DE68901839T2

DE68901839T2 - Optische kontrolle von mikrobohrungen einer turbinenschaufel.

Info

Publication number: DE68901839T2
Application number: DE8989402495T
Authority: DE
Inventors: Vincent Alain Carbon; Jean-Luc Charles Meiffren; Pierre Marie Pailliotet
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1988-09-15
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: DE68901839D1; FR2636423A1; EP0359660A1; US5054087A; EP0359660B1; JPH0648174B2; JPH03170005A; ES2033539T3; FR2636423B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Prüfung von Mikrobohrungen in Hohlschaufeln von Flugzeugturbinen.
Bei dieser Art von Werkstücken ist die Prüfung, d.h. die Messung der "Durchlässigkeit" der mit sehr kleinem Durchmesser ausgeführten Öffnungen wichtig. Diese Durchlässigkeit bestimmt die Fähigkeit der Bohrungen, durch die Wandung, in der sie angebracht sind, einen Ventilations- oder Kühlluftdurchsatz passieren zu lassen, und die Beachtung einer Mindestdurchlässigkeit ist von entscheidender Bedeutung für die Lebensdauer des in Rede stehenden Teils.
Es ist, insbesondere durch das in der Zeitschrift MICROTECNIK Nr. 4, 1976 beschriebene ROLLS ROYCE-Verfahren, bereits bekannt, die Bohrungen eines Brennkammerelements in der Weise zu prüfen, daß man das Element auf einem Drehtisch so anordnet, daß die die Bohrung enthaltene Zone sich in dem Strahlengang eines Lichtstrahlenbündels zwischen einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Vorrichtung befindet.
Diese Vorrichtung eignet sich zwar für einfache Drehteile, ist für komplexe Teile jedoch nicht verwendbar.
So besitzen in einem praktischen Beispiel die gekühlten Schaufeln der ersten Turbinenstufe eines Überschall-Turbotriebwerks, die durch einen in ihren Schaufelfüßen angebrachten Hohlraum mit Druckluft gespeist werden, eine Reihe von 53 Bohrungen entlang ihrer Vorderkante und zwei Reihen mit 80 und 19 Bohrungen entlang ihrer Hinterkante, wobei alle diese Bohrungen einen mittleren Durchmesser von 300 bis 500 Mikron haben.
Das derzeit übliche Verfahren zur Prüfung der Qualität der Bohrungen der Löcher besteht in der Durchführung zweier manuellen Operationen:
- Man führt in jedes Loch ein kalibriertes Stichmaß ein, dessen Aufgabe es ist, festzustellen, ob das Loch einen Mindestdurchmesser hat, der gleich dem Durchmesser des Stichmaßes ist, und ob es innen in dem Hohlraum der Schaufel mündet,
- anschließend zählt man alle Löcher, um festzustellen, ob die vorgesehene Anzahl von Löchern auch tatsächlich hergestellt wurde.
Dieses Verfahren ist nicht nur langwierig und mühsam, es birgt auch sehr große Fehlerrisiken beim Abzählen der Löcher sowie bei der Prüfung der Bohrung durch kalibrierte Stichmaße, da gewisse Löcher "vergessen" werden können, wenn die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson nachläßt.
Außerdem erlauben diese Operationen keine Nachprüfung, ob die Löcher an der richtigen Stelle angebracht sind und ob die Qualität der Löcher (Rundungsabweichung usw.) korrekt ist.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Verfahren zur Prüfung der Bohrungen von Hohlschaufeln in Turbomaschinen anzugeben, das alle oben dargelegten Nachteile vermeidet und eine schnelle Überprüfung der Qualität der Bohrungen, ihrer Zahl und der guten Lokalisierung ihrer Anbringung ermöglich, wobei möglichst wenige menschliche Eingriffe erforderlich sein sollen.
