專利名稱：自動修復(fù)裂縫的方法和用于此方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動地修復(fù)要修復(fù)的部件中的裂縫的方法和用于此方法的設(shè)備，特別是自動地修復(fù)在旋轉(zhuǎn)的機(jī)器中的葉片等等中產(chǎn)生的裂縫的方法和用于此方法的設(shè)備。
近來已經(jīng)開發(fā)了自動焊接設(shè)備?？梢酝ㄟ^使用這種自動焊接設(shè)備自動地進(jìn)行焊接。然而，在修理裂縫的情況下，裂縫的狀態(tài)各不相同，并且難于用自動焊接設(shè)備修復(fù)裂縫。更加具體地，當(dāng)通過焊接修復(fù)裂縫時，必須按照裂縫的方向、位置、深度等等進(jìn)行焊接，從而難于用自動焊接設(shè)備修復(fù)裂縫。因此在葉片等上修復(fù)產(chǎn)生的裂縫一直用手工進(jìn)行，其中，裂縫的位置、寬度、深度等用手識別，研磨裂縫的孔隙，然后在研磨的位置上用手工焊接。
當(dāng)如上所述通過用手識別裂縫的位置、寬度、深度等，研磨裂縫的孔隙，然后在研磨的位置上用手工焊接手工地修復(fù)裂縫時，在修理中需要技術(shù)嫻熟，另外，應(yīng)當(dāng)按照仔細(xì)的裂縫檢查的結(jié)果進(jìn)行研磨和焊接，從而修理在要修復(fù)的葉片之類的部件中產(chǎn)生的裂縫。因此，考慮到裂縫狀態(tài)的多樣性，修復(fù)葉片之類的部件中產(chǎn)生的裂縫時不可避免地增加工序數(shù)量。
而且由于修理上述裂縫需要技巧，修復(fù)的結(jié)果取決于焊接工的技能，出現(xiàn)了不能肯定修復(fù)了的部件的質(zhì)量穩(wěn)定性的問題。
為了克服上述的缺點，例如在日本專利申請公報9-145340中公開了一種發(fā)明，用于減少檢查時檢測裂縫所需要的工時，或者說用于使這些有關(guān)燃?xì)廨啓C(jī)葉片步驟自動化。
根據(jù)所述的公開，如圖7(A)所示，設(shè)備含有探測器(照像機(jī))121用于探測裂縫；驅(qū)動器122，用于驅(qū)動所述的探測器；位置控制器123，用于控制驅(qū)動器的位置；圖像處理器124，用于處理從探測器輸入的定子葉片的表面的圖像信息；計算單元125用于通過從處理的圖像測量到的長度以確定損傷的程度，諸如最大的裂縫長度、裂縫長度的和等；存儲單元126，用于儲存定子葉片的形狀數(shù)據(jù)。使用此設(shè)備，適當(dāng)?shù)貏澐謾z測的圖像，把每個劃分點c1、c2、c3...等等的坐標(biāo)投影到實際形狀模型上以確定實際裂縫長度，如圖7(B)所示。
然而，在上述技術(shù)中，沒有把分枝的裂縫的情況考慮在內(nèi)，并且在用寬視野的方式投影時不能確定裂縫的深度，并且在用窄視野的方式投影時，不能判斷裂縫的路徑。結(jié)果降低了裂縫確定的準(zhǔn)確性。
根據(jù)本發(fā)明，自動修復(fù)裂縫的方法提供有第一步驟，用于通過處理以寬視野拍照得到的要修理的部件寬視野圖像，得到對裂縫的大體位置的信息，這是裂縫是否存在以及其位置的信息；和第二步驟，用于得到沿裂縫的系列位置的裂縫數(shù)據(jù)，這是沿裂縫有預(yù)定的間隔的各個點處的位置、寬度，和深度的信息，并且是通過處理基于所述的大體位置信息按預(yù)定間隔的分開的各個點上拍照的裂縫的窄視野圖像得到的。
得到了一系列點上的裂縫數(shù)據(jù)之后，按照在系列點上的裂縫數(shù)據(jù)修復(fù)裂縫。例如，首先，按照這系列點上的裂縫數(shù)據(jù)研磨裂縫，然后按照這系列點上的裂縫數(shù)據(jù)焊接裂縫。小斷面法(1ight section method)用于在系列點上得到所述的裂縫數(shù)據(jù)，所述的預(yù)定的間隔是相鄰的拍照點之間的距離，并且在使連接所述的相鄰點之間的線段可以看作是直線線段的范圍內(nèi)確定所述距離。
