JP2002139315A - 構造部分の非破壊壁厚検査方法 - Google Patents
構造部分の非破壊壁厚検査方法Info
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Abstract
造部分の非破壊壁厚検査方法を提供することにある。 【解決手段】 構造部分または構造部分の表面がコンピ
ュータ制御でほぼ完全に無接触で測定されて、ディジタ
ルデータにより記述される形式の構造部分の非破壊壁厚
検査方法であって、構造部分をほぼ完全に記述する、構
造部分の多数の表面点を、3次元の座標系において自動
的に計算し、各表面点から、構造部分の表面に対して垂
直に材料に向って延びる方向で、少なくとも1つの対向
する表面点を探索し、表面点における構造部分の壁厚
が、表面点と、少なくとも1つの対向する表面点との間
の最小間隔として検出し、構造部分を視覚的に表示し
て、壁厚が所定の値を下回るおよび/または上回る表面
点が強調されて表示される。
Description
壁厚検査方法であって、構造部分または構造部分の表面
がコンピュータ制御でほぼ完全に無接触で測定されて、
ディジタルデータにより記述される形式の構造部分の非
破壊壁厚検査方法に関する。
等)または動力装置(例えばタービン羽根)のような機
械的および熱的に負荷された構造部分は、最小壁厚の維
持を検査しなければならない。このような構造部分のた
めの検査指示において、構造部分のどの個所でも下回る
ことが許されない壁厚のための最小値が表示される。例
えばシリンダヘッドにおける壁厚は目下のところ、全て
の個所に近づきやすくするために、構造部分をのこぎり
により細分することにより検査し、特別な計器により手
動の検査をおこなっている。構造部分の破壊と並んで、
この方法の主なる欠点は、構造部分の座標系に対する欠
陥のある基準に基づく、欠陥から(薄い壁)欠陥の原因
(例えば、構造部分が鋳造部分である場合の砂コアのず
れ)への逆推論が困難である点である。
より、構造部分の非破壊検査のためのコンピュータ断層
撮影システムが開発されている。コンピュータ断層撮影
は、コンピュータ上に個々に表示することの出来る、構
造部分の2次元のグレー値断面像のスタックを提供す
る。これらのシステムには、その他、個々の2次元のグ
レー値断面像における選択された壁厚の検査のためのシ
ステムソフトウエアがある。検査は使用者と対話形式で
おこなわれる、即ち、完全な検査は自動的には不可能で
ある。この方法の主な欠点は、実際の壁厚が2次元の断
面像よりも小さくなる、なぜなら断面は、一般的に壁に
対して垂直に位置していないからである。
ゆる実際に生じる壁厚の確実な自動的な検出と、構造部
分若しくは臨界的な壁厚の迅速な検査を可能にする構造
部分の非破壊壁厚検査方法を提供することにある。
記載の特徴要件により解決される。
へ、対向する表面における表面点を探索することによ
り、確実にどこでも最小の材料厚さを検出する。
直に材料内に入って、対向する表面の目標点を探索して
検出してその後で、目標点の周囲の所定の公差範囲内
で、別の点を選択して、出発点に対するそれらの点の間
隔を決める。最小間隔が、それぞれの材料厚さを表示す
る。
を直ちに提供するものではない。例えば、構造部分が、
互いに対向する側において、異なって湾曲した表面によ
って制限されている場合には、探索が、一方の側から最
小の材料厚さを提供できないことが生じる。この場合、
正しい材料厚さをしかし、他方の側のある表面点から得
ることが出来る、なぜなら全ての表面点のための計算が
実施されるからである。従って、表面点に対する実際の
材料厚さは、この表面点からあるいはどこか別の表面点
から、最初とみなされる表面点の方向への最小値であ
る。
出来る。使用者は、構造部分を検査するために、壁厚の
1つもしくは複数の制限値を入力しなければならない。
視覚的表示、例えば、スクリーンにおいて、壁厚が1つ
または複数の制限値を下回る及び/または上回ることが
計算された全ての表面点が浮かびあがる。例えば、スク
リーン上の3次元の構造部分の黒―白―表示において、
壁厚が所定の最小値よりも小さいかあるいは壁厚が上限
値及び下限値時の間にあるような個所は色で印をつける
ことが出来る。特に、表示された構造部分が透明かある
いはスクリーン上に回転可能である場合、使用者は、構
造部分が限界的な壁厚を有する何らかの範囲を有してい
るかどうか非常に簡単に認識することが出来る。
造部分の測定データが、測定後に残る、例えばデカルト
座標または円柱座標であるのが有利である。統一的な座
標系は、発見された欠陥(例えば薄い壁)から欠陥の原
因(例えば鋳造部分の場合の砂中子のずれ)への得られ
た逆推論を可能にする。
D−座標測定技術(例えば、レーザスキャナ、テーププ
ロジェクションーセンサー等)または断層撮影測定器
(例えばX線―コンピュータ断層撮影)によりおこなわ
れる。測定器の適当な選択により、可能な内部構造を含
む構造部分は完全に測定できる。結果は、以下の形式の
