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JPH05240840A - 部品を検査する方法 - Google Patents

部品を検査する方法

Info

Publication number
JPH05240840A
JPH05240840A JP24446292A JP24446292A JPH05240840A JP H05240840 A JPH05240840 A JP H05240840A JP 24446292 A JP24446292 A JP 24446292A JP 24446292 A JP24446292 A JP 24446292A JP H05240840 A JPH05240840 A JP H05240840A
Authority
JP
Japan
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image
signal
defect
region
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24446292A
Other languages
English (en)
Inventor
Yaghoub Mahdavieh
ヤゴーブ・マーダヴィ
Kristina H V Hedengren
クリスティナ・ヘレナ・バルボーグ・ヘデングレン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPH05240840A publication Critical patent/JPH05240840A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9046—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 幾何学的に複雑な形状をもつ部品を検査する
新規な方法を提供する。 【構成】 複数個の同様な形を持つ構造部分を有する部
品を検査する方法が、構造部分の内の少なくとも１つの
部分の面をプローブで走査し４２，４４及び４６、部品
に渦電流を誘起し、走査中に受取った渦電流信号から少
なくとも１つの部分の２次元像を作成し４８，５０及び
５２、この像は２次元に配列された多数の画素を含み、
各々の画素はマトリクス配列内での画素の位置に対応す
る部品の位置で部品に誘起された渦電流に応答するグレ
ースケール強度を持ち、像を予め処理して、全ての構造
部分に共通の幾何学的な特性及び背景雑音によって生じ
た像の背景画素強度に対する任意の画素のグレースケー
ル強度の変化又は信号を実質的に減少し、予め処理され
た像から欠陥の疑いのある領域を同定し、この領域に対
する欠陥信号を決定し、欠陥信号が所定の基準値を越え
る場合、部品を排除する工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は部品の検査、更に具体的にいえ
ば、渦電流方式を用いて、幾何学的に複雑な形状を持つ
ガスタービン機関の部品を自動的に検査する改良された
方法に関する。渦電流検査は、ガスタービン機関の部品
の面の不連続性又はきずを検出する為に普通使われる方
式である。渦電流方式は、電磁誘導の原理に基づいてお
り、検査される材料内に渦電流が誘起される。プローブ
を試験される部品に接近させると、渦電流プローブのコ
イル内に発生された交番磁界によって試験標本内に渦電
流が誘起される。試験標本内に不連続性又はひび割れが
存在すると、渦電流の流れに変化が生ずる。この様に変
化した渦電流が２次磁界を発生し、それを渦電流プロー
ブ・コイルにより、又は渦電流プローブ内のセンサ・コ
イルによって受信し、それが変化した２次磁界を電気信
号に変換し、この電気信号をストリップ・チャートに記
録することができる。この後、渦電流装置のオペレータ
は、ストリップ・チャートに記録された信号を監視し且
つ読取ることにより、きずを検出してその寸法を定める
ことができる。電気信号が所定の電圧閾値を越えた場
合、きず又は欠陥が検出される。
【０００２】現在の渦電流検査方法は、検査される部品
が、穴、平らな板等の様に、単純な幾何学的な形を持つ
時は満足に作用する。しかし、試験される部品が、高圧
又は低圧タービン・ディスク、ファン・ディスク、高圧
圧縮機のディスクのあり溝（ダブテール）スロット、歯
車の歯等の様に幾何学的に複雑な形状を持つ時、縁と
か、凸、凹及び平坦な領域の間の移行部の様なこういう
部品の複雑な形状が、渦電流信号に寄与を持ち、それが
欠陥と欠陥でないものとの間の区別を困難にする。
【０００３】ガスタービン機関の複雑な部品のひび割れ
又は欠陥を検出する為に現在用いられている方法は、複
雑な部品の面の一部分を渦電流プローブを用いて走査
し、受信した渦電流信号を２次元のディジタル像に変換
することを含む。この後、畳込み積分の様な公知の像解
析方式により、２次元像を選ばれたテンプレートに合せ
又は比較し、欠陥又はきずを検出する。テンプレート
は、渦電流プローブの作用する領域、並びに検出したい
欠陥の寸法及び形状に従って選ばれる。この像解析釣合
せ方法は、欠陥の寸法及び形状が選ばれたテンプレート
が表わすものと大体対応する場合にだけ、欠陥を検出す
る。従って、寸法及び形状の異なる欠陥を検出するに
は、異なるテンプレートを使わなければならない。この
検出方法を欠陥の寸法及び形状に無関係なものにする為
には、存在し得る可能性のある全てのきずの寸法及び形
状を検出する為に、２次元像に対して比較しなければな
らないテンプレートの数が多くなりすぎる。こういう方
法は計算上実用的ではない。その為、テンプレート釣合
せ方式では、テンプレートが実質的に欠陥と対応しない
場合、誤った結果が生ずることがあり、２次元像と比較
しなければならないテンプレートのカタログが大きい為
に、この方式は効率が悪い。
【０００４】
【発明の要約】従って、本発明の主な目的は、幾何学的
に複雑な形状を持つガスタービン機関の部品を検査する
方法として、上に述べた欠点のない新規な方法を提供す
ることである。本発明の他の目的は、ガスタービン機関
