特許 6784802 き裂検査装置およびき裂検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784802

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】き裂検査装置およびき裂検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/30 20060101AFI20201102BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/30 A

   G01B11/24 A

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-115803(P2019-115803)

(22)【出願日】2019年6月21日

(62)【分割の表示】特願2015-81102(P2015-81102)の分割

【原出願日】2015年4月10日

(65)【公開番号】特開2019-152681(P2019-152681A)

(43)【公開日】2019年9月12日

【審査請求日】2019年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】大嶽 達哉

(72)【発明者】

【氏名】相川 徹郎

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 行徳

(72)【発明者】

【氏名】黒田 英彦

【審査官】 仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５３９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２５６６３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物の形状を計測して得られた形状計測データと、前記形状計測データとの比較用の基準形状データとの位置調整を行う位置調整部と、
前記位置調整がされた前記形状計測データと前記基準形状データとを比較して、前記検査対象物においてき裂が存在する領域を特定するき裂領域特定部と、
前記き裂内の特定の点を検出するき裂検出部と、
前記特定の点の検出結果に基づいて、前記き裂の寸法を測定するき裂測定部と、
を備え、
前記位置調整部は、前記形状計測データおよび前記基準形状データの基準位置として、前記検査対象物であるガスタービンの静翼の内壁または外壁を選択し、前記形状計測データおよび前記基準形状データの前記基準位置を少なくとも３点でマッチングすることで、前記位置調整を行う、
き裂検査装置。

【請求項2】

前記き裂検出部は、前記特定の点として、前記き裂の下端点、側端点、開始点、および終了点の少なくともいずれかを検出する、請求項１に記載のき裂検査装置。

【請求項3】

前記き裂検出部は、前記き裂の座標の変化率に基づいて、前記特定の点を検出する、請求項２に記載のき裂検査装置。

【請求項4】

さらに、前記形状計測データおよび前記基準形状データの少なくともいずれかを用いて前記検査対象物の形状の輪郭を検出し、前記輪郭を２次元空間に投影した投影画像を作成する投影画像作成部を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のき裂検査装置。

【請求項5】

さらに、前記き裂の形状データと前記投影画像との合成画像を作成する合成画像作成部を備える、請求項４に記載のき裂検査装置。

【請求項6】

さらに、
前記検査対象物の形状を計測する計測部と、
前記検査対象物を前記計測部によりスキャンするスキャン部とを備え、
前記スキャン部は、前記計測部を移動させる移動部と、前記計測部を回転させる回転部と、前記検査対象物の位置を固定する固定部とを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のき裂検査装置。

【請求項7】

さらに、前記計測部により計測された複数組の形状計測データを１組の形状計測データに合成する形状合成部を備え、
前記き裂領域特定部は、合成された前記形状計測データと、前記基準形状データとに基づいて、前記検査対象物において前記き裂が存在する領域を特定する、請求項６に記載のき裂検査装置。

【請求項8】

位置調整部が、検査対象物の形状を計測して得られた形状計測データと、前記形状計測データとの比較用の基準形状データとの位置調整を行い、
き裂領域特定部が、前記位置調整がされた前記形状計測データと前記基準形状データとを比較して、前記検査対象物においてき裂が存在する領域を特定し、
き裂検出部が、前記き裂内の特定の点を検出し、
き裂測定部が、前記特定の点の検出結果に基づいて、前記き裂の寸法を測定する、
ことを含み、
前記位置調整部は、前記形状計測データおよび前記基準形状データの基準位置として、前記検査対象物であるガスタービンの静翼の内壁または外壁を選択し、前記形状計測データおよび前記基準形状データの前記基準位置を少なくとも３点でマッチングすることで、前記位置調整を行う、
き裂検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、き裂検査装置およびき裂検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発電所内の機器の検査では、目視検査、超音波探傷検査、渦流探傷検査（ＥＣＴ：Eddy Current Testing）などの非破壊検査が行われることが多い。このような非破壊検査の検査対象物の例としては、ガスタービンの静翼が挙げられる。一般に、静翼の内在欠陥は、超音波探傷検査や渦流探傷検査により自動的に検出されて記録されるが、静翼の表面のき裂や減肉などの欠陥は、目視検査により手作業で検出されて記録されている。そのため、き裂や減肉の検査や補修には、多大な時間とコストがかかる。そこで、き裂や減肉の検査に関し、検査工程の歩留まりの向上と検査時間の短縮を可能とする自動検査が望まれる。

【0003】

き裂を検出する方法の例には、画像処理による方法と、形状データ比較による方法とがある。しかしながら、前者の方法では、検査対象物への照明の当たり方が悪いと、き裂の誤検出や未検出が生じる可能性がある。一方、後者の方法では、形状計測データと基準形状データとを比較する際に、検査対象物の経年的な変形が原因で、形状計測データと基準形状データの同一部分の形状が異なっている場合がある。この場合、形状計測データと基準形状データの位置調整がずれる可能性があり、き裂ではない部分やき裂からずれた部分がき裂として検出される可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−３０９６０３号公報