Ein damit zusammenhängendes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine praktische Vorrichtung durch Durchführung des Prüfverfahrens anzugeben, das es ermöglicht, sowohl eine Prüfung Teil für Teil als auch eine gleichzeitige Prüfung mehrerer Teile ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur optischen Prüfung der Bohrungen einer Hohlschaufel für eine Turbomaschine, insbesondere der Bohrungen, die in der Nähe der Vorderkante oder der Hinterkante des Schaufelblatts ausgeführt sind.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem man
mit einer Lichtquelle den inneren Hohlraum der Schaufel durch den in dem Schaufelfuß angebrachten Kanal beleuchtet,
mit einer Videokamera das Werkstück über seine Länge abtastet und die Leuchtdichte der reflektierten Strahlen nach ihrem Durchtritt durch die Bohrungen der zu prüfenden Schaufel registriert,
die Folge der so erhaltenen Informationen in elektrische Signale umwandelt,
diese Signale in einer Rechner- und Speichereinheit speichert und
die Signale analysiert und sie mit einer vorbestimmten, von einem Vergleichsstück gewonnenen Referenzsignalfolge vergleicht,
ist vorgesehen,
daß die Analyse der Signale eine Binärumwandlung umfaßt und die durch die Videokamera gesehene Oberfläche in Pixel bekannter Abmessungen unterteilt ist,
daß man Querschnitt für Querschnitt die Kurve I = f(d) der Intensität I des Grauwertpegels bearbeitet, wobei d die Koordinate in Richtung der Querschnittsachse bedeutet,
daß man durch Überlagerung einer Rechteckfunktion g(d), in der g in Abhängigketi von von d die Werte 0 oder 1 annimmt, eine Abtragungs-Erweiterungs-Bearbeitung vornimmt und
daß man die so durch die Operation I' = f(g) + g(d) gewonnene Kurve I' einer Glättung über p Punkte unterzieht, wobei der geglättete Wert [I'(di) + I'(di+1) + ... + I'(di+p)]/p dem mittleren Indexpunkt zwischen i und (i+p) neu zugeordnet wird, um eine geglättete Intensitätskurve I"(d) zu gewinnen.
Bei einer Ausführungsform kann die Verarbeitung der Meßsignale eine visuelle Prüfung des Werkstücks auf dem Videobildschirm umfassen, wobei ein Vergleich mit einem Referenzstück vorgesehen sein kann. Die Verarbeitung kann weiterhin einen Verfahrensschritt umfassen, bei dem die Luminanzintensität des von der Kamera aufgenommenen Bildes Punkt für Punkt analysiert wird.
Weitere Merkmale des Prüfverfahrens werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 zeigt das Prinzipschema einer Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Schaufel,
Fig. 2 zeigt das Prinzipschema einer Varianten der Vorrichtung, die sich zur gleichzeitigen Prüfung mehrerer Schaufeln eignet,
Fig. 3 zeigt das Schema einer zweiten Varianten für die simultane Prüfung,
Fig. 4 zeigt ein Photo eines Beispiels einer gekühlten Modellschaufel X, deren Vorderkante eine Reihe von 53 Löchern und deren Hinterkante zwei Reihen mit 80 und 19 Luftströmungsöffnungen aufweist,
Fig. 5 zeigt eine Fotografie des optischen Bildes der Hinterkante der in Fig. 4 dargestellten Schaufel, das mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung gewonnen wurde,
Fig. 6 zeigt die Fotografie einer Modellschaufel Y, die an ihrer Vorderkante drei Reihen mit 15 Luftauslaßöffnungen aufweist,