の部品を検査する方法として、きずを検出する確率が高
く、部品の幾何学的な特徴と部品の実際の欠陥又はひび
割れとを識別して、虚偽の表示を最小限に抑えることが
できる新規な方法を提供することである。
【０００５】本発明の他の目的は、ガスタービン機関の
部品を検査する方法として、自動化することができ、生
産の環境に容易に一体化することのできる新規な方法を
提供することである。本発明では、歯車の歯、タービン
・ディスクのあり溝スロット等の様な、同じ様な形をし
た複数個の構造部分を持つガスタービン機関等の部品を
検査する方法が、同じ様な形をした構造部分の内の少な
くとも１つの部分の面を渦電流プローブ手段を用いて走
査して、部品に渦電流を誘起し、走査中に受取った渦電
流信号から、少なくとも１つの部分の２次元像を生成
し、各々の像は２次元配列に配置された多数の画素を持
っていて、各々の画素がマトリクス配列内での画素の位
置に対応する部品の位置で部品に誘起された渦電流に応
答するグレースケール強度を持ち、像を予め処理して、
幾何学的な特性と、同じ様な形をした全ての構造部分に
共通の背景雑音とによって生じた像の背景画素強度に対
する任意の画素のグレースケール強度の変化又は信号を
実質的に減少又は相殺し、予め処理された像から、欠陥
の疑いのある領域があれば、それを同定し、欠陥の疑い
のある各々の領域に対する欠陥信号を決定し、任意の欠
陥信号が所定の基準値を越える場合、その部品を排除す
る工程を含む。
【０００６】本発明の上記並びにその他の目的、及びそ
の特徴及び利点は、以下図面について説明する所から明
らかになろう。
【０００７】
【好ましい実施例の詳しい説明】最初に図１について説
明すると、歯車の歯、ガスタービン機関のディスクのあ
り溝スロット１４等の様な工作物１２を検査する自動化
した渦電流面きず検出装置１０が示されている。便宜
上、本発明をガスタービン機関のディスク１２のあり溝
スロット１４の検査の場合について説明するが、当業者
であれば、本発明が、歯車の歯又はタービン・ディスク
１２のあり溝スロット１４の様な同じ様な形をした複数
個の部分を含むか、繰返す複雑な形状を持つ任意の工作
物の検査に同じ様に使えることが理解されよう。
【０００８】タービン・ディスク１２が渦電流装置１０
の治具１６に取付けられ、検査中、ディスク１２を所定
位置に保持する。装置１０が、ゼネラル・エレクトリッ
ク・カンパニーによって製造されるＧＥ ＥＣＩＩ、ノ
ーテック・インコーポレーテッドによって製造されるＰ
Ｓ−４等の様な差動渦電流コイル／プローブ１８を含
む。渦電流プローブ１８は、１９９１年５月６日に出願
人によって出願された発明の名称「渦電流プローブ配
列」という係属中の米国特許出願番号第０７／６９６，
４５５号に記載されたプローブ配列であってもよい。渦
電流プローブ１８がプローブ・マニピュレータ２０に取
付けられる。これがプローブ１８をあり溝スロット１４
内で動かして、検査中、スロット１４の内部を略完全に
走査する。マニピュレータ２０は、エアロテク・インコ
ーポレーテッドによって製造されるユニデックス（Unid
ex）等の様な６軸マニピュレータであることが好まし
い。渦電流プローブ１８が、データ・リンク２４によっ
て渦電流装置２２に電気接続される。渦電流装置２２
が、プローブ１８によってスロットが走査される間、あ
り溝スロット１４の面内に誘起された渦電流に応答する
電気信号を発生する。渦電流装置２２によって発生され
た電気信号が、データ通信リンク２８を介して、アナロ
グ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６に送られる。Ａ／
Ｄ変換器２６は、デイテルによって製造されるＤＶＭＥ
６０１Ｅ等であってよく、これがアナログの渦電流信
号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号を中
央処理装置（ＣＰＵ）３０で記憶し且つ処理して、あり
溝スロット１４の２次元ディジタル像を発生することが
できる。ディジタル信号がＡ／Ｄ変換器２６からＣＰＵ
３０に通信リンク３２を介して送られる。２次元ディジ
タル像をビデオ・モニタ３４に表示することができる。
コンピュータ３０は、あり溝スロット１４の走査を制御
する為、通信リンク３６によってプローブ・マニピュレ
ータ２０にも接続されている。ディスク１２の検査をオ
ペレータが制御し易くする為、キーボード３８が設けら
れており、像のハード・コピーを作成する為に、プリン
タ４０を設けてもよい。
【０００９】次に図２及び図３について説明すると、本
発明では、３つのあり溝スロット１４が、図２のブロッ
ク４２，４４，４６で示す様に、装置１０の渦電流
（Ｅ．Ｃ．）プローブ１８を用いて夫々略完全に走査さ
れる。前に述べた様に、Ａ／Ｄ変換器２６が渦電流装置
２２からのアナログの渦電流信号をディジタル信号に変
換し、このディジタル信号がＣＰＵ３０によって記憶さ
れ、各々のあり溝スロット１４の走査動作の後、組合さ
れて、ブロック４８，５０，５２で示す様に、３つのあ
り溝スロット１４の夫々の２次元（２−Ｄ）ディジタル
像を発生する。各々の２次元像が、図４に示す様に、多
数の画像成分又は画素５４を含む。画素５４は一様な行
及び列に分けて配置するのが普通であり、こうしてＸ−
Ｙマトリクス形構造を形成する。各々の画素は、特定の
画素５４又は画素群が表わすあり溝スロットの面の場所
での渦電流信号に対応するグレースケール強度（Ｉij）
を有する。従って、誘起された渦電流によって３つのあ
り溝スロット１４の各々に生じた局部的な変化から、３
つの像の各々を構成する画素５４のグレースケール強度
の変化が生ずる。縁や、凸、凹及び平坦な面の間の移行
部や、この他の面の異常及びきず又は欠陥の様な部品の
形状の変化により、渦電流信号に局部的な変化が生じ、
その結果、欠陥又はきずがある場所又は部品の形状が変
化する場所に対応する像内の位置で、２次元ディジタル
像を構成する画素のグレースケール強度（Ｉij）に差が
生じる。
【００１０】３つのあり溝スロットを走査する前、渦電
流プローブは、既知の試験ブロックを用いて較正するこ