1つにある構造部分のディジタルな記述である。
ータセットによる3次元のグレー値断面像のスタック
(ボクセルは、この容積部材における構造部分の密度の
ための尺度であるグレー値を有する最小の容積部材であ
る)。
点影。
結合(三角測量)。
壁厚の自動的な解析を構成する構造部分の実際の状態の
ディジタルの記述を有している。
けるボクセルのグレー値が一般的に一方の値から他方の
値へ飛躍的に変化しないことを利用して、ボクセルデー
タセットから構造部分の表面点を計算する。即ち、表面
点として、例えばグレー値を有するボクセルの中心点を
とる。この場合、グレー値は、構造部分の材料のグレー
値と、材料が存在しない範囲のグレー値との間の所定の
範囲にある。Iso−グレー値―面上または付近に位置
するこれらの点が、密度の高い点影を形成する。
タックにより記載されている場合には、グレー値断面像
のピクセルに類似の上述の計算を実施して、3次元の座
標系内で得られた表面点の位置を記載することが出来
る。あるいは、まずグレー値断面像を1つにまとめて、
各ボクセルが、使用された座標系内の小さな容積に相当
してかつ所属のグレー値を有している3次元のボクセル
データセットを得る。このために、例えばMATERI
ALISE社のソフトウエアMIMICSあるいはVOLUM
E GRAPHICS社のソフトウエアVG STUDIO MA
Xのような商業ソフトウエアモジュールが既に存在す
る。
表面点による補償方法により、局部的な接平面が検出さ
れる。別の構造部分表面を探索する方向は、それぞれ局
部的な接面上の局部的な法線、即ち、材料内へ向う接平
面の法線ベクトルである。
を、密度の高い点影により記載されている第2の場合に
は、同様に各表面点に対して、補償方法により、その局
部的な法線が接平面の法線ベクトルによる与えらられる
局部的な接平面が検出される。
を、三角形網目結合により記載された第3の場合、3角
のいずれかの点を、特に3角形の重心といった構造部分
の表面点としてとることが出来る。この場合、局部的な
法線、即ち、各表面点のための探索方向は、例えば相応
する3角形の法線ベクトルによりあたえらる。
の実施例と図面に基づいて説明する。
査構造部分6を通して検出器8に放射する。構造部分6
は、マニピュレータ10をにより回転可能ならびに上下
運動可能である。構造部分6を完全に透射した後で、コ
ンピュータ断層撮影の図示されていないコンピュタが、
約1000のグレイ値断面像のスタックを提供する。グ
レイ値断面像は、例えば0.5mmの間隔で互いに平行
な水平面内に位置してそれぞれ例えば0.2mmx0.
2mmの解像力を有している。グレイ値は、例えば0
(黒、空気)と255(白、材料)との間の範囲にある。
図2は、構造部分の多数の2次元グレイ値断面像の1つ
を示している。この2次元グレイ値断面像は、暗色の背
景上の明色の範囲として浮き上がっている。
次元のボクセルデータセットが得られる。上記の例で
は、デカルト座標内のボクセルは、0.2mmx0.2
mmx0.5mmの体積に相当しかつ0と255との間
の範囲のグレー値を有している。
は、例えばこのボクセルの中心点として選択することの
できる点として表示される。これらの点は一緒に、構造
部分の表面を記述する密接した点影を形成している。
の断面図である。表面点14に属する壁厚は、局部的な
法線16を垂直に材料に引くことにより検出される。表
面点14と、局部的な法線16を構造部分12から引い
た個所との間の間隔が、この個所の壁厚である。
る点影の場合、例えば、点影の各点に対して、周囲の点
による局部的な接平面を計算することにより得られる。
計算された接平面を、この個所の実際の接平面に出来る
だけ正確に対応させるためには、周囲の点に基づく補償
計算をおこなう。局部的な接平面上の法線は、局部的な
法線16である。
面に対する間隔20との例えば表面点18のような数個
の表面点のための法線形成により、最小間隔を提供して
いない。しかしながら、構造部分の反対側の点24に対
する計算をすると、この個所における最小値を得ること
が出来る。構造部分の最小壁厚を検査するためには、壁
厚として、局部的な法線16に沿った間隔をとり、間隔
が下回れば十分である。所定の限界内で変動している壁
厚が表示されている場合には、しかしあいまいさを避け
なければならない。そのような場合には、表面点18を
通過するより長い間隔の長さ、上記実施例において間隔
20を除去する。
度の高い点影により記述されていなくて、三角形網目結
合により記載する場合の局部的な壁厚の検知を以下に詳
細に記載する。
する構造部分の2つの対向する表面26と28を示して
いる。3−D―座標測定技術は、表面26と28を描く
三角測量または三角形網目結合を提供する。構造部分の
材料は、表面26と28との間に延びている。
に、各三角形と各三角形の3つの隣接する三角形に対し
て、重心を通る局部的な表面法線を計算する。隣接の三
角形を計算に入れることが、局部的な表面の欠陥または
測定誤差を補償するために有利である。粗い網目の三角
