JPH03170005A - タービン翼の微細孔の光学検査 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼室内壁、アフターバーナー気流路の多孔
性ライナ及び航空機タービンの中空買等々の航空機部品
等で実行される微組せん孔の光学検査装置並びに方法に
係る。

これらの３種類の部品では、極小径でせん孔された孔の
「透過性」を検査即ち測定することができることが重要
である。この透過性は気孔の明けられた内壁を横切って
通気乃至冷却気流を通過させる孔の容量であり、最少透
過率を守ることは部品の寿命にとって有効時間のほとん
どである。

こうして、買根部に設けられた空胴を横切って加圧空気
が供給ざれる超音速ターボジェットエンジンのタービン
の初段冷郎翼の１具体例では、前縁に沿って５３個の孔
が列に並び、後縁に沿って８０偶と１９個の孔が２列に
並んでおり、これらの孔のすべてが３００から５００ミ
クロンの平均直径をもっている。

これらの孔のせん孔特性を検査する現在の方法は、２つ
の手動作業を実行するというものである。

各孔内に寸法ゲージを通して孔がゲージに等しい最少寸
法をもつこと及び買の空胴内にゲージが突き出すことを
確かめる。

次に、予定の孔数が実現されたことを確認するため孔数
を数える。

この方法は長くてうんざりする他に、孔の計数で寸法ゲ
ージによるせん孔検査と同様に、作業者の注意が薄れた
ときに孔が忘れられとしまうことがあるという誤差の危
険が大きい。

他方ではこれらの作業は、孔が正しい場所に開けられた
かどうか、あるいは孔質（真円度不良、等々・・・・・
・〉が正確か否かをだしかめることを可能にしはしない
。

また、上記の欠点がすべてを防ぎ、ざらに孔質、孔数及
び正確な位置決定の迅速な検査を人間の介入をできるだ
け限定して確実に実行することを可能にするタービンエ
ンジンの中空翼のせん孔の光学検査方法を完成すること
が、”本発明の目的である。

本発明の付帯的目的は、単一個の部品の検査であれ、数
個の部品の同時検査であれ、その方法を実行する装置を
実現することである。

それ故、本発明はタービンエンジンの中空翼のせん孔の
検査、特に翼の羽板部の前縁又は後縁近傍に設けられた
気流孔の光学的検査方法を目的とする。

本発明によれば、 買根部に設けられた気流路を横切って翼の内部空胴を光
源を用いて照明する。

部品の全長をビデオカメラを用いて走査し、被検部品の
オリフィスを通して反射した光の輝度を記録する。

このようにして収集した一連の情報を電気的信号に変換
する。

前記信号を計数及びメモリユニットに記憶する。

前記信号を処理し、これらを標準部品からの一連の所定
基準信号と比較する。

測定信号の処理は１具体例によればビデオスクリーン上
で基準部品との比較を行うか又は行わずに部品の視覚分
析を含む。

信号処理はさらにカメラにキャッチされた画像の各点の
輝度を分析する工程も含む。

本発明制御装置は以下を含む。

小径の発光源 少なくとも１個の、発光光線の収束手段、被検査部品を
、翼根部に設けられた人気通路を介して放射光が部品に
射し込むように保持する、少なくとも１個の保持手段、 検査スクリーンと画像処理モジュールとに結合した少な
くとも１個のビデオカメラ、画像記録ユニット及び各画
像に対応する数値化された信号の処理ユニットを含む少
なくとも１個の画像処理ユニット、 装置がたとえば出力Ｐワットのレーザ光線発振機のよう
な単一個のコヒーレント光源を用いてｎ個の部品を同時
に検査しなければならない場合には、装置は前記レーザ
光源と部品保持手段との間に、放射レーザ光を出力Ｐ／
ｎワットのｎ本のビームに分割する光学装置を含むこと
ができ、前記各ビームは収束手段を介して部品を照明し
、さらに少なくともｎ個のビデオカメラから生じる信号
を同時に記録し処理することができる画像処理装置と結
合したビデオカメラを少くともｎ個含むことができる。