Fig. 7 zeigt ein von der Wölbungsaußenseite aus betrachtetes digitalisiertes Bild der Schaufel Y sowie die Auswertung der Luminanzkurven für die Interpretation der von dem digitalisierten Bild ausgelesenen Resultate,
Fig. 8 zeigt die dem Schnitt AA von Fig. 7 entsprechende Luminanzkurve,
Fig. 9 zeigt den durch die Analyse ermittelten Bohrungsfehler in dem Querschnitt AA der Schaufel nach der Fotografie von Fig. 7,
Fig. 10a zeigt eine Fotografie der Modellschaufel X, in der die Mikrobohrungen der Hinterkante wiedergegeben sind,
Fig. 10b zeigt eine Fotografie derselben Schaufel, in der die Reihe der Mikrobohrungen der Vorderkante wiedergegeben sind,
Fig. 11a bis 11d zeigen die durch Digitalisierung und Schwellwertbearbeitung rekonstruierten Bilder der Luminanzsignale der Öffnungen im Bereich der Vorderkante der Schaufel von Fig. 10a, wobei Fig. 11a dem rechten Teil von Fig. 10a entspricht und wobei die Darstellungen in Richtung auf den Schaufelfuß bis zur linken Seite reichen (Fig. 11d),
Fig. 12a bis 12c zeigen ähnliche Bilder der in Fig. 10b gezeigten Vorderkante, wobei Fig. 12a den dem Absatzteil entgegengesetzten und Fig. 12c den dem Absatzteil benachbarten Teil wiedergeben,
Fig. 13 zeigt ein rekonstruiertes Bild der Hinterkante einer Modellschaufel Z mit zwei Reihen von 11 Mikrobohrungen,
Fig. 14 zeigt eine Fotografie des vorangehenden Bildes, die erfindungsgemäß bearbeitet wurde, um die Konturen der einzelnen Mikrobohrungen zu extrahieren,
Fig. 15 und 15a bis 15d zeigen verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Feinberechnung eines "Bildskeletts" der Mikrobohrungen.
In Fig. 1 ist eine luftgekühlte Hohlschaufel 1 eines Modells X im Schnitt dargestellt, die einen Schaufelfuß 2 und ein hohles Schaufelblatt 3 besitzt. In dem hier gezeigten Beispiel besitzt die Schaufel in der Nähe ihrer Vorderkante einen stromaufwärtigen Kanal 4, der durch den Fuß 2 mit kalter Luft gespeist wird, während die Luft durch 53 Mikrobohrungen 5 abgeführt wird, die in der Nähe der Vorderkante auf der Wölbungsaußenseite angebracht sind.
Die Schaufel besitzt weiterhin einen stromabwärtigen Hohlraum 6, der über zwei Kanäle 7 des Schaufelfußes 2 gespeist wird und innen Turbulenz-Gußspitzen oder -Brücken 8 aufweist. Die Luft wird durch zwei Reihen von Mikrobohrungen mit einem Durchmesser von etwa 500 Mikron in Richtung auf die Hinterkante abgeführt, wobei jede Reihe 80 bzw. 19 Bohrungen aufweist.
Das allgemeine Prinzip der Erfindung besteht darin, eine solche Hohlschaufel von innen her zu beleuchten und die Lichtstrahlung zu beobachten und zu analysieren, die durch die Öffnungen 3 oder 9, deren Anzahl und Eigenschaften gemessen werden sollen, durch die Schaufelwandung nach außen dringt.
Zur Verwirklichung dieses Prinzips wird die Schaufel mit Hilfe einer kohärenten Lichtquelle beleuchtet. Die Lichtquelle ist hier ein mit ionisiertem Argon arbeitender Röhrenlaser 10 mit einer Leistung von 1 Watt mit kontinuierlicher Emission, der ein Lichtstrahlenbündel mit einer Wellenlänge von 514,4 Nanometern erzeugt.
Die Lichtenergie Es, die am Ausgang der Mikrobohrungen zur Verfügung steht, ist Es = rx Ee, worin x die Anzahl der Reflektionen der Strahlung im Innern des Hohlraums bedeutet.