とが好ましい。このブロックは、部品１２の検査中に出
会うと予想されるものと略同じ寸法及び形状を持つきず
又は欠陥を持っている。渦電流プローブを較正すること
により、部品の検査中、渦電流電圧が予め選ばれた範囲
内にとゞまり、この為、部品１２の各々のあり溝スロッ
ト１４の検査で、結果が一様で信頼性があることが保証
される。
【００１１】試験スロット又は検査されるスロット、第
１の基準スロット及び第２の基準スロットが、図２のブ
ロック５６で示す様に、走査される３つのあり溝スロッ
ト１４から選ばれる。検査されるスロットの２次元ディ
ジタル像を、以下試験スロット像（ブロック６０）と呼
ぶが、これを予め処理して、縁や、凸、凹及び平坦な領
域等の間の移行部の様な幾何学的な特性、又は全てのス
ロットに共通の背景雑音によって生ずるあらゆる信号、
又は、像の背景画素強度に対する任意の画素のグレース
ケール強度の変化を実質的に減少する。試験スロット像
を予め処理することは、第１の基準像（ブロック５８）
と呼ぶ第１の基準スロットの２次元ディジタル像を２次
元試験スロット像６０から減算して、ブロック６２で、
結果として得られる第１の像を発生すると共に、第２の
基準像（ブロック６４）と呼ぶ第２の基準スロットの２
次元像を試験像６０から減算して、ブロック６６で示す
様に、結果として得られる第２の像を発生することを含
む。像を減算するには、各々の像の対応する画素のグレ
ースケール強度を減算する。例えば図２及び図４につい
ていうと、第１の基準像５８のＩ11を試験像６０のＩ11
から減算し、第１の基準像５８のＩ12を試験スロット像
６０のＩ12から減算するという様にして、第１の基準像
５８及び試験スロット像６０の各々の画素５４に対して
この様な減算を行なって、結果として得られる第１の像
６２を発生する。同様に、第２の基準像６４のＩ11を試
験スロット像６０のＩ11から減算し、第２の基準像６４
のＩ12を試験スロット像６０のＩ12から減算するという
様に、第２の基準像６４及び試験スロット像６０の各々
の画素５４に対してこの減算を行なって、結果として得
られる第２の像６６を発生する。像の減算により、全て
のスロットに共通な幾何学的な特徴が、結果として得ら
れる像６２，６６では実質的に相殺されている。この後
の工程で使う為、結果として得られる第１及び第２の像
６２，６６の内の少なくとも１つのコピーを記憶する。
【００１２】この後、結果として得られる第１及び第２
の像６２，６６の各々は、図２のブロック６８及び７０
で示す様に、フィルタ作用にかけて、結果として得られ
る像に存在する雑音信号があれば、それを減少すると共
に、欠陥によって起こり得る信号があれば、それを強め
ることが好ましい。フィルタ作用は、図５に示す７×３
ディジタル・フィルタを用いた像の畳込み積分によって
行ない、図２のブロック７２及び７４で示す様に、夫々
第１及び第２のフィルタ処理像を発生することが好まし
い。図５の７×３ディジタル・フィルタのマトリクスの
値は、ガスタービン機関のディスク１２のあり溝スロッ
ト１４の面で検出しようとするものと同様な既知の寸法
及び形状を持つ欠陥又はきずをその中に形成した試験ブ
ロックに本発明の方法を適用することによって決定し
た。図５のフィルタのマトリクスの値は、約４ミルとい
う小さいスロット内の欠陥を、約９５％の検出確率（Ｐ
ＯＤ）及び約５０％の信頼度で検出する時に、あり溝ス
ロットの優れた検査結果が得られる様に選ばれた。図５
に示したマトリクスの値は、例えば、検査される部品の
形状、検出しようとする欠陥の寸法、所望のＰＯＤ及び
信頼度に応じて異なることがある。従って、既知の欠陥
又はひび割れを持つ試験サンプルを検査することによ
り、優れたフィルタの値を決定することができる。
【００１３】本発明の他の実施例では、ブロック６８及
び７０に於けるフィルタ作用は、検出しようとする欠陥
に特有な先験的な欠陥の特徴の情報に対応する１組の電
気信号を用いた像の畳込み積分によって行なうことがで
きる。複数個のテンプレート手段又はフィルタを用意
し、各々のテンプレート手段は少なくとも１つの所定の
先験的な欠陥信号の特徴を持ち、各々のテンプレート手
段は、結果として得られる像６２及び６６の各々から、
少なくとも１つの特定の欠陥信号の特徴を選ぶ様に予め
決定されている。選ばれたテンプレート手段は、像の畳
込み積分により、結果として得られる像６２及び６６の
各々と個別に比較して、結果として得られる各々の像か
ら、夫々の先験的な特徴を比較によって抽出することが
できる。比較される特定のテンプレート手段を特徴づけ
る欠陥信号の特徴と、結果として得られる像６２及び６
６の各々に対応する信号との間の夫々の相関係数を計算
することにより、欠陥の所望の特徴が比較的に抽出され
る。相関係数の値に応じて、結果として得られる像の
内、実際の欠陥を表わす信号と、縁とか、凸、凹又は平
坦な面の間の移行部とかの様なこの他の面の異常を表わ
す信号とを区別することができる。複数個のテンプレー
ト手段が包括的に複合テンプレートとして協働して、結
果として得られる像６２及び６６の各々に於る対応する
複数個の欠陥信号の特徴を検出することが好ましい。
【００１４】第１及び第２のフィルタ処理像７２，７４
の各々が、閾値作用により、グレースケール像から夫々
第１及び第２の２進像７６，７８に変換される。グレー
スケールの選ばれた閾値強度の値又はレベルが、既知の
欠陥寸法を持つ試験ブロック又は試験サンプルを評価し
て、所望の大きさ又は寸法を持つ欠陥の検出が最適にな
る様にすると共に、あり溝スロット１４の面のこの他の
異常による欠陥の虚偽の表示を最小限に抑える様に決定
される。従って、グレースケールの閾値レベルは、検出
しようとする欠陥の寸法並びに所望のＰＯＤ及び信頼度
の関数として決定される。グレースケール像は、第１及
び第２のフィルタ処理像７２，７４にあって、選ばれた
閾値強度の値より大きいか又はそれに等しいグレースケ
ール強度を持つ画素５４には論理１（又は疑いをかけら
れた欠陥を、２進像内で黒の背景に対して白の区域とし
て表わすか、又は白の背景に対して黒の区域として表わ
