BRPI0600265B1 - Methods and system for the inspection of manufactured components - Google Patents

Abstract

"método e sistemas para a inspeção de componentes fabricados". são fornecidos métodos e dispositivos para a inspeção de um componente (29). o método compreende receber (408) uma pluralidade de dados de pontos os quais definem o formato do componente, ajustar (410) os dados de pontos recebidos a uma curva a qual define um formato modelo predeterminado, e comparar (412) os dados de pontos recebidos com a curva que define o formato modelo predeterminado para determinar o raio de abertura do componente.

Description

“MÉTODOS E SISTEMA PARA A INSPEÇÃO DE COMPONENTES FABRICADOS” Campo da Invenção [001] Esta invenção se refere em geral a uma inspeção não destrutiva, e mais em particular, à inspeção dimensional de componentes fabricados.

Antecedentes da Invenção [002] As técnicas de inspeção dimensional são empregadas em várias aplicações nas quais é desejada uma avaliação não destrutiva (NDE) da peça obra ou do componente. Ao menos algumas das técnicas de inspeção conhecidas incluem uma inspeção visual ou manual para permitir a determinação da condição de serviço de um componente. Um técnico habilidoso e dotado de conhecimento pode estar apto a declarar a conformidade de um componente em particular para reposição empregando uma inspeção visual ou manual, contudo a inspeção visual ou manual pode não ser acurada o suficiente para os componentes modernos, nem tão pouco passível de repetição em relação à verificação da qualidade. Por exemplo, o raio de abertura do bordo externo do engate em forma de rabo de andorinha de uma palheta de um compressor pode ser pequeno e com amplitude de apenas alguns graus de arco, o qual pode necessitar de uma medição relativa com uma certa precisão para se determinar o raio real.

Descrição da Invenção [003] Em uma forma de realização, é fornecido um método para a inspeção de um componente. O método compreende receber uma pluralidade de dados de pontos os quais definem o formato de um componente, ajustar os dados de pontos recebidos a uma curva que define um formato modelo predeterminado, e comparar os dados de pontos recebidos com a curva que define o formato modelo predeterminado para determinar o raio de abertura do componente.

[004] Em outra forma de realização, é fornecido um sistema de inspeção dimensional. O sistema de inspeção compreende um gabarito configurado para manter o componente em uma posição fixa predeterminada durante a varredura do componente, um profilômetro configurado para traçar um perfil do componente, e um controlador acoplado em comunicação com o profilômetro, o controlador configurado para comparar o perfil traçado com uma curva que define um formato modelo predeterminado para determinar se um raio de abertura do perfil traçado é substancialmente igual a um raio de abertura predeterminado e permitido para o componente.

[005] Em ainda outra forma de realização, é fornecido um programa de computador incorporado em um meio passível de leitura de um computador. O programa de computador compreende um segmento de código que insta o usuário a selecionar uma especificação predeterminada de perfil e então determina a posição inicial de ao menos um entre um eixo de traço ou uma unidade de medição, recebe uma pluralidade de dados de pontos os quais definem o perfil de um componente, determina, empregando a especificação predeterminada de perfil e a pluralidade de dados de pontos, se o perfil do componente é substancialmente igual à especificação predeterminada de perfil, e transmite uma indicação da determinação para ao menos um entre um mostrador e um arquivo de computador passível de leitura.

Breve Descrição dos Desenhos [006] A figura 1 é uma vista esquemática de uma forma de realização de exemplo de um sistema de medição de perfil por calibre.

[007] A figura 2 é uma tela de exemplo de uma saída que pode ser gerada pelo sistema de medição de perfil por calibre mostrado na figura 1 em resposta à medição do calibre de indicação de qualidade.

[008] A figura 3 é uma tela de exemplo de uma saída que pode ser gerada pelo sistema de medição de perfil por calibre mostrado na figura 1 em resposta à medição do contorno de um componente.