つぎに、本発明検査方法及びその実行装置のその他の特
徴について、添付図面を参照して説明する。

第１図には、誓根部２及び中空羽根部３を含む、空気冷
却されるＸ型中空ＩＩ１の断面図を示した、図示の例で
は、舅はその前縁近傍に上流側気流路４含み、その冷却
気供給は翼根部２を通して実行され、他方では翼上面の
前縁近傍に設けられた５３個の微剤せん孔５によって排
出される。

翼はまた、翼根部２の２本の気流路７を介して給気され
、内側に小孔又は渦流ブリッジ８を含む下流側空胴６を
含む。空気は直径およそ５００ミクロンの２列の微細孔
９を介して後緑のほうへ排出され、各列はそれぞれ８０
個と１９個の孔を含む。

本発明の原理はこのような中空翼を内部から照明し、さ
らにその数と特性が測定されるべきオリフィス３又は９
によって翼の内壁を通る光線を観察し分析するというも
のである。

この原理の実行を可能にするためには、コヒーレント光
源、ここで波長５１４．４ナノメートルの光束を生じる
連続放射形の、出力１ワットのイオン化アルゴン形レー
ザ管１０だが、を用いて翼を照明する。

微細孔の出口で得られる光エネルギＥｓはＥｓ＝ρ８に
等しい。但しＸは空胴な内部における光線の反射数を表
す。

このエネノレギはビデオカメラ１３によって、キャッチ
されるから、Ｅｓはこの種のカメラによって示されるエ
ネルギレベル、即ちＣＣＴＶ型低輝度レベルカメラにつ
いて数ミリワットのレベルと両立し得るものでなければ
ならない。

カメラ１３によって得られた画像はビデオモニタ１４に
送られ、オペレーターの解釈に付されることができる。

九束１１は集光レンズ１２を用いて収束され、その光学
軸は、照射すべき空胴、ここでは下流側空胴６の対称軸
内にほぼ向き付けされる。被検翼の内部構造の関数とし
て、前記翼内の光分布の均一性を優先するようにしてレ
ーザ光源１０に対して翼を位置決めする。

他方では、収束された光束はその軌跡上で一定数の障害
（気流路７の内壁、ブリッジ８、空胴６の内壁）に出会
い、微細孔５又は９からでる以前に反射するが、空胴内
の光束の反射数を制限することが重要である。何故なら
、各反射毎に、反射光の強度Ｉ「はｉｒ−ρｌｅに等し
いからである。

但し、 Ｉｅは入躬光の強度 ｅは材料の反対計数と結びついた全効率である。各反銅
毎に次の式が得られる。

但しｎ（空気）及びｎ（金属）は空気中及び金属中の屈
折指数、ｋは金属の吸収計数を表わす。

中空翼の製造に用いられる材料の場合は、前記金属の屈
折数“ｎ（金属）”は０，５８から０．６３まで変化し
、吸収計数のほうばゼロである。

こうして、ＩＮＣＯＮＥＬ　７１８（商品名〉型のニッ
ケルベース合金で作られた前記Ｘ型買については、この
合金の組成はＣｒ１９％、Ｆｅ１８％、Ｎｂ　　５％、
Ｎｉ残部であるが、効率ｅは１反射毎に０．０５７に等
しい。

後にとりあげるがＹ型翼について用いられた他の合金に
ついては、ニッケルをベースとする前記合金はＤＳ２０
０（商品名に非ず〉と呼ばれ、組成はＷ１２％、Ｇｏ１
０％、Ｃｒ　　９％、ＡＮ　　５％、Ｎ残部であるが、
効率ｅは０．　０７６に等しい。これと平行して、カメ
ラ１３から送出される信号はアナ口グーディジタル計算
機に送られ、画像処理装置１５内で処理されるため計数
化される。

回旋及びろ過処理によって、検査感度を向上させ、かつ
後部孔と部品残部間の対照が増大する。

こうして処理装置１５と結合したスクリーン１６上に視
覚化され得る修正画像が再創造される。また、像は計数
化されているので、像を走査する毎に部品の対応断面に
付随するａｍ曲線を描くことができる。

