(57)【要約】【課題】物体を検査する方法およびシステムを提供すること。【解決手段】物体（１２）を検査する方法が、光源（２２）から光（４０）を発することと、前記光源から発した前記光を前記物体の表面に投影することと、前記物体表面から反射された光を第１イメージおよび第２イメージに分割することと、撮像センサを用いて前記第１イメージおよび前記第２イメージを受け取ることと、前記物体の少なくとも一部の検査を容易にするために、前記撮像センサ（２４）によって受け取られた前記第１イメージおよび前記第２イメージを分析することとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１２）を検査する方法であって、
光源（２２）から光（４０）を発することと、
前記光源から発した前記光を前記物体の表面に投影することと、
前記物体表面から反射された光を第１イメージおよび第２イメージに分割することと、
撮像センサ（２４）を用いて前記第１イメージおよび前記第２イメージを受け取ることと、
前記物体の少なくとも一部の検査を容易にするために、前記撮像センサによって受け取られた前記第１イメージおよび前記第２イメージを分析することと
を含む方法。
【請求項２】
光源（２２）から光（４０）を発することが、ＬＣＤデバイス、ＬＣＯＳデバイス、ＤＭＤ、レーザ、白色光ランプ、およびＬＥＤのうちの少なくとも１つから光を発することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
物体（１２）を検査する構造光測定システム（１０）であって、
前記物体の表面に構造光を投影するように構成された構造光源（２２）と、
前記物体表面から反射された構造光を受け取るように構成された撮像センサ（２４）と、
前記物体から反射された光を第１イメージおよび第２イメージに分割するように位置決めされた光分割デバイス（３４）と
を含む構造光測定システム（１０）。
【請求項４】
前記構造光源（２２）が、ＬＣＤデバイス、ＬＣＯＳデバイス、ＤＭＤ、レーザ、白色光ランプ、およびＬＥＤのうちの少なくとも１つを含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記光分割デバイス（３４）が、プリズム、レンズ、ホログラフィック素子、およびビームスプリッタのうちの少なくとも１つを含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１イメージをパターンに分散させるように位置決めされたパターン形成デバイス（３６）をさらに含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記パターン形成デバイス（３６）が、回折格子、位相格子、ＬＣＤデバイス、ＤＭＤデバイス、光弁、標準パターン、およびＬＣＯＳデバイスのうちの少なくとも１つを含む、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記第１イメージの光（４０）を第１パターンに分散させるように位置決めされた第１パターン形成デバイス（３６）と、
前記第２イメージの光（４２）を第２パターンに分散させるように位置決めされた第２パターン形成デバイス（３８）と
をさらに含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記第１パターン形成デバイス（３６）および前記第２パターン形成デバイス（３８）のそれぞれが、回折格子、位相格子、ＬＣＤデバイス、ＤＭＤデバイス、およびＬＣＯＳデバイスのうちの少なくとも１つを含む、請求項８記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記撮像センサ（２４）に機能的に接続され、前記第１イメージおよび前記第２イメージを組み合わせるように構成されたコンピュータ（２６）をさらに含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般的には物体の検査に関し、より具体的には、光測定システムを使用して物体を検査する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体は、時々、例えば物体の全体または一部のサイズおよび／または形状を判定するために、ならびに／あるいは物体の欠陥を検出するために、検査される。例えば、タービンブレードまたはコンプレッサブレードなどのガスタービンエンジン構成要素が、エンジンに誘導される振動応力、機械的応力、および／または熱応力によって引き起こされる可能性がある疲労亀裂を検出するために検査される。さらに、例えば、一部のガスタービンエンジンブレードが、プラットフォーム方位、輪郭断面、スタッキング軸に沿ったそりおよびねじり、厚さ、および／または所与の断面での弦長などの変形について検査される。経時的に、１つまたは複数の欠陥を有する物体の継続動作は、物体の性能を低下させ、かつ／または例えば亀裂が物体を介して伝搬する時などの物体の故障につながる場合がある。したがって、できる限り早期に物体の欠陥を検出することが、物体の性能を高め、かつ／または物体故障を減らすのを容易にする可能性がある。
