专利名称：自动修复裂缝的方法和用于此方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动地修复要修复的部件中的裂缝的方法和用于此方法的设备，特别是自动地修复在旋转的机器中的叶片等等中产生的裂缝的方法和用于此方法的设备。
近来已经开发了自动焊接设备。可以通过使用这种自动焊接设备自动地进行焊接。然而，在修理裂缝的情况下，裂缝的状态各不相同，并且难于用自动焊接设备修复裂缝。更加具体地，当通过焊接修复裂缝时，必须按照裂缝的方向、位置、深度等等进行焊接，从而难于用自动焊接设备修复裂缝。因此在叶片等上修复产生的裂缝一直用手工进行，其中，裂缝的位置、宽度、深度等用手识别，研磨裂缝的孔隙，然后在研磨的位置上用手工焊接。
当如上所述通过用手识别裂缝的位置、宽度、深度等，研磨裂缝的孔隙，然后在研磨的位置上用手工焊接手工地修复裂缝时，在修理中需要技术娴熟，另外，应当按照仔细的裂缝检查的结果进行研磨和焊接，从而修理在要修复的叶片之类的部件中产生的裂缝。因此，考虑到裂缝状态的多样性，修复叶片之类的部件中产生的裂缝时不可避免地增加工序数量。
而且由于修理上述裂缝需要技巧，修复的结果取决于焊接工的技能，出现了不能肯定修复了的部件的质量稳定性的问题。
为了克服上述的缺点，例如在日本专利申请公报9-145340中公开了一种发明，用于减少检查时检测裂缝所需要的工时，或者说用于使这些有关燃气轮机叶片步骤自动化。
根据所述的公开，如图7(A)所示，设备含有探测器(照像机)121用于探测裂缝；驱动器122，用于驱动所述的探测器；位置控制器123，用于控制驱动器的位置；图像处理器124，用于处理从探测器输入的定子叶片的表面的图像信息；计算单元125用于通过从处理的图像测量到的长度以确定损伤的程度，诸如最大的裂缝长度、裂缝长度的和等；存储单元126，用于储存定子叶片的形状数据。使用此设备，适当地划分检测的图像，把每个划分点c1、c2、c3...等等的坐标投影到实际形状模型上以确定实际裂缝长度，如图7(B)所示。
然而，在上述技术中，没有把分枝的裂缝的情况考虑在内，并且在用宽视野的方式投影时不能确定裂缝的深度，并且在用窄视野的方式投影时，不能判断裂缝的路径。结果降低了裂缝确定的准确性。
根据本发明，自动修复裂缝的方法提供有第一步骤，用于通过处理以宽视野拍照得到的要修理的部件宽视野图像，得到对裂缝的大体位置的信息，这是裂缝是否存在以及其位置的信息；和第二步骤，用于得到沿裂缝的系列位置的裂缝数据，这是沿裂缝有预定的间隔的各个点处的位置、宽度，和深度的信息，并且是通过处理基于所述的大体位置信息按预定间隔的分开的各个点上拍照的裂缝的窄视野图像得到的。
得到了一系列点上的裂缝数据之后，按照在系列点上的裂缝数据修复裂缝。例如，首先，按照这系列点上的裂缝数据研磨裂缝，然后按照这系列点上的裂缝数据焊接裂缝。小断面法(1ight section method)用于在系列点上得到所述的裂缝数据，所述的预定的间隔是相邻的拍照点之间的距离，并且在使连接所述的相邻点之间的线段可以看作是直线线段的范围内确定所述距离。
由于是通过按图像处理裂缝得到在系列点上的裂缝数据，并且通过按照系列点上的裂缝数据修复裂缝而进行裂缝的修复的，所以可以自动地修复裂缝。
而且，根据本发明，用于修复在所述要修复的部件中产生的裂缝的自动修复设备设有第一拍照装置，用于以宽视野拍照所述要修复的部件以得到其宽视野图像；图像处理装置，用于通过处理所述宽视角图像得到裂缝的大体位置，这是在要修复的部件中裂缝是否存在以及其位置的信息；和第二拍照装置，用于在基于所述的大体位置信息具有预定间隔的各点，用窄视野拍照狭缝以得到裂缝的窄视野图像；和所述处理装置处理所述的窄视野图像，以通过处理所述的窄视野图像得到系列点处的裂缝数据，这是沿裂缝有预定的间隔的各个点处的位置、宽度，和深度的信息。
在得到在系列点处的裂缝数据之后，按照在该系列点的裂缝数据研磨裂缝，然后按照在该系列点的裂缝数据焊接裂缝。用小断面法得到所述的系列点的裂缝数据。