すか、その何れを希望するかに応じて、この代わりに論
理０）を割当て、第１及び第２のフィルタ処理像７２，
７４の各々で、選ばれた閾値未満のグレースケール強度
を持つ画素５４に論理０（又は論理１）を割当てること
によって、２進像に変換される。サンプル形式は、約６
００（ミリボルト）1/4 （インチ）1/2 の閾値を持つ
が、これは約９５％のＰＯＤ及び約５０％の信頼度で、
ガスタービン機関のディスクのあり溝スロットの約４ミ
ルの欠陥を検出する為に用いることができる。特定の形
式は、例えばシステムの利得に応じて、システム次第で
ある。
【００１５】第１及び第２の２進像７６，７８が論理ア
ンド（ＡＮＤ）動作８０を行なうことによって組合さ
れ、複合２進像８２となる。複合２進像８２の一例が図
６に示されている。図２に於ける論理アンド動作８０の
性質の為、複合２進像８２にすき間又は穴ができること
がある。図７に示す様な９×２ディジタル・フィルタ８
４を図２に示す様な複合２進像に適用して、論理アンド
動作８０の間にできたすき間又は穴を埋めることができ
る。
【００１６】欠陥又はひび割れを持つかも知れない複合
２進像８２内の領域又は部分を同定する為に、選ばれた
閾値より大きいか又はそれに等しいグレースケール強度
を持つ画素５４を同定する閾値動作７６，７８の間に、
論理１が選ばれた場合、複合２進像８２の内、支配的に
全ての画素が論理１の値を持つ画素５４の集団又は群を
持つ領域又は部分は、図３のブロック８５で示す様に、
きず又は欠陥を含むかも知れない関心のある領域として
同定される。例えば、図６でいうと、欠陥を含むかも知
れない関心のある３つの領域が、夫々参照数字８６，８
８，９０で示された鎖線で夫々囲まれている。
【００１７】複合２進像内の領域８６，８８及び９０に
対応する関心のある領域又は欠陥の疑いのある領域が、
図３のブロック９１で示す様に、図２の結果として得ら
れる第１又は第２の像６２又は６６の何れかで同定され
る。図８は、図２に示した試験像６０から、第１及び第
２の基準像５８，６４の各々を減算することによって得
られた２つの２次元ディジタル像６２又は６６の内の１
つを示す。図８の結果として得られた像６２（又は６
６）の内、図６の複合２進像８２の欠陥の疑いのある領
域８６，８８，９０に対応する関心のある領域が、何れ
も鎖線で区切られていて、参照数字８６′，８８′，９
０′で表わされている。図８の画素５４内の文字“Ｂ”
は黒の画素を表わし、画素５４内の文字“Ｗ”は結果と
して得られる像６２内の白の画素を表わす。図８に示す
黒及び白の画素５４は、実際には或る中間のグレースケ
ール強度であってよいが、支配的に黒又は支配的に白の
何れかとなって現われる。
【００１８】図３に戻って説明すると、本発明では、ブ
ロック９２で、各々の領域８６′，８８′，９０′内の
画素強度から、欠陥の疑いのある各々の領域に対する対
称係数が計算される。対称係数を計算する為、図８の各
々の領域８６′，８８′，９０′内の鎖線９３，９４で
示す様に、欠陥の疑いのある各々の領域８６′，８
８′，９０′が垂直及び水平に２分される。対称係数
は、関心のある各々の領域８６′，８８′，９０′に対
し、垂直の２分線９３及び水平の２分線９４の各々の両
側にあるグレースケール画素強度の対称性の目安であ
る。対称係数は、垂直の２分線９３の両側にあって、略
同じグレースケール強度を持つ対応する画素５４の第１
の百分率を計算すると共に、水平の２分線９４の両側に
あって、関心のある各々の領域８６′，８８′，９０′
に対して略同じグレースケール強度を持つ対応する画素
５４の第２の百分率を計算することによって決定され
る。各領域の第１及び第２の百分率を乗じて、夫々の領
域８６′，８８′，９０′に対する対称係数とする。対
称係数は、理想的な対称的な領域を表わす＋１から非対
称的な領域を表わす−１までの範囲に及ぶ。図８の領域
９０′は、理想的な対称的な領域の一例であり、領域８
６′，８８′は、＋１から−１までの範囲内での、完全
な対称性のある百分率を表わす。
【００１９】結果として得られる像６２の関心のある各
々の領域８６′，８８′，９０′に対し、図３のブロッ
ク９５で、関心のある各々の領域内にある各々の画素５
４のグレースケール強度の値から、積分信号も計算す
る。積分信号９５は、関心のある各々の領域８６′，８
８′，９０′の境界内にある全てのグレースケール画素
値の和である。
【００２０】本発明では、図３のブロック９６で、関心
のある各々の領域８６′，８８′，９０′に対する対称
係数９２及び積分信号９５から、欠陥信号が計算され
る。欠陥信号９６をＡＨＡＴ（ａ）と呼び、下記の式に
従って計算する。
【００２１】
【数５】
【００２２】ここでα，γ及びβは、既知の寸法及び形
状を持つ欠陥がその中に形成されていて、所望のＰＯＤ
及び信頼度レベルで十分な検出感度が得られるように
し、欠陥が存在しないのに存在するという虚偽の呼又は
表示の数を最小限にした試験部品又はサンプルに本発明
の方法を適用することによって決定される。経験的に、
約４ミルという小さいあり溝スロットの欠陥を約９５％
のＰＯＤ及び約５０％の信頼度で検出する時に、α＝
１，β＝１／４及びγ＝１／４の値が優れた検出結果を
生ずることが分かった。欠陥信号９６又はＡＨＡＴを、
図３のブロック９７で、基準値又はＰＯＤの閾値と比較
し、ＡＨＡＴがこの基準値を越えれば、ブロック９８
で、その部品を排除する。ＰＯＤの閾値を越えなけれ
ば、ブロック９９で、全てのスロット１４を検査したか
どうかを判断する。まだスロット１４を試験する必要が
ある場合、上に述べた過程を繰返して、ディスク１２の
全てのあり溝スロット１４が試験スロット６０として選
定され、且つ検査されるまで、ブロック１００で次のス
ロットの検査を行なう。既に走査されているが、図２の
ブロック５８，６４で、これまでには基準スロットとし
て選ばれていないスロット１４は、効率の為、必ずしも
再び走査しなくてもよい。ＡＨＡＴがＰＯＤの閾値を越
えずに全てのスロット１４が検査された場合、ブロック
１０１で、部品１２が受理される。相異なる材料に対
し、種々の既知のミル数で表わした欠陥又はひび割れの