【特許文献2】特開２０１４−２０２５３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のように、形状データ比較によるき裂検出では、検査対象物の経年的な変形が原因で、形状計測データと基準形状データの位置調整がずれて、き裂ではない部分やき裂からずれた部分がき裂として検出される可能性がある。また、検査対象物に減肉により変形がある場合には、形状計測データと基準形状データの差異が広範囲で発生し、位置調整に悪影響が及ぶ可能性がある。また、形状計測データと基準形状データの差異が広範囲で発生すると、き裂が減肉部分に埋もれてしまい、き裂を検出できない可能性がある。さらに、き裂には通常の開口き裂の他に貫通き裂も存在しており、き裂の種類がき裂検出の精度に影響を及ぼす可能性がある。

【0006】

そこで、本発明は、検査対象物のき裂を自動的かつ効率的に検出可能なき裂検査装置およびき裂検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一の実施形態によれば、き裂検査装置は、検査対象物の形状を計測して得られた形状計測データと、前記形状計測データとの比較用の基準形状データとに基づいて、前記検査対象物においてき裂が存在する領域を特定するき裂領域特定部を備える。さらに、前記装置は、前記き裂内の特定の点を検出するき裂検出部を備える。さらに、前記装置は、前記特定の点の検出結果に基づいて、前記き裂の寸法を測定するき裂測定部を備える。

【0008】

別の実施形態によれば、き裂検査方法は、き裂領域特定部が、検査対象物の形状を計測して得られた形状計測データと、前記形状計測データとの比較用の基準形状データとに基づいて、前記検査対象物においてき裂が存在する領域を特定することを含む。さらに、前記方法は、き裂検出部が、前記き裂内の特定の点を検出することを含む。さらに、前記方法は、き裂測定部が、前記特定の点の検出結果に基づいて、前記き裂の寸法を測定することを含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、検査対象物のき裂を自動的かつ効率的に検出可能なき裂検査装置およびき裂検査方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態のき裂検査装置の構成を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態のき裂検査装置の動作を示すフローチャートである。

【図3】第１実施形態の形状スキャン処理および形状合成処理について説明するための図である。

【図4】第１実施形態の位置調整処理および形状比較処理について説明するための図である。

【図5】第１実施形態のき裂検出処理およびき裂測定処理について説明するための図である。

【図6】第１実施形態の投影画像および合成画像の作成処理について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0012】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のき裂検査装置の構成を示すブロック図である。図１のき裂検査装置は、検査対象物１のき裂を自動的に検査する装置である。検査対象物１の例は、ガスタービンの静翼である。

【0013】

図１のき裂検査装置は、計測部１１と、スキャン部１２と、制御部１３と、演算部１４と、表示部１５と、記憶部１６とを備えている。スキャン部１２は、移動部２１と、回転部２２と、固定部２３とを備えている。演算部１４は、形状スキャン部３１と、形状合成部３２と、位置調整部３３と、形状比較部３４と、き裂領域特定部３５と、き裂検出部３６と、き裂分類部３７と、き裂測定部３８と、形状輪郭検出部３９と、測定結果作成部４０とを備えている。形状輪郭検出部３９は、投影画像作成部の例である。測定結果作成部４０は、合成画像作成部の例である。

【0014】

計測部１１は、検査対象物１の表面形状を計測する。本実施形態の計測部１１は、検査対象物１の表面形状を計測ヘッドにより光学的に計測するラインセンサである。

【0015】

スキャン部１２は、検査対象物１の表面を計測部１１によりスキャンする。本実施形態のスキャン部１２は、検査対象物１の位置を固定部２３により物理的に固定し、計測部１１を移動部２１および回転部２２により検査対象物１に対して移動および回転させることで、検査対象物１の表面を計測部１１によりスキャンすることができる。

【0016】

制御部１３は、計測部１１およびスキャン部１２を計測計画に則って制御する。制御部１３は、計測部１１およびスキャン部１２との間で信号を送受信することができる。

【0017】

演算部１４は、種々のデータの演算を行う。演算部１４は、制御部１３、表示部１５、および記憶部１６との間で信号を送受信することができる。演算部１４は例えば、計測部１１およびスキャン部１２を制御するための制御命令を制御部１３に送信し、計測部１１による計測データを制御部１３から受信する。演算部１４内の各ブロックの動作については、後述する。

【0018】

表示部１５の例は、モニタである。表示部１５は、計測部１１の計測結果や演算部１４の演算結果などの情報を表示するために使用される。

【0019】

記憶部１６の例は、メモリやストレージである。記憶部１６は、計測部１１の計測結果や演算部１４の演算結果などの情報を記憶するために使用される。

【0020】

図２は、第１実施形態のき裂検査装置の動作を示すフローチャートである。図２の説明の中で、図３〜図６も適宜参照する。

【0021】

（ステップＳ１〜Ｓ３）
き裂検査装置は、スキャン部１２に取り付けられた計測部１１により検査対象物１の形状を計測する。スキャン部１２は、検査対象物１の全表面の形状を計測するために、３軸の移動部２１および回転部２２を備えている。また、スキャン部１２は、形状計測中の検査対象物１と計測部１１との位置関係を維持するために、固定部２３により検査対象物１の位置を固定する。演算部１４内の形状スキャン部３１は、計測部１１の原点からの移動量と回転量の現在値を取得および記録することが可能である。