由于是通過按圖像處理裂縫得到在系列點上的裂縫數(shù)據(jù)，并且通過按照系列點上的裂縫數(shù)據(jù)修復(fù)裂縫而進(jìn)行裂縫的修復(fù)的，所以可以自動地修復(fù)裂縫。
而且，根據(jù)本發(fā)明，用于修復(fù)在所述要修復(fù)的部件中產(chǎn)生的裂縫的自動修復(fù)設(shè)備設(shè)有第一拍照裝置，用于以寬視野拍照所述要修復(fù)的部件以得到其寬視野圖像；圖像處理裝置，用于通過處理所述寬視角圖像得到裂縫的大體位置，這是在要修復(fù)的部件中裂縫是否存在以及其位置的信息；和第二拍照裝置，用于在基于所述的大體位置信息具有預(yù)定間隔的各點，用窄視野拍照狹縫以得到裂縫的窄視野圖像；和所述處理裝置處理所述的窄視野圖像，以通過處理所述的窄視野圖像得到系列點處的裂縫數(shù)據(jù)，這是沿裂縫有預(yù)定的間隔的各個點處的位置、寬度，和深度的信息。
在得到在系列點處的裂縫數(shù)據(jù)之后，按照在該系列點的裂縫數(shù)據(jù)研磨裂縫，然后按照在該系列點的裂縫數(shù)據(jù)焊接裂縫。用小斷面法得到所述的系列點的裂縫數(shù)據(jù)。
在焊接領(lǐng)域所用的小斷面法是公知的。如在日本專利申請公報6-344144中所公開的，在圖6中，標(biāo)號101是焊槍，102是CCD照像機(jī)、103是相對于CCD照像機(jī)102按確定的角度傾斜的激光狹縫燈，105是凹槽面，106是圖像處理裝置，107是監(jiān)視器、108是焊接電極、110是焊接電線、112是焊縫、而114是干涉濾光片。經(jīng)狹縫發(fā)射的激光束的激光狹縫光104與焊線成直角地照射凹槽面105。經(jīng)過與所述激光同樣波長的干涉濾光片由照像機(jī)接收根據(jù)所述凹槽形狀得到的小斷面圖像。凹槽的形狀通過由圖像處理裝置106處理CCD照像機(jī)接收的圖像確定。例如在短的時間間隔上間斷地發(fā)射600-800nm波長的激光狹縫光，并且進(jìn)行圖像處理，以通過從含有激光狹縫光的圖像中衰減不含激光狹縫光的圖像，或者通過進(jìn)行兩個圖像的“異或”運(yùn)算取出只含有激光狹縫光的圖像。
圖2是根據(jù)本發(fā)明自動修復(fù)裂縫的設(shè)備的驅(qū)動機(jī)構(gòu)例。
圖3示出在旋轉(zhuǎn)體的安裝臺與傾斜體安裝臺之間的相對位置關(guān)系。
圖4示出裂縫的拍照位置。
圖5(A)示出裂縫的起點的焊接，圖5(B)示出裂縫的第一中間點的焊接，圖5(C)示出裂縫的第二中間點的焊接，圖5(D)示出裂縫的終止點的焊接。
圖6示意地表示焊接領(lǐng)域的小斷面方法。
圖7(A)是現(xiàn)有技術(shù)的裂縫修復(fù)設(shè)備的方框圖，而圖7(B)是示出從投影圖像的長度確定實際長度的程序的方框圖。
下面舉修復(fù)渦輪機(jī)葉片上產(chǎn)生的裂縫為例說明本發(fā)明，然而本發(fā)明同樣地可以用于修復(fù)并非渦輪機(jī)葉片的部件(要修復(fù)的部件)。
參見

圖1，自動裂縫修復(fù)設(shè)備設(shè)有遙控照像機(jī)11、激光狹縫光發(fā)射部分(激光狹縫傳感器)12、CCD照像機(jī)13、照像機(jī)控制器14、伺服電動機(jī)控制器15、圖像處理裝置16、總控制器17、輸入裝置17a、存儲器18、焊機(jī)19、研磨機(jī)控制器20。進(jìn)行研磨時，總控制器17經(jīng)研磨機(jī)控制器20控制研磨頭(例如，鉛筆式研磨頭，圖中未示)。另一方面，當(dāng)進(jìn)行焊接時，總控制器17經(jīng)焊機(jī)19控制焊頭(圖1中未示)。
參照圖2，焊槍21經(jīng)總控制器17由焊機(jī)19控制，如下文所述。焊槍21安裝在傳送裝置22上并由總控制器17操作以沿X、Y、Z三個方向運(yùn)動，包括經(jīng)伺服控制器15進(jìn)行的擺動運(yùn)動。
