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公開番号2025051599
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2024105414
出願日2024-06-28
発明の名称検査システムおよび方法
出願人ザ・ボーイング・カンパニー
代理人個人,個人,個人
主分類G01B 11/245 20060101AFI20250327BHJP(測定;試験)
要約【課題】本発明は、検査システムおよび方法を提供する。
【解決手段】表面のトポグラフィを取り込むための検査システムは、表面上に配置される支持フレームと、支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる少なくとも3つの光源と、各々が視野方向を有する少なくとも2つのカメラであって、各カメラの視野方向が表面の共通領域を概ね向くように支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる、少なくとも2つのカメラとを含む。検査システムはまた、プロセッサであって、光源を一度に1つずつ一時的に起動させ、光源が起動されるたびにすべてのカメラに共通領域のそれぞれの複数の画像を取り込ませ、共通領域のトポグラフィを表す再構築された表面をもたらすように画像を組み合わせる、プロセッサを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
表面（３１０）のトポグラフィを取り込むための検査システム（１００）であって、
前記表面（３１０）の上に配置されるよう構成された剛性支持フレーム（１０２）と、
前記支持フレーム（１０２）上の異なる箇所に取り付けられるよう構成された少なくとも３つの光源（１５０）と、
各々が視野方向（１３６）を有する少なくとも２つのカメラ（１３０）であって、各カメラ（１３０）の前記視野方向（１３６）が前記表面（３１０）の共通領域（３１２）を概ね向くように、前記支持フレーム（１０２）上の異なる箇所に取り付けられるよう構成された、少なくとも２つのカメラ（１３０）と、
プロセッサ（１７０）であって、
前記光源（１５０）を一度に１つずつ一時的に起動させ、光源（１５０）が起動されるたびにすべての前記カメラ（１３０）に前記共通領域（３１２）のそれぞれの複数の画像（１４０）を取り込ませ、かつ
前記共通領域（３１２）の前記トポグラフィを表す再構築された表面（１７４）が得られるように、前記画像（１４０）を組み合わせる、
よう構成されたプロセッサ（１７０）と
を備える、検査システム（１００）。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記プロセッサ（１７０）が、構造的形状（１８０）、欠陥（２００）、および／またはテクスチャ（２０６）について前記再構築された表面（１７４）を分析するように構成されている、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項３】
前記再構築された表面（１７４）を表示するよう構成されたグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ（２１０））をさらに備える、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項４】
前記支持フレーム（１０２）が前記表面（３１０）上の適所に保持されている間に前記再構築された表面（１７４）を見ることを可能にするように、前記ＧＵＩ（２１０）が前記支持フレーム（１０２）上に取り付け可能となっている、請求項３に記載の検査システム（１００）。
【請求項５】
前記光源（１５０）の少なくとも１つが、照明方向（１５６）を有し、前記照明方向（１５６）が前記共通領域（３１２）と１５～７５度の入射角（１５８）を形成するように前記支持フレーム（１０２）に取り付け可能な指向性光源（１５４）である、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項６】
前記光源（１５０）および／または前記カメラ（１３０）が、前記検査システム（１００）を上から見たときに、互いに等角度間隔で配置されている、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項７】
前記支持フレーム（１０２）が、異なるサイズおよび／または形状の表面（３１０）に対応するために前記支持フレーム（１０２）の前記サイズおよび／または形状を変更できるように構成された接続要素（１０６）によって相互接続されたビーム（１０４）から構成されている、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項８】
前記支持フレーム（１０２）の底端（１１２）に取り付けられた１つまたは複数の基準ターゲット（１２０）をさらに備え、
前記カメラ（１３０）の各々は、前記画像（１４０）内に前記基準ターゲット（１２０）を含むように配向され、
前記プロセッサ（１７０）は、前記基準ターゲット（１２０）を含む前記画像（１４０）を分析し、前記基準ターゲット（１２０）を使用して、前記画像（１４０）のスケーリング係数および前記カメラ（１３０）の互いに対する三次元箇所を決定するように構成されている、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項９】