【0022】

スキャン部１２は、計測部１１の移動と計測部１１による計測とを繰り返し実行し、検査対象物１の全表面の形状を計測する（ステップＳ１〜Ｓ３）。ステップＳ１では、スキャン部１２は、計測部１１の形状計測位置を移動部２１により移動し、計測部１１の向きを回転部２２により調整する。ステップＳ２では、スキャン部１２は、検査対象物１を計測部１１によりスキャンして、検査対象物１の形状計測データを取得する。

【0023】

図３(ａ)は、第１実施形態の形状スキャン処理について説明するための図である。スキャン部１２は、検査対象物１の表面をラインＫ_１に沿ってスキャンして、ラインＫ_１における形状計測データを取得する。次に、スキャン部１２は、矢印Ｄの方向に計測部１１を移動させた後、検査対象物１の表面をラインＫ_２に沿ってスキャンして、ラインＫ_２における形状計測データを取得する。このようにして、ラインＫ_１〜Ｋ_６における形状計測データが取得される。ラインＫ_１〜Ｋ_６における形状計測データは、計測部１１から制御部１３を介して形状スキャン部３１に送信され、検査対象物１ごとに記憶部１６内に記録されて管理される。

【0024】

図３(ａ)は、検査対象物１に発生したき裂２を示している。ラインＫ_１〜Ｋ_６における形状計測データは、後述するように、き裂２を検出するために使用される。き裂２の詳細については、後述する。

【0025】

ステップＳ１〜Ｓ３において、制御部１３は次のように動作する。

【0026】

制御部１３は、計測部１１の設定を演算部１４から取得して実行する。計測部１１の設定の例は、１回の計測（スキャン）から次回の計測（スキャン）までの時間間隔、計測開始や計測終了のトリガー、形状計測データを平滑化するか否かの設定などである。また、制御部１３は、移動部２１や回転部２２の動作設定も演算部１４から取得して実行する。移動部２１や回転部２２の動作設定の例は、移動部２１の移動速度や回転部２２の回転速度である。

【0027】

制御部１３は、記憶部１６内に予め記録されている計測計画を読み出し、移動部２１や回転部２２を計測計画に則って自動的に動作させることができる。計測計画では、移動部２１の形状計測位置、回転部２２の回転角度、計測部１１の計測タイミングなどが規定されている。

【0028】

検査対象物１の形状の計測シーケンスの例は、以下の第１シーケンスと第２シーケンスである。

【0029】

第１シーケンスでは、計測部１１の移動および回転の開始、計測部１１の移動および回転の終了、計測開始、計測終了を順に繰り返すことで、検査対象物１の形状を計測する。計測部１１による計測はスキャン部１２が停止している状態で行われるため、計測タイミングは通常は０秒に設定される。第１シーケンスでは、演算部１４が計測計画を管理し、制御部１３が計測部１１、スキャン部１２、および演算部１４からの信号を送受信することで、第１シーケンスが自由に進行してしまうことを防止することができる。

【0030】

第２シーケンスでは、計測部１１の移動および回転の開始、計測開始、計測終了、計測部１１の移動および回転の終了を順に繰り返すことで、検査対象物１の形状を計測する。すなわち、第２シーケンスでは、計測部１１を移動および回転させながら検査対象物１の形状を計測する。計測タイミングは、スキャン部１２の移動速度に合わせて、計測計画に則るように設定される。

【0031】

なお、本実施形態のき裂検査装置は、１つの検査対象物１の形状を、第１シーケンスと第２シーケンスとを自動的に切り替えながら計測してもよい。例えば、計測計画が計測部１１の回転を伴う箇所と計測部１１の回転を伴わない箇所の計測を含んでいる場合、このような切り替えが行われる。

【0032】

（ステップＳ４、Ｓ５）
次に、形状合成部３２は、検査対象物１の形状を計測して得られた複数組の形状計測データを記憶部１６から読み出す。複数組の形状計測データの例は、複数のラインＫ_１〜Ｋ_６における形状計測データである。形状合成部３２は、読み出した複数組の形状計測データを１組の形状計測データに合成する（ステップＳ４）。その後、形状合成部３２は、合成した１組の形状計測データのノイズをフィルタリング等により除去する（ステップＳ５）。

【0033】

図３(ｂ)は、第１実施形態の形状合成処理について説明するための図である。形状合成部３２は、図３(ｂ)に示すように、複数のラインＫ_１〜Ｋ_６における形状計測データを合成して１組の形状計測データ３を作成する。点Ｐは、検査対象物１の形状の計測点を示している。

【0034】

以下、ラインＫ_１〜Ｋ_６における形状計測データを、形状計測データＫ_１〜Ｋ_６と表記することにする。

【0035】

本実施形態の形状計測データＫ_１〜Ｋ_６では、計測点Ｐの位置が相対座標により表現される。一方、本実施形態の形状計測データ３では、計測点Ｐの位置が絶対座標により表現される。よって、形状計測データＫ_１〜Ｋ_６を形状計測データ３に合成する際には、相対座標を絶対座標に変換する必要がある。

【0036】

本実施形態の形状合成処理は、以下の２つの方法のいずれかにより実行可能である。

【0037】

第１の方法では、形状計測データＫ_１〜Ｋ_６の各々を計測する際に、検査対象物１と計測部１１との距離を少なくとも３回測定する。具体的には、計測部１１が、この距離を算出するためのデータを測定して形状合成部３２に提供し、形状合成部３２が、このデータから距離を算出する。

