(57)【要約】【課題】光源および撮像センサを含む構造光測定システムを使用して物体を検査する方法を提供すること。【解決手段】光源（２２）および撮像センサ（２４）を含む構造光測定システム（１０）を使用して物体（１２）を検査する方法（３４）。この方法に、光源から光を発すること（３６）と、光源から発した光の複数の異なる波長のそれぞれを異なる偏光角で偏光させること（３８）と、光源から発した光を物体の表面に投影すること（４０）と、物体表面から反射された光を撮像センサを用いて受け取ること（４２）と、物体の少なくとも一部の検査を容易にするために、撮像センサによって受け取られた光を分析すること（４６）とが含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（２２）および撮像センサ（２４）を含む構造光測定システム（１０）を使用して物体（１２）を検査する方法（３４）であって、
前記光源から光を発すること（３６）と、
前記光源から発した前記光の複数の異なる波長のそれぞれを異なる偏光角で偏光させること（３８）と、
前記光源から発した光を物体の表面に投影すること（４０）と、
前記物体表面から反射された光を前記撮像センサを用いて受け取ること（４２）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光を分析すること（４６）と
を含む方法（３４）。
【請求項２】
前記撮像センサ（２４）によって受け取られた光を分析すること（４６）が、前記光が前記物体（１２）から反射された後の前記複数の異なる波長のそれぞれの前記偏光の変化を分析することを含む、請求項１記載の方法（３４）。
【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、
構造光を前記物体の表面に投影するように構成された構造光源（２２）と、
前記構造光源が発する構造光の第１波長を第１偏光角で偏光させるように構成された第１偏光フィルタ（３０）と、
前記構造光源が発する構造光の第２波長を前記第１偏光角と異なる第２偏光角で偏光させるように構成された第２偏光フィルタであって、前記第１波長と前記第２波長とが異なる、第２偏光フィルタと、
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
を含むシステム（１０）。
【請求項４】
前記構造光源（２２）が、前記第１偏光フィルタ（３０）および前記第２偏光フィルタを含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記第１偏光フィルタ（３０）および前記第２偏光フィルタが、少なくとも部分的に前記構造光源（２２）と前記物体（１２）との間に位置決めされる、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項６】
少なくとも部分的に前記物体（１２）と前記撮像センサ（２４）との間に位置決めされ、前記物体表面から反射された構造光から前記第１波長の構造光を分離するように構成された第１カラーフィルタ（３２）と、
少なくとも部分的に前記物体と前記撮像センサとの間に位置決めされ、前記物体表面から反射された構造光から前記第２波長の構造光を分離するように構成された第２カラーフィルタと
をさらに含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記第１カラーフィルタ（３２）および前記第２カラーフィルタが、ダイクロイックミラーを含む、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記構造光源（２２）が、
前記構造光源によって生成された構造光から前記第１波長の構造光を分離するように構成された第１カラーフィルタ（３２）と、
前記構造光源によって生成された構造光から前記第２波長の構造光を分離するように構成された第２カラーフィルタと
を含む、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記第１カラーフィルタ（３２）および前記第２カラーフィルタが、ダイクロイックミラーを含む、請求項８記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記光源（２２）が、白色光ランプ、レーザ、発光ダイオード、液晶ディスプレイデバイス、ＬＣＯＳデバイス、およびＤＭＤ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）。
【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、たと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。たとえば、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、たとえば、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／またはたと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。より具体的には、動作中に、検査される物体が、通常は試験用治具に結合され、光測定システムの近くに位置決めされる。次に、放たれた光が検査される物体を照らすように、光源がアクティブ化される。