在焊接领域所用的小断面法是公知的。如在日本专利申请公报6-344144中所公开的，在图6中，标号101是焊枪，102是CCD照像机、103是相对于CCD照像机102按确定的角度倾斜的激光狭缝灯，105是凹槽面，106是图像处理装置，107是监视器、108是焊接电极、110是焊接电线、112是焊缝、而114是干涉滤光片。经狭缝发射的激光束的激光狭缝光104与焊线成直角地照射凹槽面105。经过与所述激光同样波长的干涉滤光片由照像机接收根据所述凹槽形状得到的小断面图像。凹槽的形状通过由图像处理装置106处理CCD照像机接收的图像确定。例如在短的时间间隔上间断地发射600-800nm波长的激光狭缝光，并且进行图像处理，以通过从含有激光狭缝光的图像中衰减不含激光狭缝光的图像，或者通过进行两个图像的“异或”运算取出只含有激光狭缝光的图像。
图2是根据本发明自动修复裂缝的设备的驱动机构例。
图3示出在旋转体的安装台与倾斜体安装台之间的相对位置关系。
图4示出裂缝的拍照位置。
图5(A)示出裂缝的起点的焊接，图5(B)示出裂缝的第一中间点的焊接，图5(C)示出裂缝的第二中间点的焊接，图5(D)示出裂缝的终止点的焊接。
图6示意地表示焊接领域的小断面方法。
图7(A)是现有技术的裂缝修复设备的方框图，而图7(B)是示出从投影图像的长度确定实际长度的程序的方框图。
下面举修复涡轮机叶片上产生的裂缝为例说明本发明，然而本发明同样地可以用于修复并非涡轮机叶片的部件(要修复的部件)。
参见
图1，自动裂缝修复设备设有遥控照像机11、激光狭缝光发射部分(激光狭缝传感器)12、CCD照像机13、照像机控制器14、伺服电动机控制器15、图像处理装置16、总控制器17、输入装置17a、存储器18、焊机19、研磨机控制器20。进行研磨时，总控制器17经研磨机控制器20控制研磨头(例如，铅笔式研磨头，图中未示)。另一方面，当进行焊接时，总控制器17经焊机19控制焊头(图1中未示)。
参照图2，焊枪21经总控制器17由焊机19控制，如下文所述。焊枪21安装在传送装置22上并由总控制器17操作以沿X、Y、Z三个方向运动，包括经伺服控制器15进行的摆动运动。
在焊枪21附近设有供线器23，进行焊接时，焊接电线由供线器23提供到焊枪21的顶端部。激光狭缝光发射部分12向叶片的裂缝上发射激光狭缝光(通过狭缝的激光)。CCD照像机13沿按相对照射方向成确定角度的倾斜方向接收激光狭缝光，以通过小断面法捕捉裂缝的孔隙部分，并且接收的光发送到照像机控制器14。激光狭缝光发射部分12与CCD照像机13一起连接到传送装置22。
如图2所示传送装置22框接在平台221上。一对支承部件22a以确定的距离安装在平台221上。伸向确定方向(X方向)的X方向支架22b放在这对支承部件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方向相对X方向支架22b可移动地安装，Y方向支架22c本身可以在X方向支架22b上沿Y方向移动。
在图2的例子中，Y方向支架22c的一端分枝成T形。在T形部分的一个端侧连接在第一Z方向支架22d上，而在T形部分的另一个端侧连接到第二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)移动。
所述激光狭缝光发射部分12和CCD照像机13经旋转体22f连接到第一Z方向支架22d上，而所述的焊枪21经焊枪旋转部件22g和焊枪摆动部件22h连接到第二Z方向支架22e上。而且，具有用于定位受修复部件(叶片)的安装台24a的安装座24安装在平台221上。安装台旋转体24b和安装台倾斜体24c设在安装座24上，并且由安装台旋转体24b和安装台倾斜体24c沿三个轴线方向驱动安装台24a，如后文所述。
下面说明如上所述构成的自动裂缝修复设备的工作。