【0038】

形状計測データＫ_１〜Ｋ_６の各々を計測する際に、検査対象物１と計測部１１との３つの距離は次のように測定される。

【0039】

まず、計測部１１の任意の形状計測位置を仮の原点に設定して、１つ目の距離を測定する。次に、２つ目の距離の測定前に、計測部１１を移動および回転させ、式（１）の座標変換式に基づいて、移動部２１の移動量と回転部２２の回転角度から、計測部１１の移動および回転後の形状計測位置を算出する。

【数1】

式（１）中の変換行列は、次の式（２）で表される。

【数2】

ただし、Ｘ、Ｙ、Ｚは、座標変換前の形状計測データの座標値を表し、Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’は、座標変換後の形状計測データの座標値を表す。Ｘ_０、Ｙ_０、Ｚ_０は、スキャン部１２の基準位置を表す。Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍは、移動部２１の移動量を表す。ω、φ、κは、回転部２２の回転角度を表す。

【0040】

次に、計測部１１の移動および回転後に、２つ目の距離を測定する。同様に、３つ目の距離の測定前に計測部１１を移動および回転させ、計測部１１の移動および回転後に３つ目の距離を測定する。

【0041】

次に、これら３つの距離を拘束条件として、式（１）の逆変換により、各形状計測位置の形状計測データの座標値を算出する。これにより、すべての形状計測位置における仮の原点を基準とした形状計測データの座標値を算出することが可能になる。この座標値が、上述の絶対座標に相当する。

【0042】

第２の方法では、上述の３軸のうちのいずれかを第１軸と定めたスキャン部１２の基準位置を原点に設定して、基準位置に対する距離を測定する。このとき、基準位置を原点とするために、形状計測データの座標値を式（１）により変換する。この変換により、この原点を基準として形状計測データＫ_１〜Ｋ_６を合成することが可能になる。

【0043】

なお、本実施形態の形状合成部３２は、検査対象物１の全表面の形状計測データＫ_１〜Ｋ_６を合成して１組の形状計測データ３を作成してもよいし、検査対象物１の一部の表面の形状計測データＫ_１〜Ｋ_６のみを合成して１組の形状計測データ３を作成してもよい。後者の場合、１つの検査対象物１から複数組の形状計測データ３が作成され得る。

【0044】

（ステップＳ６、Ｓ７）
次に、位置調整部３３は、形状計測データ３との比較用の基準形状データ４を記憶部１６から読み出す（ステップＳ６）。次に、位置調整部３３は、同じ検査対象物１の形状計測データ３と基準形状データ４とを比較するために、形状計測データ３と基準形状データ４との位置調整を行う（ステップＳ７）。

【0045】

図４は、第１実施形態の位置調整処理および形状比較処理について説明するための図である。図４(ａ)と図４(ｂ)は、同じ検査対象物１の形状計測データ３と基準形状データ４の一例を示している。形状計測データ３と基準形状データ４は共に、四角形、十字形、帯形の構造物の形状データを含んでいる。しかしながら、形状計測データ３がき裂２の形状データを含んでいるの対し、基準形状データ４はき裂２の形状データを含んでいない。

【0046】

図４(ｃ)は、形状計測データ３と基準形状データ４との差分をとって得られた差分形状データ５を示している。本実施形態の形状比較処理では例えば、この差分形状データ５を作成する処理が行われる。差分形状データ５は、き裂２の形状データは含んでいるが、四角形、十字形、帯形の構造物の形状データは含んでいないことに留意されたい。本実施形態の形状比較処理を正確に行うためには、形状計測データ３と基準形状データ４との位置調整を正確に行う必要がある。

【0047】

本実施形態の位置調整処理は、以下の３つの方法のいずれかにより実行可能である。

【0048】

第１の方法は、検査対象物１の形状が経年変化した場合にも位置調整を実行可能な方法である。例えば、一般的な方法では、形状計測データ３と基準形状データ４の基準位置または形状特徴量を少なくとも３点でマッチングすることで位置調整を行う。この場合、基準位置を手動により選択すると、形状計測データ３と基準形状データ４の基準位置が対応しない場合がある。そこで、第１の方法では、この一般的な方法を補正するために、形状計測データ３と基準形状データ４の基準位置やその周辺の形状計測データ３を形状特徴量として取り扱う。具体的には、基準位置やその周辺の形状計測データ３内の点やエッジを抽出し、抽出した点の法線ベクトルや抽出したエッジの座標値を算出し、これらの法線ベクトルや座標値を利用して基準位置の手動選択位置を補正する。

【0049】

そして、第１の方法では、形状計測データ３と基準形状データ４の補正された基準位置を少なくとも３点でマッチングすることで位置調整を行う。例えば、基準形状データ４に対する形状計測データ３の位置を、式（３）の座標変換式を用いた移動と回転により調整する。

【数3】

ただし、Ｘ、Ｙ、Ｚは、座標変換前の形状計測データ３の座標値を表し、Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’は、座標変換後の形状計測データ３の座標値を表す。Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍは、形状計測データ３の移動量を表す。ω、φ、κは、形状計測データ３の回転変換の角度を表す。