在焊槍21附近設(shè)有供線器23，進(jìn)行焊接時，焊接電線由供線器23提供到焊槍21的頂端部。激光狹縫光發(fā)射部分12向葉片的裂縫上發(fā)射激光狹縫光(通過狹縫的激光)。CCD照像機(jī)13沿按相對照射方向成確定角度的傾斜方向接收激光狹縫光，以通過小斷面法捕捉裂縫的孔隙部分，并且接收的光發(fā)送到照像機(jī)控制器14。激光狹縫光發(fā)射部分12與CCD照像機(jī)13一起連接到傳送裝置22。
如圖2所示傳送裝置22框接在平臺221上。一對支承部件22a以確定的距離安裝在平臺221上。伸向確定方向(X方向)的X方向支架22b放在這對支承部件22a上方。
伸向垂直于X方向支架22b的方向的Y方向支架22c沿X方向相對X方向支架22b可移動地安裝，Y方向支架22c本身可以在X方向支架22b上沿Y方向移動。
在圖2的例子中，Y方向支架22c的一端分枝成T形。在T形部分的一個端側(cè)連接在第一Z方向支架22d上，而在T形部分的另一個端側(cè)連接到第二Z方向支架22e上。第一和第二Z方向支架22d和22e可以沿既垂直于X方向支架22b又垂直Y方向支架22c的方向(Z方向)移動。
所述激光狹縫光發(fā)射部分12和CCD照像機(jī)13經(jīng)旋轉(zhuǎn)體22f連接到第一Z方向支架22d上，而所述的焊槍21經(jīng)焊槍旋轉(zhuǎn)部件22g和焊槍擺動部件22h連接到第二Z方向支架22e上。而且，具有用于定位受修復(fù)部件(葉片)的安裝臺24a的安裝座24安裝在平臺221上。安裝臺旋轉(zhuǎn)體24b和安裝臺傾斜體24c設(shè)在安裝座24上，并且由安裝臺旋轉(zhuǎn)體24b和安裝臺傾斜體24c沿三個軸線方向驅(qū)動安裝臺24a，如后文所述。
下面說明如上所述構(gòu)成的自動裂縫修復(fù)設(shè)備的工作。
首先把葉片31，也就是要修復(fù)的部件放在安裝臺21a上。在葉片31、所述旋轉(zhuǎn)體24b，和傾斜體24c之間的位置關(guān)系如圖3所示。然后，識別葉片31中的裂縫的位置、方向、寬度和深度。具體地，多個要修復(fù)的部件的每個的三維信息儲存在存儲器18中，并且，總控制器17根據(jù)輸入裝置17a給出的葉片選擇指令讀取有關(guān)的三維信息，以從存儲器18識別有關(guān)葉片的三維圖像。
總控制器17讓遙控照像機(jī)11能夠經(jīng)照像機(jī)控制器14拍照全部葉片31的照片。把整個葉片31的圖像發(fā)送到圖像處理裝置16，后者通過遮光識別是否存在裂縫和分枝點及其大體位置。通過基于所述的整個圖像的信息進(jìn)行內(nèi)插確定裂縫的大體位置(三維坐標(biāo))。就是說，在圖像處理裝置16中基于遙控照像機(jī)11拍照的照片得到裂縫的信息，包括裂縫是否存在，和分枝點及其大體位置(包括其方向)。把裂縫信息傳送到總控制裝置17。
確定裂縫的大體位置之后，總控制器17讓Y方向支架22c由伺服電動機(jī)(附圖中未示出)經(jīng)伺服電動機(jī)控制器15沿X和Y方向移動以把第一Z方向支架22d定位在安裝臺24a(預(yù)先確定安裝臺24a的位置是)上方。
而且，總控制器17讓第一Z方向支架22d能夠經(jīng)伺服電動機(jī)控制器15基于所述裂縫的大體位置沿三個軸線方向細(xì)調(diào)，并且照像機(jī)控制器14讓照像機(jī)旋轉(zhuǎn)體22f能夠被旋轉(zhuǎn)，從而相對于裂縫的起始點將激光狹縫光發(fā)射部分12和CCD照像機(jī)13定位到確定的位置。即，對激光狹縫光發(fā)射部分12進(jìn)行定位，使激光狹縫光可穿過裂縫的孔隙，并且對CCD照像機(jī)13進(jìn)行定位，使之沿與激光狹縫光以確定的角度傾斜的方向接收激光狹縫光。
然后，總控制器17經(jīng)照像機(jī)控制器14讓激光狹縫光從激光狹縫光發(fā)射部分12發(fā)射，激光狹縫光由CCD照像機(jī)13接收。接收到的光從CCD照像機(jī)13經(jīng)照像機(jī)控制器14作為裂縫圖像送到圖像處理裝置16。由于照像機(jī)23攝取的圖像是用小斷面法攝取的圖像，可以用圖像處理裝置16從所述裂縫圖像識別裂縫的深度。從而用圖像處理裝置16從CCD照像機(jī)攝取的圖像確定裂縫起點的寬度、深度，和位置(坐標(biāo))(以下稱為裂縫的起點數(shù)據(jù))。