しかし、物体の結果のイメージに、放たれた光の複数バウンス反射（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｂｏｕｎｃｅ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によって引き起こされるノイズが含まれる場合がある。そのようなノイズは、低い撮像品質および悪い測定結果をもたらし、おそらくは物体の表面特徴の不正な解釈につながる可能性がある。たとえば、物体の多彩な表面から反射される光が、複数バウンス反射を引き起こす場合がある。さらに、たとえば、複数バウンス反射が、物体と、試験用治具の光源によって照らされた部分との間の相互反射によって引き起こされる場合がある。たとえば、複数バウンス反射は、試験用治具が物体に反射を投げる形状または仕上げを有する場合、および／または物体が試験用治具のイメージを反射する比較的鏡面様の仕上げを有する場合に、引き起こされる可能性がある。
【０００４】
一部の光測定システムは、交差した偏光フィルタの対を使用して、複数バウンス反射によって引き起こされるノイズを減らし、除去し、かつ／または識別する。しかし、交差した偏光フィルタは、複数バウンス反射を減らすか除去することがフィルタの異なる方位を必要とする場合があるので、そのような反射を減らすか除去するために物体の複数のイメージを撮影することを必要とする場合がある。さらに、異なる角度を有する反射の分析がフィルタの異なる方位を必要とする場合があるので、物体の傾き、テクスチャ、材料、および／または他の特徴を分析するために、複数のイメージが必要になる場合もある。
【特許文献１】米国特許第６，６７８，０５７Ｂ２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様で、光源および撮像センサを含む構造光測定システムを使用して物体を検査する方法が提供される。この方法は、光源から光を発することと、光源から発した光の複数の異なる波長のそれぞれを異なる偏光角で偏光させることと、光源から発した光を物体の表面に投影することと、物体表面から反射された光を撮像センサを用いて受け取ることと、物体の少なくとも一部の検査を容易にするために、撮像センサによって受け取られた光を分析することとを含む。
【０００６】
もう１つの態様で、光源および撮像センサを含む構造光測定システムを使用して物体を検査する方法が提供される。この方法は、光源から光を発することと、光源から発した第１波長の光を第１偏光角で偏光させることと、光源から発した第２波長の光を第１偏光角から回転された第２偏光角で偏光させることであって、第１波長と第２波長とが異なる、偏光させることと、光源から発した光を物体の表面に投影することと、物体表面から反射された光を撮像センサを使用して受け取ることと、物体から反射され撮像センサによって受け取られた光のイメージを作成することと、光が物体から反射された後の第１偏光角および第２偏光角のうちの少なくとも１つの変化を分析するのにイメージを使用することとを含む。
【０００７】
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、構造光を物体の表面に投影するように構成された構造光源と、構造光源が発する構造光の第１波長を第１偏光角で偏光させるように構成された第１偏光フィルタと、構造光源が発する構造光の第２波長を第１偏光角と異なる第２偏光角で偏光させるように構成された第２偏光フィルタであって、第１波長と第２波長とが異なる、第２偏光フィルタと、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を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。たとえば、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。
【０００９】
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、検査システム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。
【００１０】
システム１０に、白色光ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス、ＬＣＯＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）デバイス、および／またはＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）デバイスなどであるがこれらに限定されない構造光源２２も含まれる。システム１０に、物体１２から反射された構造光を受け取る１つまたは複数の撮像センサ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、他の撮像センサ２４を使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。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。
【００１１】
図２は、物体１２の側面断面図である。動作中に、検査される物体、たとえば物体１２は、試験用治具（図示せず）に結合され、システム１０の近くに位置決めされる。いくつかの実施形態で、物体１２は、光源２２（図１に図示）に関して、ビューを撮像センサ２４（図１に図示）に提示できるようになる方位の角度αを用いて向きを決められ、光源２２および撮像センサ２４によって画定される平面βが物体１２の１つまたは複数の多彩な特徴と実質的に交差するようになっている。たとえば、この例示的実施形態では、エーロフォイル１４およびプラットフォーム１６のそれぞれが、物体１２の多彩な特徴を画定する。