[009] A figura 4 é um diagrama de fluxo ilustrando um método de exemplo para avaliar o raio de um componente mostrado na figura 1.

Descrição de Realizações da Invenção [010] Gomo ora empregado* o termo “componente" pode incluir qualquer componente configurado para ser acoplado em um motor de turbina a gás, sendo que o componente pode incluir características dimensionais indicativas do desgaste e/ou de falhas do componente. O engate em forma de rabo de andorinha da palheta de turbina ilustrado tem somente a intenção de exemplificar, e assim não tem a intenção de limitar de qualquer forma a definição e/ou o significado do termo ‘componente’. Ainda mais, e apesar da invenção ser aqui descrita em associação a um motor de turbina a gás, e mais especificamente para uso com um rotor de um motor de turbina a gás, deve ser entendido que a presente invenção é aplicável a outros componentes, tais como os componentes estacionários de um motor de turbina a gás, e os componentes associados com máquinas outras que um motor de turbina a gás. Deste modo, a forma na prática da presente invenção não é limitada aos motores de turbina a gás.

[011] A figura 1 é uma vista esquemática de uma forma de realização de exemplo de um sistema de medição de perfil por calibre 10. O sistema 10 inclui uma base 12 a qual suporta uma coluna 14. A caixa principal 16 está acoplada na coluna 14 de tal forma que a caixa principal 16 pode transladar de forma substancialmente vertical em uma primeira direção, indicada pela flecha 18, e em uma segunda direção, indicada pela flecha 20. A caixa principal 16 inclui um circuito eletrônico para permitir a operação de controle do sistema de calibre 10 e o pré-processamento dos dados. Um braço de suporte 22 é acoplado, de forma deslizante, na caixa principal 16 de tal forma que o braço de suporte 22 possa transladar horizontalmente ao longo do eixo longitudinal 24. Uma agulha 26, acoplada ao braço de suporte 22, pode ser montada de tal forma que esta possa pivotar a fim de que o pontalete 27 da agulha 26 possa traçar uma superfície 28 de uma pela obra ou componente 29 durante o movimento relativo entre a agulha 26 e a superfície 28.

[012] O deslocamento da agulha 26, conforme esta segue a superfície 28, é detectado empregando um transdutor 30 e o sinal de saída do transdutor pode ser transmitido para o equipamento de processamento e arquivamento de dados 32 (por exemplo um computador pessoal) através de um cabo 34 ou de um outro link de comunicação, incluindo dispositivos de comunicação ópticos e sem fio. Os dados indicativos da posição relativa do pontalete 27 da agulha 26 ao longo do componente 29 também podem ser transmitidos para o equipamento de processamento e arquivamento de dados 32 para fornecer os dados indicativos de uma medição de um perfil ou forma de uma superfície do componente 29. Tanto o pontalete 26 quanto a superfície 28, ou ambos, podem ser movidos um com relação ao outro, de tal forma a permitir a geração de um mapa superficial em duas ou em três dimensões, o qual pode então ser apresentado em uma unidade de visualização 36 ou impresso à parte. Na forma de realização de exemplo, um transdutor diferencial variável linear (LVDT) é empregado em combinação com a agulha 26 para detectar a posição do pontalete 27 conforme este traça a superfície 28 do componente 29.

[013] Uma mesa giratória 38, para o suporte do componente 29 sobre um carretei mancalizado a ar de alta precisão, pode ser acoplada diretamente na base 12, ou pode ser acoplada em um suporte comum, tal como um assento de trabalho 40. A mesa giratória 38 pode incorporar um dispositivo de presilha ou um membro retentor o qual pode ser usado para manter o componente 29 em uma posição fixa com relação à agulha 26.

[014] O braço de suporte 22 pode ser montado de forma pivotada dentro da caixa principal 16, de modo a que o braço de suporte 22 possa pivotar ao redor do eixo 23 que se estende em uma direção paralela ao assento de trabalho 40. Por exemplo, em uma forma de realização, o braço de suporte 22 é, de forma geral, horizontalmente pivotado e desta forma é substancialmente perpendicular ao eixo 24.