然后，總控制器17控制第一Z方向支架22d和照像機(jī)旋轉(zhuǎn)體22f，以按照裂縫的大體位置信息把激光狹縫光發(fā)射部分12和CCD照像機(jī)13移動預(yù)定的距離(間隔)(這個新位置稱為第一中間點)。用小斷面法攝取裂縫的圖像，以確定裂縫在第一中間點的寬度、深度和位置(坐標(biāo))(以下稱裂縫的第一中間點數(shù)據(jù))。
從而通過移動激光狹縫光發(fā)射部分12和CCD照像機(jī)13，并且用小斷面法按裂縫的大體位置信息攝取裂縫的照片，持續(xù)移動并拍照預(yù)定的距離。當(dāng)激光狹縫光發(fā)射部分12和CCD13被移動到第n個中間點時，確定在第n個(n是1和N之間的整數(shù)，而N是等于可大于1的整數(shù))中間點的裂縫的寬度、深度和位置(坐標(biāo))。確定了裂縫的終止點處的的寬度、深度和位置(坐標(biāo))(以下稱之為裂縫的終止點數(shù)據(jù))時裂縫的確定就完成了。
當(dāng)如圖4所示，裂縫具有分枝點B1時，裂縫的確定又從分枝點B1開始進(jìn)行到分枝的終點B2(這由圖中的實箭頭線示出)，這被識別為一個裂縫。
另一方面，拍攝從該分支的起始點B3到該分支的終止點B4的該裂縫的另一個分支，將其識別為另一個裂縫(這由圖中的虛線箭頭表示)。
在裂縫起點、在第n個中間點和在終止點的裂縫信息送到總控制器17，該總控制器17讓存儲器18把每個點的信息儲存為系列點的裂縫數(shù)據(jù)。
對葉片31上的所有裂縫的系列點的裂縫數(shù)據(jù)確定完之后，對每個裂縫進(jìn)行研磨。研磨是基于儲存在存儲器18中的系列點的裂縫數(shù)據(jù)進(jìn)行的。連接相鄰的點的直線的方向在總控制器17中確定。研磨控制器20被控制得讓，例如，鉛筆型研磨頭(圖中未示)能夠按照預(yù)定的研磨程序依據(jù)系列點片的裂縫數(shù)據(jù)研磨裂縫。例如，所述研磨頭連接在第二Z方向支架22e上，控制第二Z方向支架22e，以便使研磨頭按系列點的裂縫數(shù)據(jù)移動以研磨裂縫。
在裂縫研磨完畢之后，進(jìn)行裂縫焊接。研磨是以把研磨頭指向與每個直線段成直角的方向的方式在系列點的每個點進(jìn)行的。
在焊接時，焊槍21和供線器23也是根據(jù)系列點處的裂縫數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的。
在圖5中，假定系列點處的裂縫數(shù)據(jù)含有起點、第一中間點、第二中間點和終止點。首先把焊槍21的頭(焊槍頭)21a指向與起點的直線段成直角，并且對起點進(jìn)行焊接，如圖5(A)所示。類似地分別根據(jù)系列點處的裂縫數(shù)據(jù)對第一中間點A2、第二中間點A3，和終止點A4進(jìn)行焊接，如圖5(B)-圖5(D)所示。根據(jù)裂縫的寬度和深度進(jìn)行所謂的多層焊接。就是說，根據(jù)每個確定的深度進(jìn)行焊接，并且在裂縫深的點進(jìn)行多層焊接。
在以上說明中，遙控照像機(jī)11用于攝取整個葉片31表面的照片，然而，可以用一個照像機(jī)攝取整個葉片31表面的照片，并且采取小斷面法拍照。在此情況下，采用具有調(diào)焦鏡頭的照像機(jī)，并且可以用寬視野和窄視野進(jìn)行拍照。小斷面法拍照用窄視野進(jìn)行。
可以用所謂遮蓋拍照代替小斷面法。在此情況下使用高度傳感器，因為盡管可以用遮蓋拍照確定裂縫的位置和寬度但是不能夠確定狹縫的深度。