【００１２】
次に、光源２２がアクティブ化され、光を発して物体１２を照らす。撮像センサ２４が、物体１２に投影された、放たれた光パターンのイメージを入手する。しかし、物体１２の結果のイメージに、放たれた光の複数バウンス反射によって引き起こされるノイズが含まれる場合がある。そのようなノイズは、低い撮像品質および悪い測定結果をもたらし、おそらくは物体１２の表面特徴の不正な解釈につながる可能性がある。たとえば、物体１２の多彩な表面（たとえば、エーロフォイル１４およびプラットフォーム１６の交差する表面）から反射される光が、図２に示されているように複数バウンス反射を引き起こす場合がある。直接に反射された光の経路は、時々単一バウンス反射と呼ばれるが、図２ではＳＢとして示されて、複数バウンス反射は、図２ではＭＢとして示されている。さらに、たとえば、複数バウンス反射ＭＢが、物体１２と、試験用治具の光源２２によって照らされた部分との間の相互反射によって引き起こされる場合がある。たとえば、複数バウンス反射ＭＢは、試験用治具が物体１２に反射を投げる形状または仕上げを有する場合、および／または物体１２が試験用治具のイメージを反射する比較的鏡面様の仕上げを有する場合に、作成される可能性がある。
【００１３】
物体の特徴および／または複数バウンス反射ＭＢを識別するために、システム２０に、光源２２から発する光の異なる波長または色を異なる偏光角で偏光させる複数の偏光フィルタ３０が含まれる。より具体的には、各偏光フィルタ３０は、光源２２から発する光の特定の波長を、他の波長と異なる偏光角で偏光させる。偏光された光が物体１２から反射する時に、各波長の偏光角が変化する。その後、各波長の偏光角の変化を分析して、表面テクスチャ、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の特徴ならびに／あるいは複数バウンス反射ＭＢを判定することができる。たとえば、いくつかの実施形態で、異なる波長の偏光角の間で定義される比の変化を分析して、複数バウンス反射および／または物体１２の特徴を判定する。物体１２に投影される光の異なる波長が異なる角度で偏光されるので、複数の偏光状態を、物体１２から反射され撮像センサ２４によって受け取られた光の単一のイメージだけを使用して分析することができる。したがって、複数バウンス反射ＭＢおよび／または物体１２の特徴を、異なる偏光照明で撮影された複数のイメージを使用するのではなく、撮像センサ２４によって受け取られた光の単一のイメージを使用して判定することができる。
【００１４】
偏光フィルタ３０は、光源２２が発する光の任意の波長を任意の偏光角で偏光させるように構成することができる。いくつかの実施形態で、図１に示されているように、偏光フィルタ３０は、光源２２が発する光が物体１２から反射される前にこの光を偏光させるために、少なくとも部分的に光源２２と物体１２との間に位置決めされる。図１には２つの偏光フィルタ３０が図示されているが、システム１０に、任意の個数の異なる波長の光を異なる偏光角で偏光させるのに使用される任意の個数の偏光フィルタ３０を含めることができる。いくつかの実施形態で、ダイクロイックミラーなどであるがこれに限定されない適当なカラーフィルタ（図１には図示せず）を、複数の波長の光を偏光させるためにこれらの光を分離するために少なくとも部分的に光源２２と偏光フィルタ３０との間に位置決めすることができる。それに加えてまたはその代わりに、ダイクロイックミラーなどであるがこれに限定されない適当なカラーフィルタ（図１には図示せず）を、撮像センサ２４による受取のために複数の波長の光を分離するために少なくとも部分的に物体１２と撮像センサ２４との間に位置決めすることができる。
【００１５】
図３は、構造光測定システム１０のもう１つの代替実施形態のブロック図であり、ここで、光源２２に偏光フィルタ３０が含まれる。図３には３つの偏光フィルタ３０が示されているが、光源２２に、任意の個数の異なる波長の光を異なる偏光角で偏光させる任意の個数の偏光フィルタ３０を含めることができる。この例示的実施形態で、光源２２に、ダイクロイックミラーなどであるがこれに限定されない２つのカラーフィルタ３２が含まれる。２つのカラーフィルタ３２が図示されているが、光源２２に、任意の個数のカラーフィルタ３２を含めることができる。動作時に、カラーフィルタ３２は、光源２２によって生成された光を３つの異なる波長に分離し、これらの光が、次に、３つの異なる偏光角で偏光され、再組み合わせされ、光源２２によって放たれて、物体１２に投影される。もちろん、光源２２、偏光フィルタ３０、任意のカラーフィルタ（たとえば、カラーフィルタ３２）、撮像センサ２４、および／またはシステム１０の他の構成要素の他の構成および／または配置を、本明細書で説明されかつ／または図示されたものであれ、システム１０の範囲から逸脱せずに使用することができる。
【００１６】