前記支持フレーム（１０２）に取り付け可能であり、背景光が前記表面（３１０）の前記共通領域（３１２）に衝突するのを少なくとも部分的に遮断する背景遮光体（１６０）と、
前記カメラ（１３０）の各々に取り付け可能であり、前記背景光の１つまたは複数の波長をフィルタ除去するよう構成されたレンズフィルタ（１３４）であって、前記光源（１５０）は、前記レンズフィルタ（１３４）によってフィルタ除去された波長とは異なる少なくとも１つの波長の光を放射するように構成されている、レンズフィルタ（１３４）と、
のうち少なくとも１つをさらに備える、請求項１に記載の検査システム（１００）。
【請求項１０】
表面（３１０）のトポグラフィを取り込むための検査システム（１００）であって、
剛性支持フレーム（１０２）と、
前記支持フレーム（１０２）を前記表面（３１０）上の１つまたは複数の異なる箇所に配置するよう構成された可動プラットフォーム（４００）と、
前記支持フレーム（１０２）上の異なる箇所に取り付けられるよう構成された少なくとも３つの光源（１５０）と、
各々が視野方向（１３６）を有する少なくとも２つのカメラ（１３０）であって、各カメラ（１３０）の前記視野方向（１３６）が前記表面（３１０）の共通領域（３１２）を概ね向くように、前記支持フレーム（１０２）上の異なる箇所に取り付けられるよう構成された、少なくとも２つのカメラ（１３０）と、
プロセッサ（１７０）であって、
前記光源（１５０）を一度に１つずつ一時的に起動させ、光源（１５０）が起動されるたびにすべての前記カメラ（１３０）に前記共通領域（３１２）のそれぞれの複数の画像（１４０）を取り込ませ、
形状歪みを補正し、前記共通領域（３１２）の前記トポグラフィを表す再構築された表面（１７４）を生成するように、前記画像（１４０）を組み合わせる、
よう構成されたプロセッサ（１７０）と、
を備える、検査システム（１００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、検査システムに関し、より詳細には、不完全性について表面を検査するためのシステムおよび方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
製造部品の表面不完全性を検出および測定することは困難であり得る。表面不完全性を検出する際の課題の一部は、それらの小さいサイズに起因し、その一部は、特定の照明条件下で、または表面上を走る指の爪などの触覚的方法によってのみ検出することができる。製造プロセスの早期に表面不完全性を検出することは、不良部品が製造ラインを下って、場合によっては最終顧客に到達することを防止するので、重要である。さらに、表面不完全性の早期検出は、欠陥部品の再加工または交換、および表面不完全性の将来の発生を防止するための製造プロセスの調整を可能にする。
【０００３】
表面を検査する１つの従来の手法は、構造化光スキャナの使用を含む。構造化光スキャナは、凹みなどの大きな表面欠陥を検出するのには有効であるが、表面の固有の低周波ノイズ（例えば、凹凸）のために、スクラッチ、えぐれ、およびツールマークなどの小さな表面不完全性を検出するのに必要な精度を欠いている。レーザプロフィロメータは、表面を検査するために従来使用されている別のタイプのデバイスである。レーザプロフィロメータは、一般には意図された目的には有効であるが、比較的小さな視野を有する。さらに、レーザプロフィロメータは、特定のタイプの表面を検査する能力に影響を与える反射問題を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図から分かるように、様々な異なるタイプの表面上の小さな不完全性を検出することができ、比較的大きな視野を有する表面を検査するためのシステムが、当技術分野において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
表面のトポグラフィを取り込むための検査システムを提供する本開示によって、表面を検査することに関連する上述の必要性が対処される。検査システムは、表面上に配置される剛性支持フレームと、支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる少なくとも３つの光源と、各々が視野方向を有する少なくとも２つのカメラであって、各カメラの視野方向が表面の共通領域をほぼ向くように支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる、少なくとも２つのカメラとを含む。検査システムはまた、プロセッサであって、光源を一度に１つずつ一時的に起動させ、光源が起動されるたびにすべてのカメラに共通領域のそれぞれの複数の画像を取り込ませ、共通領域のトポグラフィを表す再構築された表面をもたらすように画像を組み合わせる、プロセッサを含む。
【０００６】
別の例では、検査システムは、剛性支持フレームと、支持フレームを表面上の１つまたは複数の異なる箇所に配置する可動プラットフォームとを含む。検査システムはまた、支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる少なくとも３つの光源と、各々が視野方向を有する少なくとも２つのカメラであって、各カメラの視野方向が表面の共通領域をほぼ向くように支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる、少なくとも２つのカメラとを含む。さらに、検査システムはまた、プロセッサであって、光源を一度に１つずつ一時的に起動させ、光源が起動されるたびにすべてのカメラに共通領域のそれぞれの複数の画像を取り込ませ、形状の歪みを補正して共通領域のトポグラフィを表す再構築された表面をもたらすように画像を組み合わせる、プロセッサを含む。