長さ、所定の検出確率（ＰＯＤ）及び信頼度レベルに対
し、ＡＨＡＴの値を計算した。こういうＡＨＡＴの値を
ひび割れの長さに対してグラフに描き、業界で使われる
相異なる材料に対し、標準のＰＯＤ曲線又はグラフを作
る。一例として、ルネ８８で作られたあり溝スロットを
検査する為のＰＯＤ曲線１０２が図９に示されている。
こうして、グラフ１０２と同様に、図８に示された結果
として得られる像６２から測定された欠陥の疑いのある
領域の長さから判定されたひび割れの推定長さに従っ
て、検査される特定の材料及び部品に対し、ブロック９
６で計算した欠陥信号又はＡＨＡＴをＰＯＤ曲線に描く
ことができる。従って、ＡＨＡＴの値が図９に示す曲線
１０２の上又はそれより上方にあれば、部品１２が排除
される。ＡＨＡＴが曲線１０２より下方にあれば、全て
のスロット１４が試験されるまで、次のスロット１４を
検査する。全てのスロット１４が合格すれば、部品１２
が受理される。例えば、図８の領域９０′に対するＡＨ
ＡＴが、前に示した式を用いて、約４，０００であると
計算されると仮定する。更に、関心のある領域９０′の
内のひび割れの長さが、結果として得られる像６２から
約５ミルであると推定されると仮定する。これは、図９
で、ＰＯＤ曲線１０２より高い点１０４に対応し、従っ
てこの部品は排除される。
【００２３】本発明をガスタービン機関のディスクに形
成されたあり溝スロットの検査の場合について説明した
が、当業者であれば、本発明があり溝スロットの検査に
制限されず、本発明が複雑な幾何学的な形状を持つ任意
の導電工作物の検査に用いることができることが容易に
理解されよう。本発明の方法を適用して、渦電流プロー
ブを用いて検査される工作物を走査して、工作物に誘起
された渦電流に応答して像を発生した後、略同じ幾何学
的な形状を持つ工作物の基準像と、検査される工作物の
こうして発生した像との間の差を求めて、同じ様な形を
した全ての工作物に共通の、幾何学的な特性及び背景雑
音によって生じた信号が実質的に減少し又は相殺された
結果として得られる像を求める。本発明の方法では、結
果として得られる像を２進像に変換して、欠陥の疑いの
ある領域を確認するのを容易にすることができると共
に、結果として得られる像の記憶分から、欠陥の疑いの
ある各々の領域に対する欠陥信号を決定することができ
る。欠陥信号が所定の基準値を越える場合、工作物を排
除する。
【００２４】ここで図面に示し且つ説明しなかった本発
明の相異なる実施例や改造、並びに多くの変形並びに均
等の構成も、以上の説明から、本発明の範囲を逸脱せず
に、容易に考えられよう。本発明を好ましい実施例につ
いて詳しく説明したが、以上の説明は、本発明を例示す
るだけであって、本発明を完全に且つ実施できる様に開
示する為のものに過ぎない。従って、本発明の範囲は特
許請求の範囲のみによって限定されることを承知された
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動化渦電流面のきず検出装置の
略図。
【図２】本発明による自動化渦電流面検査方法を示す流
れ図。
【図３】本発明による自動化渦電流面検査方法を示す流
れ図。
【図４】２次元ディジタル像の一部分の図で、個々の画
素を示す図。
【図５】本発明の７×３ディジタル・フィルタの図。
【図６】閾値作用によってグレースケール像から作成し
た２進像の一例を示す図。
【図７】本発明の９×２ディジタル・フィルタの図。
【図８】欠陥を含んでいるかも知れない欠陥の疑いのあ
る各々の領域に対する対称係数及び積分信号を計算する
為に処理された２次元ディジタル像の一例を示す図。
【図９】ルネ（Rene）８８材料から作られたガスタービ
ン機関のディスクのあり溝スロットに対する検出確率
（ＰＯＤ）曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
１２ 部品 １４ あり溝スロット １８ プローブ ２２ 渦電流装置 ５４ 画素 Ｉij グレースケール強度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｂ 7337−5Ｃ (72)発明者 クリスティナ・ヘレナ・バルボーグ・ヘデ ングレン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ベイカー・アベニュー・イース ト、2120番

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同じ様な形状の複数個の構造部分を持つ
    部品を検査する方法であって、同じ様な形状を持つ構造
    部分の内の少なくとも１つの部分の面を渦電流プローブ
    手段を用いて走査して部品に渦電流を誘起し、走査中に
    受取った渦電流信号から前記少なくとも１つの部分の２
    次元像を生成し、該像は２次元配列に配置された多数の
    画素を持っていて、各々の画素がマトリクス配列内の画
    素の位置に対応する部品位置で部品に誘起された渦電流
    に応答するグレースケール強度を持ち、幾何学的な特性
    並びに全ての同じ様な形状をした構造部分に共通の背景
    雑音によって生ずる信号を実質的に減少する様に像を予
    め処理し、該予め処理する工程で予め処理された像から
    欠陥の疑いのある領域があれば、該領域を同定し、欠陥
    の疑いがある各々の領域に対する欠陥信号を決定し、何
    れかの欠陥信号が所定の基準値を越えた場合に前記部品
    を排除する工程を含む方法。
  2. 【請求項２】 前記像を予め処理する工程が、前記少な
    くとも１つの構造部分の面を走査する工程及び前記少な
    くとも１つの部分の２次元像を生成する工程を繰り返し
    て、２番目及び３番目の同じ様な形状を持つ構造部分に
    対する２次元像を生成し、３つの同じ様な形状を持つ部
    分から、試験部分及び関連する試験像、第１の基準部分
    及び関連する第１の基準像、並びに第２の基準部分及び
    関連する第２の基準像を選択し、第１の基準像及び試験
    像の間の差を求めて、第１の基準像の各々の画素のグレ