１点ずつ受取り、計数される光の強度は光の出る＠細孔
の直径の関数である。こうして部品の正確な状態のより
細かい分析を行うことができる。

次に第４図から第７図を参照して以下の具体例を説明す
る。

本発明装置を用いて２つの型式の中空翼が検査された。

翼の２つの型式とは、タービンエンジンの高圧タービン
響で、第１の型式はＸ型でＩＮＣＯＮＥし　７１８製で
あり、第２の型式はＹ型でＤＳ２００でつくられている
、 実際の微細孔数を次表に要約す る。

第４図は後縁の孔が見えるＸ型翼の写真である。

第５図はビデオスクリーン１４上で見られるような後縁
の孔の光学的サインの写真である。孔全体が第５図の写
真上で復元ざれているのがわかる。

２列の孔が見られ、各列の孔数を計算することができる
。

他より暗く見える孔は直径が他より小さいが、あるいは
部分的に抜けていると解釈しなければならない。

第６図はＹ型翼の前縁の写真である。第７図では、処理
され数値化された像は２５個の孔が３列あるうちの２列
を示す。第３列の孔の向きは写真には示されていない。

ビデオ像（第５図と同様の）が２列のうち１列上で、実
際の１５個の代りに１４個のオリフィスしか列挙するこ
とができないのに対して、第７医で再生された像は対照
の改良によって１５個の孔の検出が可能である。

第１５番目の孔はビデオ像では見られず、第７図のΔへ
断面に一致する。

検査すべき孔の大半を含む部品（第８図に再生された方
向に対しほぼ垂直な断面で選択された）のこの断面の輝
度曲纏を検討すれば、２つの強度ピークが判明する。第
１のビーク１７ａは高く、正規直径のオリフイス１８ａ
に対応する。より低い高さの第２のビーク１７ｂはビデ
オ像が明かさないオリフィス１８ｂの存在を明らかにす
る。オリフィス１８ｂをさらに詳しく分析すると、この
オリフィスは斜めに抜けており、カメラによって゛′見
える”直径は０．５０でな＜　０．　１５ｍであること
が分かる。せん孔幾何学形のこの種の不良は以前のゲー
ジによる検査法では見ることができなかった。

第１０図から第１５ｄ図を参照すれば、計数化とその結
果が明らかになる。

計数化ののち、各光度ピークはあらかじめ定められた２
進化限界値と比較されることができ、これによって微細
孔の計数の定性定量分析が可能となる。

第１１ａ図から第１１ｄ図は第１０ａ図で撮影された後
縁の計数化された像である。第１１ａ図では、右側の上
の列の第４番目と第５番目の可視孔の間の他より長い黒
い間隔は孔が下列まで抜けていないことを示し、右から
第５番目の孔の通りは弱いことを確かめることができる
。この定性分析は数量化することができ、微細孔の幾何
学形パラメータが決定され得る。

は寸法“ｅ”のビクセルに分割される。回線走査によっ
て孔又は長面の無孔部分に対応する光度の２進化レベル
を各ビクセルに与えることができる。

照明されたビクセルを計数することによって各微細孔の
表面を知ることができ、孔の幾何学的中心と考えられる
微細孔重心を決定することができる。

各微細孔の重心を決定すれば、ここから重心間の距離、
即ち孔の距離を推論することができる。

また同様に、この測定から各微細孔母線について最小正
方形線を計算し，この最小正方形直線に対する各孔のば
らつき決定することもできる。

第２の処理方法は前記パラメータを洗練することを可能
にする。

各微細孔について、孔の各ビクセルの灰色レベルの平均
値、即ち前記ビクセルの表面ｅ２にもたらされた横座標
のピクセルのレベルでの濃度値Ｉｄを各ピクセル毎に計
算することができ、各孔の“見かけ上の倍率”を得るこ
とができる。

この方法によって各孔の半径の測定を最滴下し、光学装
置又は画像装置によって測定チェーン内に導入ざれた異
常点の計数化された像を除去することができ、これは灰
色レベルの平均値について計算された半径が最小規定値
より低い点を再生像から取除くことによって実行される
。