Diese Energie wird von einer Videokamera 13 aufgenommen. Es ist dabei erforderlich, daß Es mit den Energiepegeln kompatibel ist, die mit solchen Kameras detektiert werden können, d.h. Energiepegeln von einigen Milliwatt fur eine Kamera des Typs CCTV mit niedrigem Luminanzpegel.
Das von der Kamera 13 empfangene Bild wird einem Videomonitor 14 zugeführt, auf dem es von der Bedienungsperson interpretiert werden kann. Das Strahlenbündel 11 wird mit Hilfe einer konvergierenden Linse 12 fokussiert, und seine optische Achse wird annähernd in der Symmetrieachse des zu beleuchtenden Hohlraumes, hier des stromabwärtigen Hohlraums 6, ausgerichtet. In Abhängigkeit von der inneren Struktur der untersuchten Schaufel positioniert man diese relativ zu der Laserquelle 10 in der Weise, daß eine gleichmäßige Lichtverteilung in dem Schaufelhohlraum begünstigt wird.
Andererseits trifft das fokussierte Lichtstrahlenbündel im Verlauf seiner Bahn auf eine gewisse Anzahl von Hindernissen (Wandungen der Kanäle 7, Brücken 8, Innenwandung des Hohlraums 6), an denen es reflektiert wird, bevor es durch die Mikrobohrungen 5 oder 9 austritt. Es ist wichtig, die Anzahl der Reflektionen der Lichtstrahlen in dem Hohlraum zu begrenzen, weil bei jeder Reflektion die Intensität Ir des reflektierten Lichts Ir = p Ie ist, worin
- Ie die Intensität des auftreffenden Lichts und
- p den an den Reflektionskoeffizienten des Materials gebundenen globalen Wirkungsgrad
bedeuten.
Man erhält für jede Reflektion
worin nLuft und nMetall die Brechungsindixes in Luft bzw. in dem Metall und h der Absorptionskoeffizient des Metalls bedeuten. Im Falle der bei der Herstellung von Hohlschaufeln verwendeten Materialien liegen die Brechungsindixes "nMetall" der genannten Metalle zwischen 0,58 und 0,63, während der Absorptionskoeffizient gleich Null ist.
Für eine Schaufel des erwähnten Modells X, die aus einer Legierung auf Nickelbasis des Typs INCONEL 718 (Handelsname) mit 19% Cr, 18% Fe, 5% Nb, Rest Nickel, hergestellt ist, hat der Wirkungsgrad p den Wert 0,057 für eine Reflektion.
Für eine andere Legierung auf Nickelbasis mit der Bezeichnung DS 200 (Handelsname), die für die weiter unter beschriebenen Schaufeln des Modells Y verwendet wird und 12% W, 10% Co, 9% Cr, 5% Al, Rest Nickel aufweist, hat der Wirkungsgrad p den Wert 0,076. Die von der Kamera 13 ausgegebenen Signale werden Parallel auf einen Analog-Digital-Rechner gegeben, in dem sie digitalisiert werden, um anschließend in einem Bildbearbeitungsmodul 15 verarbeitet zu werden.
Durch Verarbeitung der Hüllkurven und durch Filterung verbessert man die Detektierungsempfindlichkeit und vergrößert man den Kontrast zwischen den weiteren Perforationen und dem Rest des Werkstücks. Man erzeugt so die korrigierten Bilder neu, die man auf dem mit dem Verarbeitungsmodul 15 verbundenen Bildschirm 16 darstellen kann. Da das Bild gespeichert wird, kann man außerdem für jede Abtastung des Bildes die Luminanzkurve erzeugen, die zu dem betreffenden Querschnitt des Werkstücks gehört. Die Punkt für Punkt aufgenommene und digitalisierte Lichtintensität ist eine Funktion des Durchmessers der Mikrobohrung, durch die der betreffende Lichtstrahl ausgetreten ist. Man kann so eine feinere Analyse des exakten Zustands des Werkstücks durchführen. Im folgenden seien nun Beispiele für die Durchführung des Verfahrens anhand von Fig. 4 bis 7 beschrieben.