    ースケール強度と試験像の対応する画素のグレースケー
    ル強度との間の差を求めることによって、その結果とし
    て得られる第１の像を求め、第２の基準像と試験像との
    間の差を求めて、各々の像の対応する画素のグレースケ
    ール強度の間の差を求めることによって、その結果とし
    て得られる第２の像を求め、第１及び第２の基準像の各
    々をグレースケール像から夫々第１及び第２の２進像に
    変換し、第１及び第２の２進像を論理アンド動作によっ
    て組合せて、予め処理された複合２進像を発生する工程
    を含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記欠陥の疑いのある領域を同定する工
    程が、予め処理された複合２進像の内、支配的に全ての
    画素が予定の２進値を持つ画素群を含む部分があれば、
    該部分を同定し、結果として得られた第１及び第２の像
    の内の一方に、予め処理された複合２進像の中の同定さ
    れた部分に対応する欠陥の疑いのある領域があれば、該
    部分を同定する工程を含む請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２の基準像の各々を変換
    する工程及び前記第１及び第２の２進像を組合せる工程
    を、結果として得られた第１及び第２の像を組合せて複
    合像とし、複合像を予め処理された複合２進像に変換す
    る工程に置き換えることを含む請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記欠陥の疑いのある領域を同定する工
    程が、予め処理された複合２進像の内に、支配的に全て
    の画素が所定の２進値を持つ画素群を含む部分があれ
    ば、該部分を同定し、結果として得られる第１及び第２
    の像の内の一方に、予め処理された複合２進像の中の同
    定された部分に対応する欠陥の疑いのある領域があれ
    ば、該領域を同定する工程を含む請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 結果として得られる第１及び第２の像の
    各々をフィルタ作用にかけて、各々の像内の雑音によっ
    て生ずる信号を減少すると共に、前記第１及び第２の基
    準像の各々を変換する工程の前に、欠陥によって生ずる
    信号を強める工程を含む請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記フィルタ作用にかけることが、ディ
    ジタル・フィルタを用いた像の畳込み積分によって行な
    われる請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記フィルタ作用にかける工程が、像の
    畳込み積分により、結果として得られる第１及び第２の
    像の各々に１組の所定の先験的な信号を適用して、結果
    として得られる各々の像から、任意の欠陥信号の選ばれ
    た特徴を抽出する工程を含む請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記１組の所定の先験的な信号を適用す
    る工程が、結果として得られる各々の像に対して、選ば
    れた特徴の少なくとも１つの所定の先験的な信号を比較
    するテンプレート手段を設ける工程を含む請求項８記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 像の畳込み積分が、結果として得られ
    る各々の像から、夫々の先験的な特徴を比較して抽出す
    る少なくとも１つのテンプレート手段を設ける工程を含
    む請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 複数個のテンプレート手段を結果とし
    て得られる各々の像と比較し、各々のテンプレート手段
    は、結果として得られる各々の像から少なくとも１つの
    特定の欠陥信号の特徴を選択する様に予め決定されてい
    る請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記複数個のテンプレート手段が包括
    的に複合テンプレートとして協働して、結果として得ら
    れる各々の像の対応する複数個の欠陥信号の特徴を検出
    する請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記比較して抽出する工程が、前記テ
    ンプレート手段で特徴づけられた各々の信号の特徴と、
    結果として得られる各々の像に対応する信号との間の夫
    々の相関係数を計算する工程を含む請求項１０記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 同じ様な形状をした全ての構造部分が
    検査されるまで、前記面を走査する工程から前記部品を
    排除する工程までを繰り返す工程を含む請求項１記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 複雑な幾何学的な形状を持つ部品を検
    査する方法であって、該部品の面を渦電流プローブ手段
    を用いて走査して部品に渦電流を誘起し、走査中に受取
    った渦電流信号から部品の２次元像を生成し、該像は２
    次元配列に配置された多数の画素を含んでいて、各々の
    画素はマトリクス配列内での画素の位置に対応する部品
    の位置で部品に誘起された渦電流に応答するグレースケ
    ール強度を持ち、該２次元像を生成する工程で発生され
    た像から、実質的に同一の形状を持つ部品の基準像を減
    算することにより、実質的に同じ幾何学的な形状を持つ
    全ての部品に共通な幾何学的な特性及び背景雑音による
    信号があれば、該信号を実質的に減少する様に像を予め
    処理し、該予め処理する工程で予め処理された像から、