首先把叶片31，也就是要修复的部件放在安装台21a上。在叶片31、所述旋转体24b，和倾斜体24c之间的位置关系如图3所示。然后，识别叶片31中的裂缝的位置、方向、宽度和深度。具体地，多个要修复的部件的每个的三维信息储存在存储器18中，并且，总控制器17根据输入装置17a给出的叶片选择指令读取有关的三维信息，以从存储器18识别有关叶片的三维图像。
总控制器17让遥控照像机11能够经照像机控制器14拍照全部叶片31的照片。把整个叶片31的图像发送到图像处理装置16，后者通过遮光识别是否存在裂缝和分枝点及其大体位置。通过基于所述的整个图像的信息进行内插确定裂缝的大体位置(三维坐标)。就是说，在图像处理装置16中基于遥控照像机11拍照的照片得到裂缝的信息，包括裂缝是否存在，和分枝点及其大体位置(包括其方向)。把裂缝信息传送到总控制装置17。
确定裂缝的大体位置之后，总控制器17让Y方向支架22c由伺服电动机(附图中未示出)经伺服电动机控制器15沿X和Y方向移动以把第一Z方向支架22d定位在安装台24a(预先确定安装台24a的位置是)上方。
而且，总控制器17让第一Z方向支架22d能够经伺服电动机控制器15基于所述裂缝的大体位置沿三个轴线方向细调，并且照像机控制器14让照像机旋转体22f能够被旋转，从而相对于裂缝的起始点将激光狭缝光发射部分12和CCD照像机13定位到确定的位置。即，对激光狭缝光发射部分12进行定位，使激光狭缝光可穿过裂缝的孔隙，并且对CCD照像机13进行定位，使之沿与激光狭缝光以确定的角度倾斜的方向接收激光狭缝光。
然后，总控制器17经照像机控制器14让激光狭缝光从激光狭缝光发射部分12发射，激光狭缝光由CCD照像机13接收。接收到的光从CCD照像机13经照像机控制器14作为裂缝图像送到图像处理装置16。由于照像机23摄取的图像是用小断面法摄取的图像，可以用图像处理装置16从所述裂缝图像识别裂缝的深度。从而用图像处理装置16从CCD照像机摄取的图像确定裂缝起点的宽度、深度，和位置(坐标)(以下称为裂缝的起点数据)。
然后，总控制器17控制第一Z方向支架22d和照像机旋转体22f，以按照裂缝的大体位置信息把激光狭缝光发射部分12和CCD照像机13移动预定的距离(间隔)(这个新位置称为第一中间点)。用小断面法摄取裂缝的图像，以确定裂缝在第一中间点的宽度、深度和位置(坐标)(以下称裂缝的第一中间点数据)。
从而通过移动激光狭缝光发射部分12和CCD照像机13，并且用小断面法按裂缝的大体位置信息摄取裂缝的照片，持续移动并拍照预定的距离。当激光狭缝光发射部分12和CCD13被移动到第n个中间点时，确定在第n个(n是1和N之间的整数，而N是等于可大于1的整数)中间点的裂缝的宽度、深度和位置(坐标)。确定了裂缝的终止点处的的宽度、深度和位置(坐标)(以下称之为裂缝的终止点数据)时裂缝的确定就完成了。
当如图4所示，裂缝具有分枝点B1时，裂缝的确定又从分枝点B1开始进行到分枝的终点B2(这由图中的实箭头线示出)，这被识别为一个裂缝。
另一方面，拍摄从该分支的起始点B3到该分支的终止点B4的该裂缝的另一个分支，将其识别为另一个裂缝(这由图中的虚线箭头表示)。
在裂缝起点、在第n个中间点和在终止点的裂缝信息送到总控制器17，该总控制器17让存储器18把每个点的信息储存为系列点的裂缝数据。
对叶片31上的所有裂缝的系列点的裂缝数据确定完之后，对每个裂缝进行研磨。研磨是基于储存在存储器18中的系列点的裂缝数据进行的。连接相邻的点的直线的方向在总控制器17中确定。研磨控制器20被控制得让，例如，铅笔型研磨头(图中未示)能够按照预定的研磨程序依据系列点片的裂缝数据研磨裂缝。例如，所述研磨头连接在第二Z方向支架22e上，控制第二Z方向支架22e，以便使研磨头按系列点的裂缝数据移动以研磨裂缝。
在裂缝研磨完毕之后，进行裂缝焊接。研磨是以把研磨头指向与每个直线段成直角的方向的方式在系列点的每个点进行的。
在焊接时，焊枪21和供线器23也是根据系列点处的裂缝数据进行控制的。