Es wurden zwei Hohlschaufeltypen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft.
Es handelte sich bei diesen beiden Schaufeltypen um Schaufeln für Hochdruckturbinen von Turbomaschinen, der erste Typ (das Modell X) bestand aus INCONEL 718 und der zweite, Modell Y aus DS 200. Die Anzahl der vorhandenen Mikrobohrungen ist in folgender Tabelle zusammengefaßt: detektierte Mikrobohrungen Werkstücke vorhandene Mikrobohrungen Videobild korrigiertes digitalisiertes Bild Schaufel HP Modell X Modell Y
Fig. 4 zeigt ein Photo der Schaufel des Modells X, in welchem man die Bohrungen der Vorderkante erkennt.
Fig. 5 zeigt das Photo der optischen Signatur der Bohrungen der Vorderkante so, wie sie auf dem Videobildschirm 14 sichtbar sind. Man stellt fest, daß die Gesamtheit der Bohrungen des Photos von Fig. 5 rekonstruiert sind. Die beiden Reihen von Bohrungen sind sichtbar, und die Anzahl der Bohrungen jeder Reihe kann abgezählt werden.
Diejenigen Bohrungen, die dunkler erscheinen als andere, müssen so interpretiert werden, daß sie einen geringeren Durchmesser haben oder teilweise falsch münden.
Fig. 6 zeigt das Photo der Vorderkante der Schaufel des Modells Y. Auf dem Photo von Fig. 7, bei dem es sich um das digital rekonstruierte Bild handelt, sind zwei von drei Reihen mit 25 vorhandenen Bohrungen dargestellt. Die dritte Reihe von Bohrungen ist wegen ihrer Orientierung auf dem Photo nicht sichtbar.
Das auf dem Videobild nicht sichtbare fünfzehnte Loch entspricht dem Querschnitt AA von Fig 7.
Die Auswertung der Luminanzkurve dieses Querschnitts des Werkstücks, der die meisten zu prüfenden Bohrungen enthält (und in einer Schnittebene verläuft, die zu der in Fig. 8 dargestellten Richtung annähernd senkrecht ist) zeigt zwei Intensitätsspitzen. Die hohe erste Spitze 17a entspricht einer Öffnung 18a mit normalem Durchmesser. Die niedrigere zweite Spitze 17b zeigt das Vorhandensein einer Öffnung 18b an, die von dem Videobild nicht erfaßt wurde. Eine feinere Analyse der Öffnung 18b hat gezeigt, daß diese schief mündete und daß der von der Kamera "sichtbare" Durchmesser 0,15 mm anstelle der vorgesehenen 0,50 mm betrug. Ein solcher Fehler in der Geometrie der Bohrung wäre mit der bekannten Prüfmethode mit Meßstiften nicht erkennbar gewesen.
Anhand von Fig. 10 bis 15d seien im folgenden die digitalen Verarbeitungen und ihre Ergebnisse erläutert.
Nach der Digitalisierung kann jede Lichtintensitätsspitze mit einer vorbestimmten binären Schwelle verglichen werden. Dies erlaubt eine qualitative und quantitative Zählanalyse der mündenden Mikrobohrungen.
Fig. 11a bis 11d zeigen digitalisierte Bilder der Hinterkante, die in Fig. 10a fotografisch dargestellt ist. Man erkennt aus Fig. 11a, daß zwischen dem sichtbaren vierten und dem fünften Loch von rechts in der oberen Reihe ein schwarzer Zwischenraum liegt, der länger ist als die anderen und ein nicht mündendes Loch anzeigt. In der unteren Reihe ist das fünfte Loch von rechts nur schwach durchgängig. Diese qualitative Analyse kann quantifiziert werden, und es können die geometrischen Parameter der Mikrobohrungen bestimmt werden.