【０００３】
物体の検査を容易にするために、少なくともいくつかの物体が、構造光パターンを物体の表面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た構造光パターンを撮像し、次に、反射された光パターンの変形を分析して、物体の表面特徴を計算する。しかし、物体の異なる区域が、異なる製造公差を有する場合がある。したがって、物体の一部の区域が、その公差を検査するのに十分なデータを得るために、他の区域より高い分解能の光が物体に投影されることを必要とする場合がある。一部の既知の光測定システムは、物体の検査に望まれる最高分解能あるいは、言い換えれば、物体のうちで最も厳しい公差を有する区域の検査に望まれる分解能で物体を検査する。しかし、より甘い公差を有する区域に関して、より高い分解能から余分なデータが得られる可能性がある。そのような余分なデータを、より甘い公差を有する区域について望まれる分解能にフィルタリングするか処理することができ、これによって、おそらくは物体の検査の時間および労力が増える。他の既知の光測定システムは、異なる分解能を有する異なる検査ツールを用いて異なる公差の物体区域を検査することができる。しかし、異なる検査ツールを用いて物体の異なる区域を検査することは、検査のためのシステムおよび／または物体のセットアップの時間を増やす可能性がある。さらに、検査される物体のすべての部分に関する検査データをマージするために、複数のセンサからのデータを一緒に位置合せしなければならず、これは、時間がかかり、および／またはむずかしい可能性がある。
【特許文献１】米国特許第６，６７８，０５７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様で、光源から光を発することと、前記光源から発した前記光を前記物体の表面に投影することと、前記物体表面から反射された光を第１イメージおよび第２イメージに分割することと、撮像センサを用いて前記第１イメージおよび前記第２イメージを受け取ることと、前記物体の少なくとも一部の検査を容易にするために、前記撮像センサによって受け取られた前記第１イメージおよび前記第２イメージを分析することとを含む、物体を検査する方法が提供される。
【０００５】
もう１つの態様で、物体を検査する構造光測定システムが、前記物体の表面に構造光を投影するように構成された構造光源と、前記物体表面から反射された構造光を受け取るように構成された撮像センサと、前記物体から反射された光を第１イメージおよび第２イメージに分割するように位置決めされた光分割デバイスとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、物体１２の複数の表面特徴を測定するのに使用される構造光測定システム１０の例示的実施形態のブロック図である。例えば、システム１０を使用して、物体１２の表面を検査し、判定することができ、この表面は、物体１２を表すモデルと比較した時に、傾き、曲げ、ねじれ、および／またはたわみなどの特徴を含む場合がある。
【０００７】
この例示的実施形態では、物体１２が、圧縮機またはタービンエンジンで利用されるタービンブレードなどであるがこれに限定されないロータブレードである。したがって、この例示的実施形態では、物体１２に、プラットフォーム１６から外に延びるエーロフォイル１４が含まれる。次の説明は、ガスタービンエンジンブレードの検査を対象とするが、当業者は、システム１０を利用して、任意の物体の構造光撮像を改善できることを諒解するであろう。
【０００８】
システム１０に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）プロジェクタ、ＬＣＯＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）プロジェクタ、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）プロジェクタ、レーザ、白色光ランプ、および／または発光ダイオード（ＬＥＤ）などであるがこれらに限定されない構造光源２２が含まれる。システム１０に、物体１２から反射された構造光を受け取る撮像センサ２４も含まれる。この例示的実施形態では、撮像センサ２４は、物体１２から反射された構造光を受け取り、これを使用してイメージを作成するカメラであるが、システム１０は、他の撮像センサ２４を利用することができる。１つまたは複数のコンピュータ２６が、センサ２４から受け取ったイメージを処理し、モニタ２８は、オペレータに情報を表示するのに利用することができる。一実施形態で、コンピュータ２６に、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、および／またはネットワークもしくはインターネットなどの別のデジタル供給源ならびにこれから開発されるデジタル手段などのコンピュータ可読媒体３２から命令および／またはデータを読み取るための、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、光磁気ディスク（ＭＯＤ）デバイス、および／またはイーサネット（登録商標）デバイスなどのネットワーク接続デバイスを含むすべての他のデジタルデバイスなどのデバイス３０が含まれる。