在图5中，假定系列点处的裂缝数据含有起点、第一中间点、第二中间点和终止点。首先把焊枪21的头(焊枪头)21a指向与起点的直线段成直角，并且对起点进行焊接，如图5(A)所示。类似地分别根据系列点处的裂缝数据对第一中间点A2、第二中间点A3，和终止点A4进行焊接，如图5(B)-图5(D)所示。根据裂缝的宽度和深度进行所谓的多层焊接。就是说，根据每个确定的深度进行焊接，并且在裂缝深的点进行多层焊接。
在以上说明中，遥控照像机11用于摄取整个叶片31表面的照片，然而，可以用一个照像机摄取整个叶片31表面的照片，并且采取小断面法拍照。在此情况下，采用具有调焦镜头的照像机，并且可以用宽视野和窄视野进行拍照。小断面法拍照用窄视野进行。
可以用所谓遮盖拍照代替小断面法。在此情况下使用高度传感器，因为尽管可以用遮盖拍照确定裂缝的位置和宽度但是不能够确定狭缝的深度。
在用窄视野拍照狭缝时，从起点经第n个中间点至终止点的各点之间的间隔确定得可以把此间隔视为直线。通过这样地确定间隔，沿裂缝的焊接能够方便地进行。
如前所述，根据本发明，当修复叶片之类的要修复的部件中产生的裂缝时，裂缝的位置从通过宽视野地拍照的要修复的部件整个表面的照片中以大体位置信息的形式得到，然后用窄视野基于大体位置信息沿裂缝以预定的间隔拍照裂缝以得到在每一个预定间隔上的裂缝的位置、宽度和深度，它们组成了系列点的裂缝数据，并且基于系列点处的裂缝数据修复裂缝。
从而本发明产生了可以用良好的准确性自动地修复要修复的部件中产生的裂缝的效果。
权利要求
1.一种自动修复裂缝的方法，具有第一步骤，用于通过处理以宽视野拍照得到的要修理的部件宽视野图像，得到对裂缝的大体位置的信息，这是裂缝是否存在以及其位置的信息；以及第二步骤，用于得到沿裂缝的系列点的裂缝数据，这是沿裂缝有预定的间隔的各个点处的裂缝位置、宽度和深度的信息，并且是通过处理基于所述的大体位置信息按预定间隔的分开的各个点上拍照的裂缝的窄视野图像得到的。
2.如权利要求1所述的自动修复裂缝的方法，提供按照在系列点上的裂缝数据修复裂缝的第三步骤。
3.如权利要求2所述的自动修复裂缝的方法，所述第三步骤包括按照这系列点上的裂缝数据研磨裂缝的第四步骤，和按照这系列点上的裂缝信息焊接裂缝的第五步骤。
4.如权利要求1所述的自动修复裂缝的方法，所述的在系列点上的裂缝数据在第二步骤用小断面法得到。
5.如权利要求1所述的自动修复裂缝的方法，所述的预定的间隔是相邻的拍照点之间的距离，并且在使连接所述的相邻点之间的线段可以看作是直线线段的范围内确定所述距离。
6.用于修复在要修复的部件中产生的裂缝的自动修复设备，设有第一拍照装置，用于以宽视野拍照所述要修复的部件，以得到其宽视野图像；图像处理装置，用于通过处理所述宽视角图像，得到裂缝的大体位置信息，这是在要修复的部件中裂缝是否存在以及其位置的信息；以及第二拍照装置，用于在基于所述的大体位置信息的具有预定间隔的各点，用窄视野拍照裂缝以得到裂缝的窄视野图像，所述图像处理装置处理所述的窄视野图像，以通过处理所述的窄视野图像得到系列点处的裂缝数据，这是沿裂缝有预定的间隔的各个点处的位置、宽度，和深度的信息。
7.如权利要求6所述的自动修复裂缝的设备，设有修复装置，用以基于所述在系列点上的裂缝数据进行所述裂缝的修复。
8.如权利要求6所述的自动修复裂缝的设备，所述第二拍照装置按照小断面法拍照所述的裂缝。
全文摘要
本发明提供一种自动修复要修复的部件中产生的裂缝的方法和设备。用遥控照像机11宽视野拍照叶片31之类整个表面得到宽视野图像，然后通过处理所述的宽视野图像得到叶片表面上的裂缝位置，用作裂缝的大体位置信息。然后用窄视野基于大体位置信息沿裂缝在预定的间隔上拍照裂缝以得到在预定间隔上的裂缝的位置、宽度和深度，这组成系列点的裂缝数据，并且基于系列点处的裂缝数据修复裂缝。
文档编号F01D5/00GK1419992SQ0214800
公开日2003年5月28日 申请日期2002年10月18日 优先权日2001年11月19日
发明者北川朋亮, 藤田宪, 纲谷俊彦, 妻鹿雅彦, 竹内康 申请人:三菱重工业株式会社