【0050】

第１の方法では、最小二乗法により基準位置の座標値の差分が最小となるように移動量と回転角度を決定する。

【0051】

第２の方法では、上述の一般的な方法の基準位置として、経年変化の影響を受けないまたは受けにくい位置を選択する。このような基準位置の例は、ガスタービンの静翼の内壁や外壁である。これにより、経年変化に起因する位置調整の誤差を低減することが可能となる。上述の式（３）は、第２の方法にも適用可能である。

【0052】

第３の方法では、形状計測データ３内の形状と基準形状データ４内の形状とが一致する領域を特定し、この領域内で上述の基準位置を選択する。このような領域は、形状計測データ３および基準形状データ４内の点やエッジを抽出し、抽出した点の法線ベクトルや抽出したエッジの形状を特定し、形状計測データ３と基準形状データ４との間で法線ベクトルやエッジ形状をマッチングすることで特定可能である。上述の式（３）は、第３の方法にも適用可能である。

【0053】

（ステップＳ８、Ｓ９）
次に、形状比較部３４は、位置調整された形状計測データ３と基準形状データ４とを比較する（ステップＳ８）。例えば、形状比較部３４は、形状計測データ３と基準形状データ４との差分形状データ５を作成する。次に、き裂領域特定部３５は、形状計測データ３と基準形状データ４との比較結果に基づいて、検査対象物１においてき裂２が存在する領域を特定する（ステップＳ９）。以下、検査対象物１においてき裂２が存在する領域を、き裂領域と呼ぶ。

【0054】

次に、形状比較部３４およびき裂領域特定部３５による処理の一例を説明する。

【0055】

まず、形状比較部３４は、形状計測データ３と基準形状データ４の計測点Ｐの座標値の差分を算出する。この座標値は、数学座標系の任意の軸に対する計測点Ｐの法線ベクトルの角度に置き換えてもよい。この場合、形状比較部３４は、形状計測データ３と基準形状データ４の計測点Ｐの法線ベクトルの角度の差分を算出する。

【0056】

形状計測データ３と基準形状データ４との間で座標値の差分を算出する際、各計測点Ｐの水平方向の座標値（例えばＸ、Ｙ座標）と奥行き方向の座標値（例えばＺ座標）とが使用される。具体的には、形状比較部３４は、形状計測データ３の計測点Ｐ_１と基準形状データ４の計測点Ｐ_２とが同じ水平座標値を有する場合、計測点Ｐ_１の奥行き座標値と計測点Ｐ_２の奥行き座標値との差分を算出する。また、形状比較部３４は、形状計測データ３の計測点Ｐ_１と同じ水平座標値を有する計測点が基準形状データ４に含まれない場合には、計測点Ｐ_１と最も近い水平座標値を有する計測点を基準形状データ４から検索して差分算出に使用してもよい。また、形状比較部３４は、形状計測データ３の計測点Ｐ_１と同じ水平座標値を有する計測点が基準形状データ４に含まれない場合には、計測点Ｐ_１と近い水平座標値を有する複数の計測点を基準形状データ４から検索して補間処理に使用してもよい。この場合、形状比較部３４は、これらの計測点を用いた補間処理により計測点Ｐ_１と同じ水平座標値を有する計測点の奥行き座標値を算出し、この奥行き座標値を差分算出に使用する。形状比較部３４は、形状計測データ３の各計測点Ｐの奥行き座標値を差分値に置き換えることで、差分形状データ５を作成することができる。

【0057】

き裂領域特定部３５は、差分形状データ５の各計測点Ｐで検査対象物１の形状が変化しているか否かを判断する。差分形状データ５のある計測点Ｐの奥行き座標値（差分値）が閾値未満である場合、き裂領域特定部３５は、この計測点Ｐで検査対象物１の形状は変化していないと判断する。一方、差分形状データ５のある計測点Ｐの奥行き座標値が閾値以上である場合、き裂領域特定部３５は、この計測点Ｐで検査対象物１の形状は変化していると判断する。そして、き裂領域特定部３５は、検査対象物１の形状が変化している領域をき裂領域として特定する。

【0058】

また、形状計測データ３と基準形状データ４との間で法線ベクトルの角度の差分を算出する際には、各計測点Ｐの水平方向の座標値と法線ベクトルの角度とが使用される。具体的には、形状比較部３４は、形状計測データ３の計測点Ｐ_１と基準形状データ４の計測点Ｐ_２とが同じ水平座標値を有する場合、計測点Ｐ_１の法線ベクトルの角度と計測点Ｐ_２の法線ベクトルの角度との差分を算出する。法線ベクトルを使用する場合の検索処理や補間処理は、奥行き座標を使用する場合と同様に実行可能である。き裂領域特定部３５は、差分形状データ５の各計測点Ｐで検査対象物１の形状が変化しているか否かを、法線ベクトルの角度の差分が閾値以上であるか否かに基づいて判断する。

【0059】

ステップＳ８、Ｓ９によれば、き裂領域の特定に形状計測データ３そのものではなく差分形状データ５を使用することで、き裂領域を特定するための演算量を低減することが可能となる。

【0060】

（ステップＳ１０〜Ｓ１５）
図５は、第１実施形態のき裂検出処理およびき裂測定処理について説明するための図である。ステップＳ１０〜Ｓ１５については、図５を参照しながら説明する。

