計算するステップ
４４  戻りステップ
５０  例示的なベベルタイプのエッジ
５２、５４  エッジ
５６、５８  急変ポイント
６０  中間領域
７０  単一の丸形屈曲部
７２  スライド可能なウィンドー
７４  開始ポイント
７６  第１のエッジ
７８  第１のエッジ急変ポイント
８０  第２のエッジ急変ポイント
９０  勾配のグラフ
９２  勾配差
９６  位置
９７、９９  局所的最小値
１００  例示的な報告
【図１】
2007139774.tif 000003
【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】
2007139774.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007139774.tif 000011