同様に、“灰色レベルの平均値′゛を用いることによっ
てより洗練された方法で先行データのすべてを再度計算
することができる（孔間距離、孔のバラツキ、孔表面）
。

孔列の全体像について定量検査を行いたい場合は、各孔
の輪郭の抽出、即ち゛画像の骨組み′”を形成すること
ができる。

第１３図は上記方法によって得られるＺ型響の後縁の２
重孔列の２進化像を表わし、第１４図は次の方法で得ら
れた゛画像の骨組み″の構或図を表ねす。

第７図及び第８図で分かるように、各走査についての光
度曲線は錐音計数によって乱される。光に計算された灰
色レベルについても同様である。

輪郭の抽出方法は各微細孔の縁を極度に精密に決定する
ことを目的とする。

このためには、核捜査ごとに、灰色レベルの濃ｂ 度曲線１＝ｆ　（ｄ）（第１５１図）を決定する。この
関数にスペース関数ａ＝ｑ（ｄ）（第１５ｉ図）を付加
し、そして得られた曲線１’　＝ｆ　（ｄ）十ｇ（ｄ）
の点ｐについて平滑化を行なうが平滑化された値 Ｐ は、浸食（雑音の突発性ピークの除去）し、膨張（関数
ｑ（ｄ）の付加による〉し、平滑化した曲線Ｉ″　（ｄ
）を提供し、そこから平滑化曲線１”（ｄ）の変更点に
対応する接線計数値αを抽出するため、中間指数点に再
度付加される。

この計算は各走査ごとに核孔ごとに実行され、このよう
に決定された記憶された値は各孔について正確な輪郭を
再構成することはを可能にする。

第１４図の写真はこの方法によって第１３図の各孔の輪
郭を再構成したものを表わし、各輪郭の核点は上記方法
によって決定された。

こうしてすべてのパラメータ （孔表面、゛孔間隔、 バラツキ）は極度の精密さで計算しなおされることがで
きる。

本発明検査方法は、単独部品検査を考慮して説明したが
、この方法は数個の部品の同時検査にも広げることがで
きる。こうして、第２図を観察すれば、レーザ１０とｎ
個の被検部品との間にブレード又はプリズムをもつ（ｎ
−１　）個の分離器１９が鏡２０と直列にそうに入され
ているかのが分かる。第１分ｌｌ器１９１は出力Ｐ／ｎ
の光線反射し、達する。

（ｎ−２）一・Ｐワットを伝達する第２分離器ｎ １９２についても同様で、 ついで光源１０の出力の最 終部分Ｐ／ｎを受光し、 反射する鏡２０まで以下同 峰である。

鏡２１を、各レーザ光線１１　　はレンズ１２，によつ
１ て収束された後、被験部品１１上に送られる。

各部品について光反射の原理は上記と同様であって、こ
の装置はｎ個のカメラ１３，を並列に備え、画像処理装
置１５はｎ個の並列メモリ及び被検部品のｎｌｌｌの修
正画像を再構成することを可能にする処理装置を含む。

第３図の変形例では、検出計数手段は第２図のものと同
一である。主たる差異は使用されるレーザ光伝導手段に
ある。

出力Ｐワットのレーザー０は光学分離装置２３に光線を
放射し、先端に光ファイバと結合した光収束手段２５が
配置されたｎ個の光ファイバ２４．でその１ 出力を構或している。

本発明装置はまた、検査速度を向上させるため、部品の
つかみ装置及び部品を各検査位置の前に置きかつ部品を
反転させるロボットを付加することによって、あるいは
変形例では部品を固定し、画像キャッチカメラを支える
ロボットを用いることによって自動化を試みることも可
能である。

さらに被検部品の値を計算ユニットに記憶ざれ基準部品
の参照値と比較することを可能にすることによって、各
部品につい孔数、直径及び間隔の一致を明確にする検査
判定を提出することができる。