    欠陥の疑いのある領域があれば、該領域を同定し、欠陥
    の疑いのある各々の領域に対する欠陥信号を決定し、何
    れかの欠陥信号が所定の基準値を越える場合、前記部品
    を排除する工程を含む方法。
  16. 【請求項１６】 予め処理された像をグレースケール像
    から２進像に変換し、該２進像内で、支配的に全ての画
    素が所定の２進値を持つ画素群を含む部分があれば、該
    部分を同定し、前記予め処理された像の内、予め処理さ
    れた複合２進像内の同定された部分に対応する欠陥の疑
    いのある領域があれば、該領域を同定する工程を含む請
    求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ２進像に変換する前に、予め処理され
    た像をフィルタ作用にかけて、雑音による信号があれ
    ば、該信号を減少すると共に、欠陥による信号があれ
    ば、該信号を強める工程を含む請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 ガスタービン機関の部品のあり溝スロ
    ットを検査する方法であって、あり溝スロットの面を渦
    電流プローブ手段を用いて走査して該部品に渦電流を誘
    起し、走査中に受取った渦電流信号から、あり溝スロッ
    トの面の２次元像を生成し、各々の像は２次元マトリク
    ス配列に配置された多数の画素を持っていて、各々の画
    素はマトリクス配列内での画素の位置に対応する部品の
    位置で部品に誘起された渦電流に応答するグレースケー
    ル強度を持ち、前記走査する工程及び前記２次元像を生
    成する工程を繰返して、３つのあり溝スロットに対する
    ２次元像を生成し、３つのあり溝スロットから、試験ス
    ロット及び関連する試験像、第１の基準スロット及び関
    連する第１の基準像、並びに第２の基準スロット及び関
    連する第２の基準像を選び、第１の基準像及び試験像の
    間の差をとって、第１の基準像の各々の画素のグレース
    ケール強度と試験像の対応する画素のグレースケール強
    度との間の差を求めることによって、その結果得られる
    第１の像を生成し、第２の基準像と試験像の間の差をと
    って、各々の像の対応する画素のグレースケール強度の
    間の差を求めることによって、その結果得られる第２の
    像を生成し、結果として得られた第１及び第２の像の各
    々を、閾値作用により、グレースケール像から夫々第１
    及び第２の２進像に変換し、第１及び第２の２進像を論
    理アンド操作によって組合せて複合２進像を発生し、該
    複合２進像内で、支配的に全ての画素が所定の２進値を
    持つ画素群を含む部分があれば、該部分を同定し、前記
    第１の基準像及び試験像の間の差をとる工程、並びに前
    記第２の基準像及び試験像の間の差をとる工程で結果と
    して得られた第１及び第２の像の内の一方に、前記複合
    ２進像内の同定された部分に対応する欠陥の疑いのある
    領域があれば、該領域を同定し、欠陥の疑いのある各々
    の領域に対する欠陥信号を計算し、各々の領域に対する
    欠陥信号を所定の基準値と比較して、欠陥の疑いのある
    領域に対応する位置で試験スロット内に欠陥が存在する
    かどうかを判定する工程を含む方法。
  19. 【請求項１９】 前記結果として得られる第１及び第２
    の像の各々を変換する工程の前に、ディジタル・フィル
    タを用いた像の畳込み積分により、結果として得られる
    第１及び第２の像の各々をフィルタ作用にかけて、各々
    の像に於ける雑音によって生ずる信号を減少すると共
    に、欠陥によって起こり得る信号があれば、該信号を強
    める工程を含む請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記フィルタ作用にかける工程が、７
    ×３ディジタル・フィルタを用いて、結果として得られ
    る第１及び第２の像の各々を畳込み積分することを含む
    請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記７×３ディジタル・フィルタが下
    記のマトリクス配列 【数１】 を有する請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 像の畳込み積分により、前記第１及び
    第２の２進像を組合せる工程の後に複合２進像をディジ
    タル・フィルタにかける工程を含む請求項１８記載の方
    法。
  23. 【請求項２３】 前記ディジタル・フィルタが下記のマ
    トリクス配列 【数２】 を持つ９×２フィルタである請求項２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記欠陥信号を計算する工程が、夫々
    の領域内でのグレースケール強度から、前記欠陥の疑い
    のある領域を同定する工程での欠陥の疑いのある各々の
    領域に対する対称係数を計算し、夫々の領域内でのグレ
    ースケール強度から、前記欠陥の疑いのある領域を同定
    する工程での欠陥の疑いのある各々の領域に対する積分
    信号を計算する工程を含む請求項１８記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記対称係数を計算する工程が、各領
    域の第１の選ばれた線に沿って欠陥の疑いのある各々の
    領域を２分し、各領域の夫々の半分にあって、略同じグ
    レースケール強度を持つ対応する画素の第１の百分率を
    計算し、各領域の第２の選ばれた線に沿って欠陥の疑い
    のある各々の領域を２分し、該第２の選ばれた線によっ
    て２分された各領域の各々の半分で、略同じグレースケ
    ール強度を持つ対応する画素の第２の百分率を計算し、
    各領域の第１及び第２の百分率を乗じて、各領域に対す