網目結合の場合には、それぞれ各三角形の局部的な表面
法線を計算すれば十分である。
線ベクトル30が位置している。法線ベクトル30は、
重心sから構造部分の材料に向って示されている。法線
ベクトル30に沿って変化する線分は、長さAを有して
いる。即ち、重心sにおいては、A=0である。
inと上側の限界値Amaxとの間に位置している構造部分の
個所が探索される。下側の限界値Aminと上側の限界値Am
axとは、本発明の方法を実施する前に使用者によって入
力される。その他、使用者は、表面法線の中心として、
間隔Aminと間隔Amaxとの間で、表面26から別の構造部
分表面(図4の表面28)へ探索される円筒の直径であ
る探索公差を入力する。
とAmaxとの間の長さにわたって延びる、直径tを有する
円筒である。表面28上の、探索範囲32内にある三角
形の全ての重心または頂点並びに表面26上の出発三角
形の重心sからの全ての重心または頂点が検索されて記
憶される。これらの値の最小値が、表面26と28との
間の探索された壁厚である。
れた後に、構造部分または構造部分の興味ある部分は例
えばCAD−プログラムにより遠近法でスクリーン上に表
示される。視覚的な表示において、それぞれ探索範囲3
2内に位置する全ての表面点は、構造部分の色とコント
ラストを示す色で表示される。即ち、AminとAmaxとの間
の壁厚を有する構造部分の範囲は、例えば、CAD−プロ
グラムにより可能なように遠近法の表示を仮想に回転す
ることにより、強調されて表示されてより詳細に見るこ
とが出来る。
色は、自動的に局部的な壁厚と関連して選択することが
出来る。壁厚が、探索された範囲内で変化している場合
には、虹色における各色が壁厚を表わす。各色に属する
壁厚が、同様にスクリーン上に表示された色スペクトル
に沿う数値として表示されるので、使用者は、ただちに
相応する数値を認識するとが出来る。
プログラムは、例えば、所定の目標位置からの検索され
た範囲の万一のずれを数値で表示できるような、多数の
他の有効な情報を提供できる。
方法ステップは、まとめて第5図に示されている。
造部分の表面がコンピュータ制御でほぼ完全に無接触で
測定されて、記憶されたディジタルデータにより記述さ
れる。方法ステップs2では、使用者は、例えば上記記
載のパラメータt、Amin、Amaxのような所望の探索パラ
メータを入力する。方法ステップs3において、自動的
に、構造部分をほぼ完全に記述する、構造部分の多数の
表面点が、3次元の座標系において計算される。方法ス
テップs4において、各表面点から、表面点において構
造部分の表面に対して垂直に材料に向って延びる方向
で、少なくとも1つの対向する表面点が探索される。方
法ステップs5において、表面点における構造部分の壁
厚が、表面点と、少なくとも1つの対向する表面点との
間の間隔として検出する。最後に、方法ステップS5に
おいて、構造部分が視覚的に表示される。視覚的な表示
において、壁厚が探索パラメータの相当するか若しくは
何らかの形式で探索パラメータからずれている表面点が
強調されて表示される。
タ断層撮影の原理図である。
像の1つを示す図である。
である。
法を説明するための斜視図である。
明するための系統図。
Claims (4)
- 【請求項1】 構造部分または構造部分の表面がコンピ
ュータ制御でほぼ完全に無接触で測定されて、ディジタ
ルデータにより記述される形式の構造部分の非破壊壁厚
検査方法であって、コンピュータは、以下のように実施
される、 a)構造部分をほぼ完全に記述する、構造部分の多数の
表面点を、3次元の座標系において自動的に計算し、 b)各表面点から、表面点において構造部分の表面に対
して垂直に材料に向って延びる方向で、少なくとも1つ
の対向する表面点を探索し、 c)表面点における構造部分の壁厚が、表面点と、少な
くとも1つの対向する表面点との間の最小間隔として検
出し、 d)構造部分を視覚的に表示して、視覚的な表示におい
て、壁厚が単数または複数の所定の値を下回るおよび/
または上回る表面点が強調されて表示されることを特徴
とする構造部分の非破壊壁厚検査方法。 - 【請求項2】 3次元の空間内の多数の点のそれぞれに
対する構造部分の無接触の測定は、グレー値を提供し
て、構造部分の表面点を、構造部分の材料のグレー値
と、構造部分の材料の存在しない範囲のグレー値との間
のグレー値を有する点として計算することを特徴とする
請求項1記載の構造部分の非破壊壁厚検査方法。 - 【請求項3】 構造部分の無接触の測定は、3次元の空
間内の点影を提供して、構造部分の表面点を、3次元の
座標系内の点影の点により形成することを特徴とする請
求項1記載の構造部分の非破壊壁厚検査方法。 - 【請求項4】 構造部分の無接触の測定は、3次元の空
間内の三角形網目結合を提供して、構造部分の表面点
を、三角形の所定の点として計算することを特徴とする
請求項1記載の構造部分の非破壊壁厚検査方法。
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