もう１つの実施形態で、コンピュータ２６は、ファームウェア（図示せず）に保管された命令を実行する。コンピュータ２６は、本明細書で説明する機能を実行するようにプログラムされ、本明細書で使用される用語コンピュータは、当技術分野でコンピュータと称する集積回路に限定されるのではなく、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、プログラム可能ロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能な回路を幅広く指し、これらの単語は、本明細書で交換可能に使用される。
【０００９】
システム１０には、光分割デバイス３４、パターン形成デバイス３６、およびパターン形成デバイス３８も含まれる。他の光分割デバイス３４を使用することができるが、いくつかの実施形態で、光分割デバイス３４に、プリズム、レンズ、ホログラフィック素子、および／またはビームスプリッタが含まれる。光分割デバイス３４は、物体１２から反射された光を受け取るように位置決めされ、この例示的実施形態では、受け取った光を第１イメージの光４０および第２イメージの光４２に分割する。第１イメージの光４０は、光分割デバイス３４からパターン形成デバイス３６に向けられ、第２イメージの光４２は、デバイス３４からパターン形成デバイス３８に向けられる。光分割デバイス３４を、物体１２から反射された光を第１イメージおよび第２イメージに分割するものとして本明細書では図示し、説明するが、いくつかの実施形態で、光分割デバイス３４は、物体１２から反射された光を３つ以上のイメージに分割する。
【００１０】
パターン形成デバイス３６は、光４０を所定のパターン（図示せず）に分散させるように位置決めされる。この所定のパターンは、撮像センサ２４によって見られる第１イメージの所定の分解能をもたらすのを容易にする。２つのパターン形成デバイス３６および３８を図示し、説明するが、システム１０に、本明細書では任意の個数のイメージの光を任意の個数の所定のパターンに分散させる任意の個数のパターン形成デバイスを含めることができる。他のパターンを使用することができるが、いくつかの実施形態で、パターン形成デバイス３６は、第１イメージの光４０を回折パターンおよび／または干渉パターンに分散させる。他のパターン形成デバイス３６を使用することができるが、いくつかの実施形態で、パターン形成デバイス３６に、回折格子、位相格子、ＬＣＤデバイス、ＤＭＤデバイス、光弁、標準パターン、および／またはＬＣＯＳデバイスが含まれる。
【００１１】
例えば、いくつかの実施形態で、パターン形成デバイス３６は、光４０を回折パターンに分散させる回折格子である。いくつかの実施形態で、回折格子に、例えばロンチルーリング（ｒｏｎｃｈｉ  ｒｕｌｉｎｇ）などの周期的な線および余白のパターンが含まれる。しかし、回折格子に線および余白のパターンを含める必要はなく、周期的な線および余白のパターンを含める必要はさらにない。そうではなく、回折格子に任意のパターを含めることができ、かつ／または回折格子を基板に埋め込むことができる。例えば、いくつかの実施形態で、パターンに、線と余白のパターンが含まれ、線の間の間隔を所定の量だけ変更して、例えば、パターン形成デバイス３６から分散された光のイメージの一方の側から他方の側へピッチを増やして、イメージフィールドにまたがる倍率変化を補償する。パターンは、任意の適当な方法および／または基板を使用して構造上に形成することができる。例えば、いくつかの実施形態で、パターンが、基板に取り付けられかつ／または基板内に埋め込まれる金属素線（例えば、クロム素線）などであるがこれに限定されない、材料の複数の素線から形成される。他の実施形態では、パターンが、基板にエッチングされ、各エッチングされた部分に、金属（例えば、クロム）などであるがこれに限定されない適当な材料を充てんすることができる。この基板は他の材料から製造することができるが、いくつかの実施形態で、格子３６の基板は、ガラスおよび／または水晶から製造される。
【００１２】
いくつかの実施形態で、例えば、パターン形成デバイス３６に、物体１２を表す基準モデルの形状に対応する形状を有する標準パターンが含まれる。より具体的には、そのような実施形態で、パターン形成デバイス３６は、光を、光が基準モデルに投影された時にそのように見える、一連の線および余白のパターンに分散させる。したがって、この基準パターンを物体１２に投影されたパターンと比較して、物体１２と基準モデルの間の形状の相違を強調することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態で、例えば、パターン形成デバイス３６に、位相格子などであるがこれに限定されない、それを通って導かれる光を干渉パターンに分散させるパターン（図示せず）が含まれる。他の位相格子を使用することができるが、いくつかの実施形態で、位相格子に、その上に格子パターンを有する漂白された写真乾板および／または漂白された写真乾板上のホログラフィ記録が含まれる。