[015] Em operação, o componente 29, incluindo a superfície 28 cujo perfil deve ser medido, é montado sobre a mesa giratória 38. Na forma de realização de exemplo, o componente 29 é uma palheta de um compressor de um motor de turbina a gás, o qual apresenta um bordo externo aberto de um engate em forma de rabo de andorinha. O raio de abertura do bordo pode ser relativamente pequeno e com amplitude de somente alguns poucos graus de arco. O componente 29 pode ser montado na mesa giratória 38 e sustentado de tal forma que o componente 29 seja mantido em posição com uma altura e uma distância predeterminadas de tal forma que o pontalete 27 possa ser posicionado para contatar a superfície 28. Durante a varredura, o braço de suporte 22 pode ser axialmente retraído desde uma primeira posição de partida, a qual também define a posição de partida para o pontalete 27. Durante a retração do braço de suporte 22, o pontalete 27 traça o contorno da superfície 28. O contato entre o pontalete 27 e a superfície 28 é permitida por ser mantida por um mecanismo de inclinação, tal como, por exemplo, através da gravidade, por uma mola, ou através de qualquer outro membro de inclinação apropriado (não mostrado). Qualquer deslocamento do pontalete 27 a partir de sua posição de partida é detectado pelo transdutor 30 e assim é gerado um sinal de saída correspondente.

[016] A figura 2 é uma tela 200 de exemplo de um sinal de saída que pode ser gerado pelo sistema de medição de perfil por calibre 10 em resposta à medição de um calibre indicador de qualidade (não mostrado). Um calibre indicador de qualidade pode ser usado como um padrão para uma verificação da calibração e/ou da performance do sistema de medição de perfil por calibre 10. Na forma de realização de exemplo, o calibre indicador de qualidade inclui quatro ressaltos sendo que cada qual apresenta um raio diferente com relação aos outros ressaltos. A tela 200 inclui uma área de visualização 202 e um painel de controle 204. O painel de controle 204 pode ser empregado para controlar a apresentação dos dados na área de visualização 202.

[017] Na forma de realização de exemplo, a área de visualização 202 ilustra uma curva 206 de dados de pontos do calibre indicador de qualidade, coletados pelo sistema de medição de perfil por calibre 10. Uma primeira porção 208 da curva 206 é gerada em resposta aos dados coletados a partir do primeiro ressalto do calibre indicador de qualidade. O raio da primeira porção 208 é indicado pela linha 210 e o valor do raio pode ser visualizado na área de visualização 202. Uma segunda porção 212 da curva 206 é gerada em resposta aos dados coletados a partir do segundo ressalto do calibre indicador de qualidade. O raio da segunda porção 212 é indicado pela linha 214 e o valor do raio pode ser visualizado na área de visualização 202. Uma terceira porção 216 da curva 206 é gerada em resposta aos dados coletados a partir do terceiro ressalto do calibre indicador de qualidade. O raio da terceira porção 216 é indicado pela linha 218 e o valor do raio pode ser visualizado na área de visualização 202. Uma quarta porção 220 da curva 206 é gerada em resposta aos dados coletados a partir do quarto ressalto do calibre indicador de qualidade. O raio da quarta porção 220 é indicado pela linha 222 e o valor do raio pode ser visualizado na área de visualização 202.