こうして提案した方法は検査の質と迅速性を大幅に改良
し、かつ１０ミクロンまで下げることができる直径の孔
を検査することを可能にする。この値以下では被検孔の
入口に対して平行な光線はオリフィスを通る記載に回折
し、そのためこの方法の利用が不可能になるかもしれな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明検査装置を翼の検査に用いる場合の原理
図、第２図は装置の変形例を数枚の翼の同時検査に用い
る場合の原理図、第３図は同時検査に用いた第２の変形
例の原理図、第４図は冷即したＸ型翼の１具体例で、買
前縁が５３個の孔列を含み、翼後縁が８０個と１９個の
２列からなる気流孔を含むものの写真による説明図、第
５図は本発明方法を用いて得られた第４図の翼の後縁の
光学イ象の写真による説明図、第６図は翼前縁に１５個
の排気孔３列を含むＹ型買の写真による説明図、第７図
はＹ型翼の上面から見た前縁の記数化された像、並びに
記数化された像から読取られた結果を解釈するための輝
度曲線の描き方の説明図、第８図は第７図の断面ＡＡに
対応する輝度曲線図、第９図は第７図の写真の翼のＡＡ
断面について分析によって明らかにされたせん孔不良の
説明図、第１０ａ図は買後縁の微細せん孔を示すＸ型翼
の写真、第１０ｂ図は同じ翼の前縁の微剤せん孔列を示
す写真、第１１ａ図から第１１ｄ図は第１０ａ図の翼の
後縁の孔を、光信号の計数並びに限界値決定により再構
成した像で、第１１ａ図は第１０ａ図の右部分で、翼根
部に向かい左部分まで進む状態を示す写真による説明図
、同様に第１２ａ図から第１２Ｃ図は第１０ｂ図の前縁
で、第１２ａ図は後端縁に向き合う部分、第１２ｃ図は
後端部に隣接する部分を示す写真による説明図、第１３
図はＺ型翼の後緑で、１１個の微細せん孔２列を再構或
した写真による説明図、第１４図は各微細せん孔の輪郭
を抽出するため本発明に従って第１３図の像を処理した
写真による説明図、ｌ幼檜恭孝第１５ａ図から第１５Ｓ
図は微細せん孔の像の骨格構造の細かい計算方法の各段
階を示す説明図である。 １・・・・・・被検部品、４，６・・・・・・内部空胴
、５．９・・・・・・孔、７・・・・・・気流路、１０
・・・・・・光源、１３・・・・・・ビデオカメラ、１
４・・・・・・ビデオスクリーン、１５・・・・・・計
数及びメモリーユニット。 図面のｊ，Ｓ）　：’Ｊ：；　’＜’ｉ”’エｌ：、″
．変更なし）Ａ Ａ ＦｆＧ，７ 図而Ｃ゛ク：（Ｉ］容に変更なし） Ａ Ａ ＦＩＧ　．　８ Ｃ面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ：　１３ 翫需ｐ浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ：１４ａ ＦＩＧ：１５４