【００１４】
図２は、パターン形成デバイス３６にＤＭＤが含まれる、システム１０の例示的実施形態のブロック図である。光分割デバイス３４によって分割された第１イメージの光４０が、鏡４４から反射され、パターン形成デバイス３６のＤＭＤに向けられる。他の鏡４４を使用することができるが、いくつかの実施形態で、鏡４４は、銀の半透明鏡である。パターン形成デバイス３６のＤＭＤから反射された光４０は、ＤＭＤによって所定のパターンに分散され、撮像センサ２４による受取のために鏡４４を通って導かれる。もちろん、図２に示され本明細書で説明するシステム１０の実施形態は、例示にすぎない。パターン形成デバイス３６にＤＭＤが含まれる時に、他の構成および／または配置を使用することができる。
【００１５】
パターン形成デバイス３８は、デバイス３４によって分割された第２イメージの光４２を所定のパターン（図示せず）に分散させるように位置決めされる。この所定のパターンは、撮像センサ２４によって見られる第２イメージの所定の分解能をもたらすのを容易にする。他のパターンを使用することができるが、いくつかの実施形態で、パターン形成デバイス３８は、第２イメージの光を回折パターンおよび／または干渉パターンに分散させる。他のパターン形成デバイス３８を使用することができるが、いくつかの実施形態で、パターン形成デバイス３８に、回折格子、位相格子、ＬＣＤデバイス、ＤＭＤデバイス、光弁、標準パターン、および／またはＬＣＯＳデバイスが含まれる。
【００１６】
例えば、いくつかの実施形態で、パターン形成デバイス３８は、光を回折パターンに分散させる回折格子である。いくつかの実施形態で、回折格子に、例えばロンチルーリングなどの周期的な線および余白のパターンが含まれる。しかし、回折格子に線および余白のパターンを含める必要はなく、周期的な線および余白のパターンを含める必要はさらにない。そうではなく、回折格子に任意のパターを含めることができ、かつ／または回折格子を基板に埋め込むことができる。パターンは、任意の適当な方法および／または構造を使用して基板上に形成することができる。例えば、いくつかの実施形態で、パターンが、基板に取り付けられかつ／または基板内に埋め込まれる金属素線（例えば、クロム素線）などであるがこれに限定されない、材料の複数の素線から形成される。他の実施形態では、パターンが、基板にエッチングされ、各エッチングされた部分に、金属（例えば、クロム）などであるがこれに限定されない適当な材料を充てんすることができる。この基板は他の材料から製造することができるが、いくつかの実施形態で、格子３６の基板は、ガラスおよび／または水晶から製造される。
【００１７】
いくつかの実施形態で、例えば、パターン形成デバイス３８に、位相格子などであるがこれに限定されない、それを通って導かれる光を干渉パターンに分散させるパターン（図示せず）が含まれる。
【００１８】
図３は、パターン形成デバイス３８にＤＭＤが含まれる、システム１０の例示的実施形態のブロック図である。光分割デバイス３４によって分割された第２イメージの光４２が、鏡４６から反射され、パターン形成デバイス３８のＤＭＤに向けられる。他の鏡４６を使用することができるが、いくつかの実施形態で、鏡４６は、銀の半透明鏡である。パターン形成デバイス３８のＤＭＤから反射された光は、ＤＭＤによって所定のパターンに分散され、撮像センサ２４による受取のために鏡４６を通って導かれる。もちろん、図３に示され本明細書で説明するシステム１０の実施形態は、例示にすぎない。パターン形成デバイス３８にＤＭＤが含まれる時に、他の構成および／または配置を使用することができる。
【００１９】
パターン形成デバイス３６から分散されたパターン形成された光４０およびパターン形成デバイス３８から分散されたパターン形成された光４２は、それぞれ、撮像センサ２４によって受け取られる。より具体的には、光４０によって形成される第１イメージおよび光４２によって形成される第２イメージが、撮像センサ２４によってそれぞれ受け取られる。図１〜３の実施形態では、第１イメージと第２イメージの両方が、単一の撮像センサ２４によって受け取られる。代替案では、第１イメージおよび第２イメージのそれぞれが、異なる撮像センサ２４によって受け取られる。図４は、第１イメージおよび第２イメージを受け取る異なる撮像センサ２４を示すシステム１０のブロック図である。撮像センサ２４によって受け取られたならば、第１イメージおよび第２イメージを、例えばコンピュータ２６を使用して分析して、例えば、表面テキスチャ、表面方位、および／または物体１２の製造に使用された材料などであるがこれらに限定されない物体１２の特徴を判定することができる。例えば、他の方法を使用することができるが、いくつかの実施形態で、コンピュータ２６は、位相ステップ分析を使用して、第１イメージおよび第２イメージから物体１２の特徴を判定する。さらに、例えば、いくつかの実施形態で、物体１２の特徴を判定するために、コンピュータ２６は、物体１２に投影された線の中心を判定し、この中心位置を使用して、既知の三角測量法を使用して物体表面までの距離を判定する。さらに、例えば、いくつかの実施形態で、物体１２の特徴を判定するために、コンピュータ２６は、投影されたパターンのフーリエ変換を計算し、局所パターン周波数情報を使用して、物体１２の輪郭に追従する手段として物体表面の傾きを計算する。いくつかの実施形態で、第１イメージおよび第２イメージを光学的におよび／または電子的に（例えば、コンピュータ２６を使用して）組み合わせて、その分析のための共通イメージを形成する。第１イメージおよび第２イメージを分析用の共通イメージに組み合わせることによって、システム１０は、第１イメージおよび第２イメージとの他のデータ（例えば、第１イメージおよび第２イメージ以外の物体１２のイメージ）の位置合わせを単純化することができる。