Fig. 15 zeigt einen Teil des Bildschirms des Bildverarbeitungsmoduls 15, der in Bildelemente (Pixel) der Größe "e" unterteilt ist. Durch zeilenweises Abtasten kann jedem Pixel der binär umgewandelte Lichtintensitätspegel zugeordnet werden, der einer Bohrung oder einem nicht durchbohrten Teil der Oberfläche entspricht. Durch Abzählen der aufeinander folgenden beleuchteten Pixel kann man die Fläche jeder Mikrobohrung erkennen und den Schwerpunkt jeder Mikrobohrung ermitteln, den man an das geometrische Zentrum der Bohrung angleicht.
Nachdem man den Schwerpunkt aller Mikrobohrungen bestimmt hat, kann man daraus den Abstand zwischen den aufeinander folgenden Schwerpunkten und damit den Abstand der Löcher ableiten. Man kann gleichfalls aus dieser Messung die Gerade der kleinsten Quadrate für jede Mantellinie von Mikrobohrungen berechnen und die Abweichung jeder Bohrung gegenüber dieser Geraden der kleinsten Quadrate bestimmen.
Ein zweites Verfahren ermöglicht es, die in Rede stehenden Parameter zu verfeinern.
Man kann für jede Mikrobohrung Pixel für Pixel den Mittelwert des Graupegels jedes Pixels einer Bohrung berechnen, d.h. den Intensitätswert Id am Ort des Pixels mit der Abszisse "d", bezogen auf die Fläche e² dieses Pixels. Dies ermöglicht eine "scheinbare Vergrößerung" jeder Bohrung.
Durch dieses Verfahren läßt sich die Messung der Durchmesser der einzelnen Bohrungen optimieren, und abweichende Punkte, die entweder durch das optische System oder durch das Bilderzeugungssystem eingeführt werden, können aus dem digitalen Bild eliminiert werden. Dies geschieht dadurch, daß man in dem rekonstruierten Bild diejenigen Punkte unterdrückt, deren bearbeitete, über den Mittelwert der Graupegel berechneter Radius kleiner wäre als ein festgelegter Mindestwert. Unter Verwendung der "Graupegelmittelwerte" kann man auch alle vorherigen Daten (Zwischenbohrungsabstand, Verteilung der Löcher, ihre Fläche) mit größerer Feinheit neu berechnen.
Falls man eine quantitative Auswertung über das Gesamtbild einer Reihe von Bohrungen durchführen möchte, kann man die Konturen jeder Bohrung extrahieren, d.h. ein "Bildskelett" herstellen.
Fig. 13 zeigt das binär umgewandelte Bild einer doppelten Reihe von Bohrungen der Hinterkante einer Schaufel eines Modells X, das durch die oben beschriebenen Verfahren gewonnen wurde. Fig. 14 zeigt eine entsprechende Darstellung in Form eines "Bildskeletts", das auf folgende Weise gewonnen wurde.
Wie man in Fig. 7 und 8 erkennen konnte, wird die Lichtintensitätskurve für jede Abtastung durch einen Rauschfaktor gestört. Gleiches gilt für die vorangehend berechneten Graupegel. Das Verfahren der Konturenextraktion hat zum Ziel, den Rand jeder Mikrobohrung mit extremer Genauigkeit zu bestimmen.
Hierzu bestimmt man bei jeder Abtastung und für jede Bohrung, die eine Graupegelspitze verursacht, die Intensitätskurve des Graupegels I = f(d) (Fig. 15a). Man fügt zu dieser Funktion eine Rechteckfunktion g = g(d) hinzu und führt eine Glättung über p Punkte der gewonnenen Kurve I' = f(d) + g(d) durch, wobei der geglättete Wert
dem mittleren Indexpunkt neu zugeordnet wird, um so (durch Unterdrückung unerwünschter Rauschspitzen) die "erodierte" Kurve I"(d) zu gewinnen, die (durch Hinzufügung der Funktion g(d) erweitert und geglättet ist. Aus dieser Kurve extrahiert man den Wert α des Koeffizienten der Tangente, die dem Wendepunkt der geglätteten Kurve I" (d) entspricht.