【0061】

図５(ａ)は、差分形状データ５から特定されたき裂領域の断面を示している。Ｘ方向は水平方向に平行であり、Ｙ方向は奥行き方向に平行である。矢印Ｎは、Ｘ方向に平行な平面の法線方向を示しており、Ｙ方向を向いている。

【0062】

き裂検出部３６は、き裂領域特定部３５により特定されたき裂領域を利用して、き裂２の下端点Ｐａや側端点Ｐｂ、Ｐｃを検出する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。下端点Ｐａは、き裂２の断面において、き裂２の底部（最深部）に相当する点である。側端点Ｐｂ、Ｐｃは、き裂２の断面において、き裂２の縁部（最外部）に相当する点である。下端点Ｐａや側端点Ｐｂ、Ｐｃは、き裂２内の特定の点の例である。

【0063】

図５(ｂ)の横軸は、き裂２のＸ座標を示している。図５(ｂ)の縦軸は、き裂２のＹ座標の変化率を示している。すなわち、図５(ｂ)の縦軸は、き裂２のＸ座標を変数とするき裂のＹ座標の導関数（ｄＹ／ｄＸ）を示している。

【0064】

き裂２の下端点Ｐａや側端点Ｐｂ、Ｐｃでは、この変化率が０になる。ただし、下端点Ｐａの近傍では、変化率が負から正に変化する。一方、側端点Ｐｂ、Ｐｃの近傍では、変化率が０から負または正から０に変化する。よって、き裂検出部３６は、この変化率に基づいて、き裂２の下端点Ｐａや側端点Ｐｂ、Ｐｃを検出することができる。

【0065】

図５(ｃ)は、き裂２の平面形状の一例を示している。き裂検出部３６は、き裂２の複数の断面から複数の下端点Ｐａ、複数の側端点Ｐｂ、複数の側端点Ｐｃを検出することができる。図５(ｃ)は、下端点Ｐａ同士を線で結んだ下端線２ａと、側端点Ｐｂ同士を線で結んだ側端線２ｂと、側端点Ｐｃ同士を線で結んだ側端線２ｃとを示している。符号Ｗは、き裂２の幅を示す。本実施形態のき裂２の幅Ｗは、側端線２ｂ上の点と側端線２ｃ上の点との間の距離に相当する。

【0066】

図５(ｃ)はさらに、き裂２の開始点２ｄと、き裂２の終了点２ｅとを示している。開始点２ｄは、下端線２ａの一方の端部側に位置するき裂２の端部であり、終了点２ｅは、下端線２ａの他方の端部側に位置するき裂２の端部である。図５(ｃ)では、き裂２の左端と右端をそれぞれを開始点２ｄと終了点２ｅと呼んでいるが、逆にき裂２の右端と左端をそれぞれを開始点２ｄと終了点２ｅと呼んでもよい。符号Ｌは、き裂２の長さを表す。本実施形態のき裂２の長さＬは、き裂２の下端線２ａに沿った開始点２ｄから終了点２ｅまでの積算距離に相当する。

【0067】

き裂分類部３７は、検出対象物１から検出されたき裂２を分類する（ステップＳ１２）。き裂検出部３６は、き裂２の開始点２ｄや終了点２ｅを検出する（ステップＳ１３）。開始点２ｄや終了点２ｅは、き裂２内の特定の点の例である。き裂測定部３８は、き裂２の下端線２ａ（下端点Ｐａ）、側端線２ｂ（側端点Ｐｂ）、側端線２ｃ（側端点Ｐｃ）、開始点２ｄ、終了点２ｅなどの検出結果に基づいて、き裂２の長さＬや幅Ｗを測定する（ステップＳ１４）。長さＬや幅Ｗは、き裂２の寸法の例である。

【0068】

次に、き裂検出部３６、き裂分類部３７、およびき裂測定部３８による処理の一例を説明する。

【0069】

き裂検出部３６は、差分形状データ５のき裂領域内の計測点Ｐの座標値や法線ベクトルを利用して、き裂２の形状を表す曲線の勾配（変化率）を算出し、この勾配に基づきき裂２の下端点Ｐａを検出する。き裂２が検査対象物１を貫通している場合には、下端点Ｐａは検出されない。この場合、このき裂２の下端点Ｐａの検出結果は、エラー（検出不可）となる。

【0070】

き裂検出部３６は、勾配が０となりかつ勾配が負から正に変化する計測点Ｐを、下端点Ｐａとして検出する。ただし、勾配が負になる計測点Ｐ_１と勾配が正になる計測点Ｐ_２とが存在するものの、勾配が０になる計測点が存在しない場合には、き裂検出部３６は、計測点Ｐ_１、Ｐ_２を用いた補間処理により、計測点Ｐ_１、Ｐ_２間に下端点Ｐａを検出する。このように、下端点Ｐａは、計測点Ｐでもよいし、計測点Ｐ以外の点でもよい。

【0071】

この説明は、側端点Ｐｂ、Ｐｃにも適用可能である。き裂検出部３６は、勾配が０となりかつ勾配が０から負または正から０に変化する計測点Ｐを、側端点Ｐｂ、Ｐｃとして検出する。この際、ある下端点Ｐａからその隣の下端点Ｐａまでの領域を側端点Ｐｂ、Ｐｃの検索範囲として設定すれば、検索の演算量を低減することができる。側端点Ｐｂ、Ｐｃの間の領域が、き裂２に相当する。