【００２０】
上で説明したように、パターン形成デバイス３６によって生成された第１イメージの所定のパターンは、撮像センサ２４によって見られる第１イメージの所定の分解能をもたらすのを容易にする。より具体的には、パターン形成デバイス３６は、光分割デバイス３４によって分割された後で撮像センサ２４によって受け取られる前の第１イメージの光４０の分解能を変更する。同様に、パターン形成デバイス３８によって生成された第２イメージの所定のパターンは、撮像センサ２４によって見られる第２イメージの所定の分解能をもたらすのを容易にする。より具体的には、パターン形成デバイス３８は、光分割デバイス３４によって分割された後で撮像センサ２４によって受け取られる前の第２イメージの光４２の分解能を変更する。第１イメージの分解能および第２イメージの分解能のそれぞれは、物体１２の特定の区域の検査に望まれる分解能になるように選択するか、これを近似するものとすることができる。したがって、物体１２の異なる分解能のイメージを同時に撮影することができ、これによって、システム１０が、異なる所望の検査分解能を有する物体１２の異なる区域を同時に検査できるようになり、おそらくは物体１２の検査時間が減る。さらに、第１イメージおよび第２イメージまたは共通の組み合わされたイメージを、第１イメージおよび第２イメージと異なる画角から撮影されたイメージと組み合わせて、物体１２のより粗い検査を生成することができる。本明細書で説明したシステムおよび方法の技術的効果に、おそらくは検査時間を短縮する、異なる所望の検査分解能を有する物体の異なる区域の同時検査が含まれる。
【００２１】
本明細書で説明し、かつ／または図示したシステムおよび方法は、ガスタービンエンジン構成要素、より具体的にはガスタービンエンジンのエンジンブレードに関して説明され、かつ／または図示されたが、本明細書で説明し、かつ／または図示したシステムおよび方法の実践は、ガスタービンエンジンブレードおよびガスタービンエンジン構成要素全般に限定されない。そうではなく、本明細書で説明し、かつ／または図示したシステムおよび方法は、すべての物体に適用可能である。
【００２２】
システムおよび方法の例示的実施形態を、本明細書で詳細に説明し、かつ／または図示した。これらのシステムおよび方法は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されるのではなく、各システムの構成要素ならびに各方法の段階を、本明細書で説明した他の構成要素および段階と独立に、別々に利用することができる。各構成要素および各方法段階を、他の構成要素および／または方法段階と組み合わせて使用することもできる。
【００２３】
本明細書で説明され、かつ／または図示されたアセンブリおよび方法の要素／構成要素／などを導入する時に、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、列挙された要素／構成要素／など以外の追加の要素／構成要素／などがある場合があることを意味することが意図されている。
【００２４】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、当業者は、特許請求の範囲の趣旨および範囲の中で変更を加えて本発明を実践できることを認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】構造光測定システムの例示的実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示された構造光測定システムのもう１つの実施形態を示すブロック図である。
【図３】図１に示された構造光測定システムのもう１つの実施形態を示すブロック図である。
【図４】図１に示された構造光測定システムのもう１つの実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  構造光測定システム
１２  物体
１４  エーロフォイル
１６  プラットフォーム
２２  光源
２４  撮像センサ
２６  コンピュータ
２８  モニタ
３０  デバイス
３２  コンピュータ可読媒体
３４  光分割デバイス
３６  パターン形成デバイス
３８  パターン形成デバイス
４０  光
４２  光
４４  鏡
４６  鏡
【図１】
2007121295.tif 000003
【図２】
2007121295.tif 000004
【図３】
2007121295.tif 000005
【図４】
2007121295.tif 000006