Wenn diese Operation bei jeder Abtastung und für jede Bohrung durchgeführt wird, ermöglichen die so ermittelten und gespeicherten Werte, für jede Bohrung deren genaue Kontur zu rekonstruieren.
Das Photo von Fig. 14 zeigt die mit dieser Methode durchgeführte Rekonstruktion der Kontur jeder Bohrung von Fig. 13, wobei jeder Punkt jeder Kontur durch die oben beschriebene Methode gewonnen wurde.
Alle Parameter (Oberfläche der Bohrungen, Zwischenräume zwischen den Bohrungen, Verteilung) können so mit extremer Genauigkeit neu berechnet werden.
Bei der vorangehenden Beschreibung des Prüfverfahrens gemäß der Erfindung wurde die Prüfung eines einzelnen Werkstücks betrachtet. Dieses Verfahren kann jedoch auf die gleichzeitige Prüfung mehrerer Werkstücke ausgedehnt werden. In Fig. 2 sind zwischen dem Laser 10 und n zu messenden Werkstücken (n-1) Platten- oder Prismen-Strahlenteiler 19i in Reihe mit einem Spiegel 20 angeordnet. Der erste Strahlenteiler 19&sub1; reflektiert einen Strahl mit der Leistung P/n und überträgt zu dem zweiten Strahlenteiler 19&sub2; eine Leistung von P(n-1)/n Watt.
Entsprechendes gilt für den zweiten Strahlenteiler 19&sub2;, der P(n- 2)/n Watt überträgt usw. bis zu dem Spiegel 20, der den letzten Bruchteil P/n der Leistung der Quelle 10 empfängt und reflektiert.
Mit Hilfe von Spiegeln 21 wird jeder Laserstrahl 11i auf ein zu prüfendes Werkstück Li gerichtet, nachdem er durch eine Linse 12i fokussiert wurde.
Das Prinzip für die Reflektion der Strahlung ist bei jedem Werkstück mit dem oben beschriebenen identisch. Die Vorrichtung umfaßt n parallel angeordnete Kameras 13i, und das Bildverarbeitungsmodul 15 besitzt n parallele Speicher und eine Verarbeitungseinheit und ermöglicht so die Rekonstruktion von n korrigierten Bildern der geprüften Werkstücke.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Varianten sind die Mittel zur Detektierung und Berechnung mit denjenigen von Fig. 2 identisch. Der Hauptunterschied besteht in den eingesetzten Mitteln zur Übertragung des Laserstrahls.
Der Laser 10 mit einer Leistung P Watt sendet einen Strahl auf eine optische Trennvorrichtung 23, deren Ausgänge von n optischen Fasern 24i gebildet werden, an deren Enden Mittel 25 zur Fokussierung des Strahls angeordnet sind, die an die optischen Fasern angepaßt sind.
Die Vorrichtung kann zur Verbesserung der Prüftaktzeit auch automatisiert werden, indem man ihr eine Vorrichtung zum Ergreifen der Werkstücke und einen Roboter zuordnet, der die Werkstücke vor den einzelnen Prüfplätzen positioniert und die Werkstücke umdreht, bei denen die Bohrungen der Vorderkante und der Hinterkante geprüft werden sollen. Nach einer Varianten ist vorgesehen, daß man das Werkstück feststehen läßt und einen Roboter verwendet, der die Bildaufnahmekamera trägt.
Wenn man den Vergleich der Werte des geprüften Werkstücks mit den in der Recheneinheit gespeicherten Referenzwerten eines Musterstücks vorsieht, kann man für jedes Werkstück eine Prüfentscheidung vorgeben, durch die die Übereinstimmung der Zahl der Bohrungen, ihres Durchmessers und ihres Abstands präzisiert wird.