[018] A figura 3 é uma tela 300 de exemplo de um sinal de saída que pode ser gerado pelo sistema de medição de perfil por calibre 10 em resposta a medição do componente 29. Na forma de realização de exemplo, o componente 29 é uma parte de um engate em forma de rabo de andorinha de uma palheta de um motor de turbina a gás. Em uma forma alternativa de realização, o componente 29 pode ser qualquer componente, ou parte de um componente, que o usuário deseja medir para obter uma informação dimensional. A tela 300 inclui uma área de visualização 302 a qual mostra as informações relativas a operação de um algoritmo de ajuste de curva empregado pelo sistema de medição de perfil por calibre 10. Em várias formas de realização, o algoritmo de ajuste de curva pode ser executado por outro equipamento empregando os dados acessíveis pelo sistema de medição de perfil por calibre 10 através de uma rede, de um meio de comunicação, de um meio de armazenagem de dados ou de outro dispositivo de comunicação de dados. Uma primeira curva CAD 304 define uma especificação de perfil para um formato de um componente 29 traçado pelo sistema de medição de perfil por calibre 10. A curva CAD 304 pode ser armazenada em um banco de dados contendo os dados associados ao componente 29, tais como a especificação para o perfil medido pelo sistema de medição de perfil por calibre 10. Uma curva limite 306 define um limite para o raio máximo do contorno do componente 29 traçado pelo sistema de medição de perfil por calibre 10. Na forma de realização de exemplo, o raio máximo é selecionado como sendo de cerca de 0,015 polegadas (0,038 cm).

[019] A curva 308 mostra os dados recebidos do sistema de medição de perfil por calibre 10 durante a varredura de um componente 29. A curva 308 inclui uma pluralidade de dados de pontos discretos amostrados pelo sistema de medição de perfil por calibre 10, conforme o pontalete 27 traça a superfície 28 do componente 29. Em uma forma de realização de exemplo, um algoritmo interativo de ajuste da curva seleciona uma parte da pluralidade de dados de pontos discretos, tal como quarenta pontos de cada lado de um ponto intermediário selecionado, para o “melhor ajuste” à curva CAD 304. Pode ser calculado um raio de abertura para cada um dos pontos intermediários e o valor do raio de abertura calculado para o ponto intermediário pode então ser combinado, por exemplo, através do cálculo da média de um número que pode ser selecionado entre os valores do raio de abertura do ponto intermediário calculado, para gerar o sinal de saída.

[020] A figura 4 é um diagrama de fluxo de um método 400 de exemplo para a avaliação do raio de um componente, tal como um componente 29 (mostrado na figura 1). O método 400 inclui determinar 400 um plano de inspeção para o componente que está sendo inspecionado, com base ao menos parcialmente no número de peça do componente 29. O plano de inspeção para cada configuração do componente 29 é empregado para gerar a medição. O plano de varredura pode ser usado para controlar o sistema 10 de modo a gerar varreduras em um ou mais locais através do bordo de ataque do engate em forma de rabo de andorinha, por exemplo, em três locais, tais como, um no centro e um em cada um dos lados do centro do lado do engate em forma de rabo de andorinha do bordo de ataque. O plano de varredura determinado pode controlar o sistema 10 de modo a gerar varreduras em um ou mais locais através do bordo de fuga do engate em forma de rabo de andorinha, por exemplo, em três locais, tais como, um no centro e um em cada um dos lados do centro do lado do engate em forma de rabo de andorinha do bordo de fuga.

[021] Dependendo do componente que está sendo inspecionado, o ajuste 404 do sistema 10 pode incluir uma varredura de verificação empregando um calibre indicador de qualidade ou um calibre principal para realizar uma verificação da calibragem do sistema 10. O calibre principal pode ser posicionado no gabarito 37 de tal forma que uma superfície do engate em forma de rabo de andorinha do gabarito principal esteja orientada de forma geral horizontal, de tal modo que o gabarito 37 segure o calibre principal em lados opostos que são substancialmente perpendiculares em relação ao engate em forma de rabo de andorinha. Em uma forma de realização de exemplo, a varredura X-zero é iniciada em aproximadamente 0,030 polegadas (0,076 cm) a partir do vale do engate em forma de rabo de andorinha do calibre principal. A varredura Z-zero é iniciada aproximadamente na profundidade do vale do engate em forma de rabo de andorinha. O incremento na varredura X pode ser selecionado com sendo de um valor predeterminado, por exemplo, 15 micros polegadas (38 micros centímetros). Após o calibre principal ser varrido, é processado um macro de avaliação através do sistema 10 ou de outro processador. Em uma forma de realização de exemplo, e para uma varredura aceitável, a medição do raio deve ser verificada como estando entre aproximadamente 0,002 polegadas (0,005 cm) em relação às medições prévias.