図４は、構造光測定システム１０（図１および３に図示）を使用して物体１２（図１〜３に図示）を検査する方法３４の例示的実施形態を示す流れ図である。方法３４に、光源２２から光を発すること３６と、光源２２から発した光の複数の異なる波長のそれぞれを異なる偏光角で偏光させること３８とが含まれる。たとえば、いくつかの実施形態で、光源２２が発する光の第１波長が、第１偏光角で偏光され３８、光源２２が発する光の第２の異なる波長が、第１偏光角から回転された第２偏光角で偏光される。光源２２から発する偏光された光は、物体１２の表面に投影される４０。物体１２から反射された光を撮像センサ２４によって受け取り４２、撮像センサ２４および／またはコンピュータ２６を使用して、それからイメージを作成する４４。次に、イメージを分析して４６、表面テクスチャ、表面方位、および物体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の特徴および／または複数バウンス反射ＭＢを識別する４８。
【００１７】
たとえば、単一バウンスＳＢ光からの反射、複数バウンスＭＢ光からの反射、または他の変動が、偏光解析分析などであるがこれに限定されない従来のイメージ処理技法を使用して、イメージからたやすく識別され、選択的に抽出される。いくつかの実施形態で、たとえば、物体１２からの反射の後の複数の異なる波長のそれぞれの偏光角の変化を分析して、イメージから複数バウンス反射を識別し、かつ／または選択的に抽出する。さらに、たとえば、いくつかの実施形態で、少なくとも２つの異なる波長の偏光角の間で定義される比の変化を分析して、イメージから複数バウンス反射を識別し、かつ／または選択的に抽出する。
【００１８】
さらに、たとえば、表面テクスチャ、表面方位、および物体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、偏光解析分析などであるがこれに限定されない従来のイメージ処理技法を使用して、物体から反射された光によって作成されたイメージからたやすく識別することができる。いくつかの実施形態で、たとえば、物体１２からの反射の後の複数の異なる波長のそれぞれの偏光角の変化を分析して、物体１２の特徴を識別する。さらに、たとえば、いくつかの実施形態で、少なくとも２つの異なる波長の偏光角の間で定義される比の変化を分析して、物体１２の特徴を識別する。
【００１９】
物体１２から反射された光によって作成されたイメージを分析４６して、たとえば、表面テクスチャ、表面方位、および物体の部分の製造に使用された材料のうちの少なくとも１つに基づいて、物体１２のその部分をセグメント化５０することができる。たとえば、誤った情報または関連しない情報を含むことがわかっているイメージ内の特定の領域を、ディジタルマスクするか、さらなる処理からブロックすることができる。同様に、既知の情報を使用して、測定を受けている物体１２のイメージを、保管された基準イメージに相関させるか見当合わせし、物体１２と物体１２の理想的モデルまたは表現との間の相違の識別を容易にすることができる。
【００２０】
上で説明した構造光測定システム１０は、物体１２のよりすばやく効率的な検査を容易にすることができる。より具体的には、物体１２に投影される光の異なる波長を異なる偏光角で偏光させることによって、複数の偏光状態を物体１２の単一のイメージだけを使用して分析することができる。したがって、複数バウンス反射ＭＢおよび／または物体１２の特徴を、異なる偏光照明で撮影された複数のイメージを使用するのではなく、物体１２から反射された光の単一のイメージを使用して判定することができる。さらに、構造光測定システム１０は、物体１２の特徴の判定と同時に、複数バウンス反射ＭＢなどであるがこれに限定されないイメージノイズの識別、減少、および／または除去を容易にすることができる。本明細書で説明し、かつ／または図示した方法およびシステムの技術的効果に、物体１２から反射された光の単一のイメージを使用する複数バウンス反射ＭＢおよび／または物体１２の特徴の判定が含まれる。
【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にもガスタービンエンジン構成要素全般にも限定されない。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、冠詞が無いこと又は冠詞「前記」、「該」は、１つまたは複数の要素／構成要素／などがあることを意味することが意図されている。単語「からなる」、「含む」、および「有する」は、包含的であり、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】
本発明をさまざまな特定の実施形態に関して説明したが、当業者は、特許請求の範囲の精神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】単一バウンス光経路および複数バウンス光経路を示す、検査中の物体を示す側面断面図である。
【図３】図１に示された構造光測定システムの代替実施形態を示すブロック図である。
【図４】図１または３に示された構造光測定システムを使用して物体を検査する例示的方法を示す流れ図である。
【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
２０  システム
２２  光源
２４  撮像センサ
２６  コンピュータ
２８  モニタ
３０  偏光フィルタ
３２  カラーフィルタ
３４  方法
３６  発する
３８  偏光させる
４０  投影される
４２  受け取られる
４４  作成される
４６  分析される
４８  識別する
５０  セグメント化する
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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