Das vorgeschlagene Verfahren führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Qualität und der Geschwindigkeit der Prüfung. Es erlaubt die Prüfung von Bohrungen bis zu einem Mindestdurchmesser von 10 Mikron. Unterhalb dieses Werts würde das beim Eintritt in die zu prüfende Bohrung parallele Lichtstrahlenbündel bei seinem Durchgang durch die Öffnung gestreut und dadurch die Anwendbarkeit des Verfahrens unmöglich gemacht.

Claims

1. Optisches Verfahren zur Prüfung von Bohrungen (5, 9) in einer Hohlschaufel für Turbomaschinen, insbesondere zur Prüfung der Bohrungen, die in der Nähe der Vorderkante oder der Hinterkante des Schaufelblatts angebracht sind,

bei dem man

mit einer Lichtquelle (10) den inneren Hohlraum (4, 6) der Schaufel durch den in dem Schaufelfuß angebrachten Kanal (7) beleuchtet,

mit einer Videokamera (13) das Werkstück über seine Länge abtastet und die Leuchtdichte der reflektierten Strahlen nach ihrem Durchtritt durch die Bohrungen (5, 9) der zu prüfenden Schaufel registriert,

die Folge der so erhaltenen Informationen in elektrische Signale umwandelt,

diese Signale in einer Rechner- und Speichereinheit (15) speichert, und

die Signale analysiert und sie mit einer vorbestimmten, von einem Vergleichsstück gewonnenen Referenzsignalfolge vergleicht,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Analyse der Signale eine Binärumwandlung umfaßt und die durch die Videokamera (13) gesehene Oberfläche in Pixel bekannter Abmessungen unterteilt ist,

daß man Querschnitt für Querschnitt die Kurve I = f(d) der Intensität I des Grauwertpegels bearbeitet, wobei d die Koordinate in Richtung der Querschnittsachse bedeutet,

daß man durch Überlagerung einer Rechteckfunktion g(d), in der g in Abhängigkeit von der Länge d die Werte 0 oder 1 annimmt, eine Abtragungs-Erweiterungs-Bearbeitung vornimmt und

daß man die so durch die Operation I' = f(g) + g(d) gewonnene Kurve I' einer Glättung über p Punkte unterzieht, wobei der geglättete Wert [I'(di) + I'(di+1) + ... I'(di+p)]/p dem mittleren Indexpunkt zwischen i und i+p neu zugeordnet wird, um eine geglättete Intensitätskurve I"(d) zu gewinnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Analyse von Mikrobohrungen, die theoretisch auf einer Mantellinie angeordnet sind, für jede Mantellinie die Gerade der kleinsten Fehlerquadrate berechnet und daß man die mit der berechneten Gerade behandelten Schwellwerte der Lichtintensität vergleicht, um die Fluchtung der Mikrobohrungen und ihre Streuung relativ zu der Geraden der kleinsten Fehlerquadrate zu bestimmen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den ausgesendeten Strahl Zwischenreflektionen zwischen den inneren Hindernissen (8) des Hohlraums, z.B. Gußspitzen, Brücken und dergleichen, und den inneren Rändern des Hohlraums durchlaufen läßt und daß man das Werkstück (1) so anordnet, daß die Zahl dieser Zwischenreflektionen auf einen Wert x begrenzt wird, der mit der von der Videokamera (13) erfaßbaren Lichtenergie Es vereinbar ist, wobei diese Energie Es mit der Energie Ee des ausgesendeten Strahlenbündels durch die Beziehung Es = xEe verknüpft ist, in der der globale Übertragungswirkungsgrad als Funktion der Gesamtzahl der Reflektionen und des Reflektionskoeffizienten des Materials des Werkstücks und x die Anzahl der Zwischenreflektionen bedeuten.