[022] O componente 29 pode ser orientado dentro do gabarito 37, por exemplo, ao longo do eixo Y do sistema 10. O componente 29 pode ser preso ou acoplado, por exemplo, ao longo dos lados do engate em forma de rabo de andorinha empregando o gabarito 37. Um posicionador (não mostrado), por exemplo uma porca, pode ser usado para facilitar o posicionamento do engate em forma de rabo de andorinha, de tal forma que o engate em forma de rabo de andorinha a ser inspecionado seja orientado de forma aproximadamente horizontal.

[023] Após o sistema 10 ser verificado quanto a calibragem, pode ser realizada uma varredura de inspeção 408. O plano de varredura é iniciado com o braço 22 axialmente recolhido enquanto que o pontalete 27 permanece em contato com a superfície 28. O pontalete 27 é deslocado em ângulo de forma a manter o contato com a superfície 2. Os valores para X e Z do braço 22 são medidos e pré-processados pelo sistema 10. É realizada uma avaliação 410 da varredura de inspeção, empregando um algoritmo em software, tal como o software UltraContour. A Avaliação 410 é empregada para gerar o raio do bordo do contorno traçado pelo pontalete 27 durante a varredura de inspeção 408. Durante a avaliação 410, os dados do CAD são extraídos do contorno do componente 29. Os dados do CAD são adaptados para se ajustarem a um comprimento selecionado dos dados de varredura. Os dados de varredura incluem a área do raio máximo do bordo.

[024] Os dados da varredura são capturados com aproximadamente 0,010 polegadas (0,025 cm) antes do raio máximo de bordo para aproximadamente 0,100 polegadas (0,254 cm) além do raio ao longo do comprimento traçado. A avaliação 410 lê nos dados do CAD e nos dados da varredura. Para cada uma das varreduras realizadas no componente 29, os dados da varredura são ajustados aos dados do CAD através de uma interação, por exemplo, de dez vezes. Os dados do CAD são então apagados. O arco ajustado é dimensionado e o valor do raio máximo do bordo é reportado. Na forma de realização de exemplo, são feitas seis medidas (três de cada lado da palheta) e a medição média é reportada 412 como o valor da palheta. Um critério de aprovação para cada componente 29 pode compreender, por exemplo, que a média dos seis raios de bordo possa exceder um valor predeterminado, que o raio médio não possa exceder 100% de uma especificação de projeto, e/ou que nenhum dos valores reportados possa exceder 200% de uma abertura do bordo máximo do projeto.

[025] O efeito técnico das várias formas de realização dos sistemas e dos métodos aqui descritos inclui ao menos uma determinação acurada e passível de repetição das dimensões do componente e a comparação destas dimensões com uma especificação predeterminada para permitir a inspeção e a manutenção dos vários componentes.

[026] Os métodos e os dispositivos supra descritos apresentam um custo efetivo e uma alta confiabilidade em relação à determinação das dimensões, tal como o raio máximo de abertura do componente. Os métodos e dispositivos descrevem ajustes de dados passíveis de repetição empregando um profilômetro, ajustando os dados de varredura coletados a uma curva de especificação, e determinando se os dados da varredura casam com o critério predeterminado para a especificação. Os métodos e os dispositivos supra descritos permitem a fabricação, a montagem e a redução no tempo do ciclo de manutenção dos componentes de uma forma com um custo efetivo e confiável.