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンエンジンの中空翼のせん孔、特に翼の羽
   根部の前縁又は後縁近傍に設けられた孔の光学的検査方
   法であって、 −翼根部に設けられた気流路を横切つて翼の内部空胴を
   光源を用いて照明し、 −部品の全長をビデオカメラを用いて走査し、被検部品
   のオリフィスを通して反射した光の輝度を記録し、 −このようにして収集した一連の情報を電気的信号に変
   換し、 −前記信号を計数及びメモリ装置に記憶し、−前記信号
   を処理し、これらを標準部品からの一連の所定基準信号
   と比較する ことを特徴とする方法。
2. （２）信号の分析が、ビデオスクリーン上に視覚化され
   た被検部品の光学的サインの視覚分析より成ることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
3. （３）信号の分析が、カメラによってキャッチされた光
   線の輝度分析工程を含んでおり、前記工程は前記カメラ
   によって供給されたビデオ像の断面ごとに実行されるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. （４）輝度曲線の分析のために選択された断面が、検査
   すべき孔の大半を含む部品部分の方向に対してほぼ垂直
   であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. （５）信号の分析が前記信号の２進化を含み、前記２進
   化信号を所定の２進化限界値と比較することによって通
   った微細孔の数を計算する定性工程を含むことを特徴と
   する請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. （６）信号の分析が前記信号の２進化を含み、カメラに
   よつて観察された表面が公知方法のピクセルに分割され
   、 −段面ごとに灰色レベルの濃度曲線Ｉ＝ｆ（ｄ）（但し
   ｄは断面を軸とする座標）を処理し、−スペース関数ｇ
   （ｄ）（但しｇは長さｄの関数として０又は１の値をと
   る）を付加することによつて浸食−膨張処理を実行し、 −このようにして得られた曲線Ｉ′のＰ点に対してＩ′
   ＝ｆ（ｄ）＋ｇ（ｄ）により平滑化を実行する。平滑化
   された値 Ｉ′（ｄ＿ｉ）＋Ｉ′（ｄ＿ｉ＿＋＿１）＋…＋Ｉ（ｄ
   ＿ｉ＿＋＿ｐ）は強度Ｉ″（ｄ）の平滑化曲線を得るた
   めｉ及びｉ＋ｐの間の中間指数点に再度付加され、 −曲線Ｉ″（ｄ）の変曲点を抽出し、さらに各通り微細
   孔の骨組みを再構成する ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載
   の方法。
7. （７）母線上に理論的に配分された微細孔の分析にさい
   して、各母線について最小正方形直線を計算し、処理さ
   れた光強度限界値を、最小正方形直線に対する前記微細
   孔のバラツキ及び整列性を決定するため計算された前記
   直線と比較することを特徴とする請求項５又は６に記載
   の方法。
8. （８）空胴の対称軸がそれを照明する光線の光軸の近傍
   にあるようにして部品を配置することを特徴とする請求
   項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. （９）放射光線に対し、小孔、ブリッジ又はその他のよ
   うな空胴内部の障害と前記空胴の内側縁の間で反射を行
   わせること、及び部品を前記中間反射数が部品の出口に
   おけるビデオカメラによる検出可能の光エネルギＥｓと
   両立し得る値ｘに限定されるようにして配置し、前記エ
   ネルギＥｓは式Ｅｓ＝ｅ＾ｘＥｅ（但しｅは反射全数及
   び部品材料の反射係数の伝達関数の全効率であり、ｘは
   前記中間反射数である）によつて放射光線エネルギと結
   合することを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. （１０）−コヒーレント光源、 −少なくとも１個の、放射光線の収束手段、−被検部品
    を、翼根部に設けられた人気通路を介して放射光が部品
    に射し込むように保持する、少なくとも１個の保持手段
    、 −検査スクリーンと、画像処理モジュールとに結合した
    少なくとも１個のビデオカメラ、−画像記憶ユニット及
    び各画像に対応する数値化信号の処理ユニットを含む少
    なくとも１個の画像処理ユニット、 を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項
    に記載の方法の実行装置。
11. （１１）画像処理モジュールが、回旋及びろ過によつて
    検査すべき孔の光学サインの修正像を提供する計算手段
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. （１２）画像処理モジュールが、視覚化された像の各断
    面について、被検部品の微細孔によって放出された光線
    の輝度曲線を分析することを可能にする計算手段を含む
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
13. （１３）光源がＰワットの出力のレーザであって、前記
    レーザと部品保持手段との間に放射レーザ光線を、出力
    Ｐ／ｎワットのｎ本の光線に分割する光学装置を含んで
    おり、前記各光線は収束手段を介して部品を照明し、さ
    らにｎ個のビデオカメラを含んでおり、これらのカメラ
    はここから生じる信号を同時に記録し処理する画像処理
    モジュールと結合していることを特徴とする、ｎ個の部
    品を同時に分析するための請求項１０から１２のいずれ
    か一項に記載の装置。
14. （１４）レーザ光の光学分離装置が、ブレード又はプリ
    ズム式のｎ個の分離器を直列につないで構成され、出力
    Ｐ／ｎワットの反射光線が鏡全体によって被検部品上に
    送られることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. （１５）レーザ光の光学分離装置が、出力側に出力Ｐ／
    ｎワットの光線を運ぶｎ本の光ファイバを有しており、
    さらにそれらの部品側先端に集積化された光学収束手段
    を含んでいる分離ケースを含むことを特徴とする請求項
    １３に記載の装置。