    る対称係数を発生する工程を含む請求項２４記載の方
    法。
  26. 【請求項２６】 各領域に対する前記欠陥信号がＡＨＡ
    Ｔに等しく、ＡＨＡＴは下記の式 【数３】 に従って決定される請求項２４記載の方法。
  27. 【請求項２７】 α＝１，β＝１／４及びγ＝１／４で
    ある請求項２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 全てのあり溝スロットが検査されるま
    で、前記あり溝スロットの面を渦電流プローブ手段を用
    いて走査する工程から前記各領域に対する欠陥信号を所
    定の基準値と比較する工程までを繰返す工程を含む請求
    項１８記載の方法。
  29. 【請求項２９】 欠陥の疑いのある各々の領域に対する
    考えられる欠陥の長さを推定し、欠陥の疑いのある各々
    の領域に対する欠陥信号対欠陥の長さに対応するＰＯＤ
    グラフ上に点を記入し、任意の欠陥の疑いのある領域に
    対して記入された点がＰＯＤグラフの閾値曲線を越える
    場合、前記部品を排除する工程を含む請求項１８記載の
    方法。
  30. 【請求項３０】 部品の歯車の歯等を検査する方法であ
    って、渦電流プローブ手段を用いて歯車の歯の面を走査
    して部品に渦電流を誘起し、走査中に受取った渦電流信
    号から歯車の歯の面の２次元像を生成し、各々の像は２
    次元マトリクス配列に配置された多数の画素を含んでお
    り、各々の画素はマトリクス配列内での画素の位置に対
    応する部品の位置で部品に誘起された渦電流に応答する
    グレースケール強度を持ち、歯車の歯の面を走査する工
    程及び歯車の歯の面の２次元像を生成する工程を繰返し
    て、３つの歯車の歯に対する２次元像を生成し、３つの
    あり溝スロットから、試験用の歯及び関連する試験像、
    第１の基準の歯及び関連する第１の基準像、並びに第２
    の基準の歯及び関連する第２の基準像を選び、第１の基
    準像の各々の画素のグレースケール強度と試験像の対応
    する画素のグレースケール強度との間の差を求めること
    により、第１の基準像及び試験像の間の差をとった結果
    として得られる第１の像を生成し、各々の像の対応する
    画素のグレースケール強度の間の差を求めることによっ
    て、第２の基準像及び試験像の間の差をとった結果とし
    て得られる第２の像を生成し、結果として得られる第１
    及び第２の像の各々を閾値作用により、グレースケール
    像から夫々第１及び第２の２進像に変換し、第１及び第
    ２の２進像を論理アンド動作によって組合せて複合２進
    像を作り、複合２進像内にあって、支配的に全ての画素
    が所定の２進値を持つ画素群を含む部分があれば、該部
    分を同定し、前記第１の基準像及び試験像の間の差をと
    る工程で結果として得られた第１及び第２の像の一方に
    あって、前記複合２進像内の同定された部分に対応する
    欠陥の疑いのある領域があれば、該領域を同定し、欠陥
    の疑いのある各々の領域に対する欠陥信号を計算し、各
    領域に対する欠陥信号を所定の基準値と比較して、欠陥
    の疑いのある領域に対応する位置で試験の歯に欠陥が存
    在するかどうかを判定する工程を含む方法。
  31. 【請求項３１】 前記結果として得られる第１及び第２
    の像の各々を変換する工程の前に、結果として得られる
    第１及び第２の像の各々をフィルタ作用にかけて、ディ
    ジタル・フィルタを用いた像の畳込み積分により、各像
    内の雑音によって生ずる信号を減少すると共に、欠陥に
    よって起こり得る信号があれば、該信号を強める工程を
    含む請求項３０記載の方法。
  32. 【請求項３２】 像の畳込み積分により、前記第１及び
    第２の２進像を組合せる工程の後に、複合２進像をディ
    ジタル・フィルタの作用にかける工程を含む請求項３０
    記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記欠陥の疑いのある各々の領域に対
    する欠陥信号を計算する工程が、夫々の領域内のグレー
    スケール強度から、前記欠陥の疑いのある領域を同定す
    る工程で決定された欠陥の疑いのある各々の領域に対す
    る対称係数を計算し、夫々の領域内でのグレースケール
    強度から、前記欠陥の疑いのある領域を同定する工程で
    定められた欠陥の疑いのある各々の領域に対する積分信
    号を計算する工程を含む請求項３０記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記対称係数を計算する工程が、第１
    の選ばれた線に沿って欠陥の疑いのある各々の領域を２
    分し、各領域の各々の半分で、略同じグレースケール強
    度を持つ対応する画素の第１の百分率を計算し、第２の
    選ばれた線に沿って欠陥の疑いのある各々の領域を２分
    し、該第２の選ばれた線によって２分された各領域の各
    々の半分で、略同じグレースケール強度を持つ対応する
    画素の第２の百分率を計算し、各領域の第１及び第２の
    百分率を乗じて、各領域に対する対称係数を発生する工
    程を含む請求項３３記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記積分信号を計算する工程が、欠陥
    の疑いのある個々の各々の領域内にある全ての画素のグ
    レースケール強度を加算して、各領域に対する積分信号
    を発生する工程を含む請求項３３記載の方法。
  36. 【請求項３６】 各領域に対する前記欠陥信号がＡＨＡ
    Ｔに等しく、ＡＨＡＴが下記の式 【数４】 に従って決定される請求項３３記載の方法。
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