[027] É descrito em detalhes uma forma de realização de exemplo do sistema de inspeção do componente. O sistema ilustrado não é limitado pelas formas específicas de realização aqui descritas, mas ao invés, os componentes para cada qual podem ser utilizados de forma independente e separadamente de outros componentes aqui descritos.

[028] Apesar da presente invenção ter sido descrita em termos de várias formas específicas de realização, os peritos na arte irão perceber que a invenção pode ser realizada na prática com modificações e dentro do espírito e escopo das reivindicações.

Reivindicações

Claims (10)

1. Método {400) para a inspeção de um componente (29), dito método caracterizado pelo fato de compreender: receber (408) uma pluralidade de dados de pontos os quais definem o formato do componente; ajustar (410) os dados de pontos recebidos a uma curva a qual define um formato modelo predeterminado por meio de um algoritmo de ajuste iterativo que compreende as etapas de - selecionar o formato modelo predeterminado apresentando a especificação dos dados de pontos a qual define um perfil desejado para o componente; - ajustar os dados de pontos recebidos a uma curva por meio de um algoritmo de ajuste de curva; - determinar iterativamente os pontos intermediários da pluralidade de dados de pontos; - determinar iterativamente o raio de abertura de cada um dos portos intermediários; e comparar {412) os dados de pontos recebidos com a curva que define o formato modelo predeterminado para determinar se o raio de abertura do componente é igual ao raio do bordo externo da abertura do modelo predeterminado especificado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual receber uma pluralidade de dados de pontos compreende receber uma pluralidade de dados de pontos os quais definem o raio do bordo externo da abertura do componente (29).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual receber uma pluralidade de dados de pontos compreende receber uma pluralidade de dados de pontos de uma varredura do componente empregando um profilômetro de contato (30).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual ajustar os dados de pontos recebidos a um formato modelo predeterminado compreende ainda, ajustar a curva definida pelos pontos de dados recebidos com os pontos de dados da especificação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato no qual ajustar os dados de pontos recebidos a um formato modelo predeterminado ainda compreende: determinar o raio máximo de bordo para os dados de pontos recebidos; e ajustar um arco aos dados de pontos recebidos entre um início do raio de bordo máximo e o final do raio de bordo máximo.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato no qual determinar o raio de abertura do componente compreende determinar o raio de abertura do arco ajustado.

7. O método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender enviar o raio de abertura a pelo menos um entre um mostrador (36) e um arquivo de computador passível de leitura.

8. Sistema de inspeção dimensional (10), caracterizado pelo fato de compreender meios para executar as etapas do método de qualquer das reivindicações 1 a 7: um gabarito (37) configurado para manter um componente (29) em uma posição fixa e predeterminada durante a varredura do componente; um profilômetro (30) configurado para traçar o perfil do componente; e um controlador (32) acoplado em comunicação a dito profilômetro, dito controlador configurado para comparar o perfil traçado com uma curva (304) a qual define um formato modelo predeterminado, para determinar se o raio de abertura do perfil traçado é substancialmente igualo raio de abertura definido e predeterminado do componente.

9. Sistema de inspeção dimensional, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato no qual dito profilômetro compreende: um pino de contato (27) configurado para manter o contato ao longo da superfície (28) do componente (29); um eixo de traço (26) compreendendo uma extremidade distai acoplada a dito pino de contato, e uma extremidade em pivô, dito eixo de traço sendo configurado para pivotar ao redor do eixo pivô (23) em dita extremidade em pivô; uma unidade de medição (30) acoplada de forma rotatória a dito eixo pivô, dita unidade de medição sendo configurada de modo a gerar um sinal de saída indicativo de uma quantidade de rotação de dito eixo de traço, dita unidade de medição sendo configurada para transladar dito eixo pivô em uma direção no plano de rotação de dito eixo de traço.

10. Sistema de inspeção dimensional, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato no qual dito controlador compreende um processador (32) programado para controlar a translação de dito eixo pivô durante a varredura.