【0072】

なお、き裂分類部３７は、側端点Ｐｂ、Ｐｃ間の距離が閾値よりも大きい場合には、このき裂２をき裂以外の欠陥（例えば減肉）と判定してもよい。また、き裂分類部３７は、側端点Ｐｂ、Ｐｃ間に貫通があり、かつ側端点Ｐｂ、Ｐｃ間の距離が閾値よりも大きい場合には、このき裂２をき裂とは別の貫通と判定してもよい。これらの判定結果は、き裂情報として記憶部１６内に保存される。これらの判定は、側端点Ｐｂ、Ｐｃ間の距離の代わりに幅Ｗを用いて行ってもよい。例えば、幅Ｗが所定値よりも小さいき裂２はき裂と判定され、幅Ｗが所定値よりも大きいき裂２は減肉と判定される。この所定値の例は、５ｍｍである。

【0073】

また、き裂分類部３７は、個々のき裂２を他のき裂２と識別するために、き裂領域内の各計測点Ｐの周囲を検索する。そして、き裂分類部３７は、所定距離以内にある計測点Ｐ同士を１つのき裂２として識別する。例えば、き裂領域内の計測点Ｐ_１、Ｐ_２間の距離が所定距離よりも小さければ、計測点Ｐ_１、Ｐ_２は同じき裂２に属すると判断される。一方、き裂領域内の計測点Ｐ_１、Ｐ_２間の距離が所定距離よりも大きければ、計測点Ｐ_１、Ｐ_２は異なるき裂２に属すると判断される。

【0074】

き裂２の開始点２ｄと終了点２ｅは、様々な方法で検出可能である。例えば、ある方法では、個々のき裂２を直方体で囲い、直方体の体積を縮小していく。そして、き裂２内の２点が直方体に接する場合に、これらの２点を開始点２ｄと終了点２ｅとして検出する。また、別の方法では、単純に下端線２ａの一方の端部と他方の端部を開始点２ｄと終了点２ｅとして検出する。

【0075】

開始点２ｄと終了点２ｅの区別は、例えばスキャン時の規則に従って設定することができる。例えば、上記の２点の第１点が、上記の２点の第２点よりも先にスキャンされた場合には、第１点を開始点２ｄとし、第２点を終了点２ｅとする。

【0076】

き裂測定部３８は、き裂２の長さＬを様々な方法で測定可能である。例えば、き裂測定部３８は、開始点２ｄと終了点２ｅとの間の直線距離を長さＬとして測定してもよいし、き裂２の形状に沿った開始点２ｄから終了点２ｅまでの積算距離を長さＬとして測定してもよい。前者の長さＬは、簡単に測定できるという利点がある。後者の長さＬは、き裂２の長さをより正確に表現しているという利点がある。

【0077】

き裂測定部３８は、１つのき裂２に対して１つの幅Ｗを計測してもよいし、１つのき裂２に対して複数の幅Ｗを計測してもよい。後者の場合、き裂測定部３８は、下端線２ａ上の各下端点Ｐａにおいて幅Ｗを計測してもよい。ある下端点Ｐａにおける幅Ｗは、その下端点Ｐａから下端線２ａに直交する直線を引き、その直線と側端線２ｂ、２ｃとの交点を求め、これらの交点間の距離を算出することで測定可能である。この場合、き裂測定部３８は、き裂２の複数の幅Ｗの最大値、最小値、および平均値を算出してもよい。なお、き裂２の幅Ｗは、ステップＳ１０、Ｓ１１で下端点Ｐａと側端線２ｂ、２ｃを検出した直後に測定してもよいし、ステップＳ１４で長さＬを測定するときに測定してもよい。

【0078】

き裂測定部３８は、き裂２の長さＬが長さの閾値以上であるか否かと、き裂２の幅Ｗが幅の閾値以上であるか否かとを判定してもよい。この場合、長さＬと幅Ｗが共に閾値以上であるき裂２のみが記憶部１６に記録される。

【0079】

き裂分類部３７は、個々のき裂２をラベリングし、個々のき裂２の下端線２ａ（下端点Ｐａ）、側端線２ｂ（側端点Ｐｂ）、側端線２ｃ（側端点Ｐｃ）、開始点２ｄ、終了点２ｅ、長さＬ、幅Ｗなどの情報を記憶部１６に記録する（ステップＳ１５）。

【0080】

（ステップＳ１６〜Ｓ１９）
図６は、第１実施形態の投影画像および合成画像の作成処理について説明するための図である。ステップＳ１６〜Ｓ１９については、図６を参照しながら説明する。

【0081】

図６(ａ)は、検査対象物１の例である静翼を示す。この検査対象物１は、内壁１ａと、外壁１ｂと、翼本体１ｃ、１ｄとを備えている。図６(ａ)では、翼本体１ｃ、１ｄが内壁１ａと外壁１ｂとの間に設けられている。