在用窄視野拍照狹縫時，從起點經(jīng)第n個中間點至終止點的各點之間的間隔確定得可以把此間隔視為直線。通過這樣地確定間隔，沿裂縫的焊接能夠方便地進(jìn)行。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)修復(fù)葉片之類的要修復(fù)的部件中產(chǎn)生的裂縫時，裂縫的位置從通過寬視野地拍照的要修復(fù)的部件整個表面的照片中以大體位置信息的形式得到，然后用窄視野基于大體位置信息沿裂縫以預(yù)定的間隔拍照裂縫以得到在每一個預(yù)定間隔上的裂縫的位置、寬度和深度，它們組成了系列點的裂縫數(shù)據(jù)，并且基于系列點處的裂縫數(shù)據(jù)修復(fù)裂縫。
從而本發(fā)明產(chǎn)生了可以用良好的準(zhǔn)確性自動地修復(fù)要修復(fù)的部件中產(chǎn)生的裂縫的效果。
權(quán)利要求
1.一種自動修復(fù)裂縫的方法，具有第一步驟，用于通過處理以寬視野拍照得到的要修理的部件寬視野圖像，得到對裂縫的大體位置的信息，這是裂縫是否存在以及其位置的信息；以及第二步驟，用于得到沿裂縫的系列點的裂縫數(shù)據(jù)，這是沿裂縫有預(yù)定的間隔的各個點處的裂縫位置、寬度和深度的信息，并且是通過處理基于所述的大體位置信息按預(yù)定間隔的分開的各個點上拍照的裂縫的窄視野圖像得到的。
2.如權(quán)利要求1所述的自動修復(fù)裂縫的方法，提供按照在系列點上的裂縫數(shù)據(jù)修復(fù)裂縫的第三步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的自動修復(fù)裂縫的方法，所述第三步驟包括按照這系列點上的裂縫數(shù)據(jù)研磨裂縫的第四步驟，和按照這系列點上的裂縫信息焊接裂縫的第五步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的自動修復(fù)裂縫的方法，所述的在系列點上的裂縫數(shù)據(jù)在第二步驟用小斷面法得到。
5.如權(quán)利要求1所述的自動修復(fù)裂縫的方法，所述的預(yù)定的間隔是相鄰的拍照點之間的距離，并且在使連接所述的相鄰點之間的線段可以看作是直線線段的范圍內(nèi)確定所述距離。
6.用于修復(fù)在要修復(fù)的部件中產(chǎn)生的裂縫的自動修復(fù)設(shè)備，設(shè)有第一拍照裝置，用于以寬視野拍照所述要修復(fù)的部件，以得到其寬視野圖像；圖像處理裝置，用于通過處理所述寬視角圖像，得到裂縫的大體位置信息，這是在要修復(fù)的部件中裂縫是否存在以及其位置的信息；以及第二拍照裝置，用于在基于所述的大體位置信息的具有預(yù)定間隔的各點，用窄視野拍照裂縫以得到裂縫的窄視野圖像，所述圖像處理裝置處理所述的窄視野圖像，以通過處理所述的窄視野圖像得到系列點處的裂縫數(shù)據(jù)，這是沿裂縫有預(yù)定的間隔的各個點處的位置、寬度，和深度的信息。
7.如權(quán)利要求6所述的自動修復(fù)裂縫的設(shè)備，設(shè)有修復(fù)裝置，用以基于所述在系列點上的裂縫數(shù)據(jù)進(jìn)行所述裂縫的修復(fù)。
8.如權(quán)利要求6所述的自動修復(fù)裂縫的設(shè)備，所述第二拍照裝置按照小斷面法拍照所述的裂縫。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自動修復(fù)要修復(fù)的部件中產(chǎn)生的裂縫的方法和設(shè)備。用遙控照像機(jī)11寬視野拍照葉片31之類整個表面得到寬視野圖像，然后通過處理所述的寬視野圖像得到葉片表面上的裂縫位置，用作裂縫的大體位置信息。然后用窄視野基于大體位置信息沿裂縫在預(yù)定的間隔上拍照裂縫以得到在預(yù)定間隔上的裂縫的位置、寬度和深度，這組成系列點的裂縫數(shù)據(jù)，并且基于系列點處的裂縫數(shù)據(jù)修復(fù)裂縫。
文檔編號F01D5/00GK1419992SQ0214800
公開日2003年5月28日 申請日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月19日
發(fā)明者北川朋亮, 藤田憲, 綱谷俊彥, 妻鹿雅彥, 竹內(nèi)康 申請人:三菱重工業(yè)株式會社