【０００７】
表面のトポグラフィを取り込む方法も開示される。方法は、表面上に剛性支持フレームを配置するステップを含む。支持フレームは、支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられた少なくとも３つの光源と、各々が視野方向を有する少なくとも２つのカメラであって、各カメラの視野方向が表面の共通領域をほぼ向くように支持フレーム上の異なる箇所に取り付けられる、少なくとも２つのカメラとを有する。方法は、光源を一度に１つずつ一時的に起動させ、光源が起動されるたびにすべてのカメラに共通領域のそれぞれの複数の画像を取り込ませるステップをさらに含む。さらに、方法は、共通領域のトポグラフィを表す再構築された表面をもたらすように画像を組み合わせるステップを含む。
【０００８】
論じられた特徴、機能、および利点を、様々なバージョンにおいて独立して達成することができ、または、さらに他のバージョンで組み合わせてもよく、そのさらなる詳細を以下の説明および図面を参照して理解することができる。
【０００９】
本開示は、好ましい例示的なバージョンを示すが、必ずしも一定の縮尺で描かれていない添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、よりよく理解することができる。図面は例であり、本説明または特許請求の範囲に対する限定を意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
航空機の一例を示す図である。
図１の航空機の胴体の胴セクションのうちの１つの例を示し、胴セクションなどの構造の表面を検査するための本開示の検査システムを支持するロボットデバイスを示す図である。
検査システムによる検査中の図２の胴セクションの端面図である。
胴セクションの表面に対して配置された検査システムの一例の拡大図であり、剛性支持フレームと、支持フレーム上に支持された複数の光源と、支持フレーム上に支持され、光源の順次の起動中に表面の共通領域の複数の画像を取り込むように構成されている複数のカメラとを含む検査システム構成要素を示す。
検査中の表面に対して所定の位置に手動で保持されるように構成され、カメラによって取り込まれた複数の画像を組み合わせた結果として検査システムによって生成された再構築された表面を表示するために支持フレームに取り付けられたグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ－例えば、タブレット）を有する検査システムの一例を示す図である。
胴セクションの表面に対して配置された図５の検査システムの側面図である。
検査中の表面との入射角を形成する視野方向を有するカメラを示す検査システムの側面図であり、表面との入射角を形成する照明方向を有する光源をさらに示す。
支持フレームのビームの１つに取り付けられたカメラの１つの例を示す図である。
支持フレームのビームの１つに取り付けられた光源の１つの例を示す図である。
合計３つの光源と、支持フレームに取り付けられた合計３つのカメラとを有する配置における図７の検査システムの上面図である。
接続要素の一方から離れて分離された複数のビームを示す支持フレームの一部の分解図である。
垂直に配向されたビームが支持フレームから省略された検査システムの一例を示し、さらに、合計９個の光源と、支持フレームに取り付けられた合計３つのカメラとを示す図である。
支持フレームから傾斜ビームが省略された検査システムの一例を示し、支持フレームの底端に取り付けられた基準ターゲットをさらに示す図である。
ビームの一方に取り付けられた基準ターゲットを示す支持フレームの一部の拡大図である。
図１４の基準ターゲットのうちの１つの拡大図である。
コード化されたターゲットとして構成されている基準ターゲットの一例を示す図である。
背景遮光体を有する検査システムの一例の部分分解図である。
背景遮光体が支持フレームに組み立てられた検査システムを示す図である。
背景光の１つまたは複数の波長をフィルタ除去するように構成されているレンズフィルタを有するカメラの１つの例を示す図である。
カメラおよび光源の動作を制御し、カメラによって取り込まれた画像に基づいて再構築された表面を生成するためのプロセッサを有する検査システムの一例のブロック図である。
カメラによって取り込まれた画像に基づいて検査中の表面の再構築された表面を表示し、再構築された表面内の欠陥をスクラッチの形態で示すＧＵＩの表示画面の一例を示す図である。
締め具の形態の共通の構造的形状を有する構造の表面に対して配置された検査システムの一例を示す図である。
画像内の共通の構造的形状がマスクされた再構築された表面を表示し、再構築された表面内の欠陥をえぐれの形態で示す表示画面の一例を示す図である。
検査される表面のテクスチャを示す再構築された表面を表示する表示画面の一例を示す図である。
検査中の表面のトポグラフィを取り込む方法に含まれる動作のフローチャートである。
本開示の検査システムによって生成された再構築された表面内の欠陥を検出する方法に含まれる動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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