【0082】

形状輪郭検出部３９は、検査対象物１の各面を２次元画像として記録するために、基準形状データ４における検査対象物１の形状の輪郭を検出する（ステップＳ１６）。輪郭の検出は、基準形状データ４および／または形状計測データ３の座標値を用いて行われる。これにより、内壁１ａ、外壁１ｂ、翼本体１ｃ、１ｄの輪郭（エッジ）が検出される。形状輪郭検出部３９はさらに、検出された検査対象物１の輪郭を３次元空間上のある視点から２次元空間に投影した投影画像を作成する。

【0083】

図６(ｂ)は、検査対象物１の投影画像の例を示している。符号６ａの投影画像は、内壁１ａの輪郭を２次元空間に投影した内壁画像である。符号６ｂの投影画像は、外壁１ｂの輪郭を２次元空間に投影した外壁画像である。符号６ｃ、６ｄの投影画像はそれぞれ、翼本体１ｃ、１ｄの輪郭を２次元空間に投影した翼本体画像である。図６(ｂ)に示すき裂２の画像については、後述する。

【0084】

次に、形状輪郭検出部３９による処理の一例を説明する。

【0085】

形状輪郭検出部３９は、形状計測データ３と基準計測データ４の各々から、法線ベクトルや形状勾配を利用して形状変化点を検出する。次に、形状輪郭検出部３９は、検出された形状変化点の中から、連続する形状変化点を検出する。連続しない形状変化点は、形状変化点同士の距離が閾値以内であれば、連続する形状変化点とみなされる。次に、形状輪郭検出部３９は、連続する形状変化点を輪郭と判定する。

【0086】

次に、形状輪郭検出部３９は、検出された検査対象物１の輪郭を３次元空間上のある視点から２次元空間に投影した投影画像を作成する。この視点は、き裂検査装置のユーザが指定可能である。例えば、検査対象物１を上面側から見た状態や側面側から見た状態の投影画像が作成される。視点の指定は、ユーザが視点の座標値を入力することで行ってもよい。また、視点の指定は、任意の視点からの検査対象物１の形状を表示部１５に表示し、この視点をユーザがマウスやキーボードの操作により変更し、ユーザが所望の視点を表示部１５上で決定することで行ってもよい。

【0087】

次に、測定結果作成部４０は、ステップＳ１５でラべリングされたき裂２の形状データと、ステップＳ１６で作成された投影画像との合成画像を作成する（ステップＳ１７）。図６(ｂ)は、き裂２の形状データが内壁画像６ａ、外壁画像６ｂ、翼本体画像６ｃ、６ｄに合成された合成画像を示している。

【0088】

合成画像は例えば、表示部１５に表示される。き裂検査装置のユーザは、表示部上１５上の合成画像を見ることで、検査対象物１におけるき裂２の発生状況を視覚的に把握することができる。本実施形態では、個々のき裂２の長さＬや幅Ｗなどの情報を表示部１５に表示してもよい。例えば、長さＬや幅Ｗは、き裂２のそばに表示してもよいし、き裂２をクリックすると表示されるようにしてもよい。

【0089】

次に、測定結果作成部４０は、合成画像を検査対象物１ごとに記憶部１６内に保存する（ステップＳ１８）。さらに、測定結果作成部４０は、き裂２の形状データや、き裂２の下端線２ａ（下端点Ｐａ）、側端線２ｂ（側端点Ｐｂ）、側端線２ｃ（側端点Ｐｃ）、開始点２ｄ、終了点２ｅ、長さＬ、幅Ｗなどのき裂情報を、合成画像と共に検査対象物１ごとに記憶部１６内に保存する（ステップＳ１９）。このようにして、複数の検査対象物１の検査結果が検査対象物１ごとに一元管理される。

【0090】

以上のように、本実施形態のき裂検査装置は、形状計測データ３と基準形状データ４とに基づいてき裂２が存在する領域を特定し、き裂２の下端点Ｐａや側端点Ｐｂ、Ｐｃなどの特定の点を検出し、これらの点の検出結果に基づいてき裂２の長さＬや幅Ｗなどの寸法を測定する。

【0091】

本実施形態によれば、このようなき裂検査装置により、検査対象物１のき裂２を自動的に検出することが可能となる。また、本実施形態によれば、き裂２の下端点Ｐａ、側端点Ｐｂ、Ｐｃ、長さＬ、幅Ｗのように自動的に検出しやすい事項を利用してき裂２の位置や形状を具体的に検出することで、検査工程の歩留まりの向上や検査時間の短縮を実現することが可能となる。よって、本実施形態によれば、このようなき裂検査装置により、検査対象物１のき裂２を効率的に検出することが可能となる。

【0092】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0093】

１：検査対象物、１ａ：内壁、１ｂ：外壁、１ｃ、１ｄ：翼本体、
２：き裂、２ａ：下端線、２ｂ、２ｃ：側端線、２ｄ：開始点、２ｅ：終了点、
３：形状測定データ、４：基準形状データ、５：差分形状データ、
６ａ：内壁画像、６ｂ：外壁画像、６ｃ、６ｄ：翼本体画像、
１１：計測部、１２：スキャン部、１３：制御部、
１４：演算部、１５：表示部、１６：記憶部、
２１：移動部、２２：回転部、２３：固定部、
３１：形状スキャン部、３２：形状合成部、３３：位置調整部、３４：形状比較部、
３５：き裂領域特定部、３６：き裂検出部、３７：き裂分類部、３８：き裂測定部、
３９：形状輪郭検出部、４０：測定結果作成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】