CN108344372B - 制作和监测具有一体式应变指示器的部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制作和监测具有一体式应变指示器的部件的方法。一种制作部件的方法包括形成所述部件，所述部件包括内部体积和外表面。所述方法进一步包括在所述部件上形成多个基准标记，其中所述多个基准标记中的每一个是界定于所述部件中的凹陷部。所述多个基准标记位于所述部件的分析区域中。

Description

制作和监测具有一体式应变指示器的部件的方法
技术领域
本发明大体上涉及用于制作和监测具有一体式应变指示器(integral strainindicators)的部件的方法。
背景技术
贯穿各种工业应用，设备部件会经历多种极端条件(例如，高温、高压、较大应力负荷等)。随时间推移，设备的个别部件可能遭受蠕变和/或变形，这些蠕变和/或变形可能缩减部件的使用寿命。这种问题可能与例如一些涡轮机相关。
涡轮机广泛应用于发电和航天发动机等领域。例如，传统燃气涡轮系统包括压缩机段、燃烧室段和至少一个涡轮段。压缩机段被配置成当工作流体(例如，空气)流过压缩机段时压缩工作流体。压缩机段将高压压缩的工作流体供应到燃烧室，其中高压工作流体与燃料混合并且在燃烧腔室中燃烧以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体沿着热气路径流入涡轮段。涡轮段通过从燃烧气体提取能量来利用燃烧气体产生功。例如，燃烧气体在涡轮段中的膨胀可以使轴旋转从而为压缩机、发电机和其它各种负荷供能。
在涡轮机操作期间，涡轮机内的各种部件且尤其是沿着热气路径的例如在涡轮机的涡轮段内的涡轮叶片等部件可能由于高温和应力而经历蠕变。对于涡轮叶片，蠕变可能导致叶片的部分或整个叶片伸长，使得叶片尖端接触固定(stationary)结构，例如涡轮机壳，并且潜在地导致操作期间的非所需振动和/或性能降低。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。
根据本发明的一个实施例，提供一种制作具有一体式应变指示器的部件的方法。所述方法包括形成部件，所述部件包括内部体积(internal volume)和外表面(outersurface)。所述方法进一步包括在部件上形成多个基准标记(fiducial markers)，其中所述多个基准标记中的每一个是界定于部件中的凹陷部(depression)。所述多个基准标记位于部件的分析区域(analysis region)中。
在一些实施例中，分析区域界定标距长度(gauge length)，并且所述多个基准标记中的每一个具有介于所述标距长度的十分之一与二十分之一之间的最大直径。
其中，所述分析区域包括所述部件的寿命受限区域(life-limiting region)。
其中，所述形成所述多个基准标记的步骤在所述形成所述部件的步骤期间进行。
其中，所述形成所述多个基准标记的步骤在所述形成所述部件的步骤之后进行。
其中，在所述部件的所述外表面上形成所述多个基准标记。
其中，所述部件包括界定所述内部体积的基底部件(base component)，以及沉积在所述基底部件上的界定所述外表面的热障涂层，并且其中所述多个基准标记形成在所述基底部件上。
其中，所述多个基准标记包括呈非线性图案的至少四个基准标记。
其中，所述多个基准标记中的每个基准标记部分地界定球形表面(sphericalsurface)。
其中，所述分析区域的所述标距长度介于十分之三英寸与一英寸之间。
其中，所述分析区域的所述标距长度为至少二十毫米。
其中，每个基准标记具有介于百分之二英寸与百分之十二英寸之间的最大直径以及千分之一英寸与千分之三十英寸之间的最大深度。
根据本发明的另一实施例，一种制作具有一体式应变指示器的部件的方法，所述方法包括：形成所述部件，所述部件包括内部体积和外表面；以及在所述部件上形成多个基准标记，其中所述多个基准标记中的每一个是界定于所述部件中的凹陷部，并且其中所述多个基准标记位于所述部件的分析区域中。
其中，所述分析区域界定标距长度，并且其中所述多个基准标记中的每一个具有介于所述标距长度的十分之一与二十分之一之间的最大直径。
其中，所述分析区域包括所述部件的寿命受限区域。
根据本发明的另一实施例，提供一种监测部件的方法。所述部件包括内部体积和外表面。所述方法包括：初始测量(initially measuring)在部件的一部分上形成的多个基准标记，其中所述多个基准标记中的每一个是界定于部件中的凹陷部；以及基于初始测量创建部件的三维模型。所述方法进一步包括使部件经历至少一个工作循环。所述方法进一步包括在至少一个工作循环之后后续测量(subsequently measuring)所述多个基准标记，并且基于后续测量创建部件的三维模型。所述方法进一步包括将基于初始测量的三维模型与基于后续测量的三维模型进行比较。
其中，基于所述初始测量的所述部件的所述三维模型包括每个基准标记的初始位置的表示，基于所述后续测量的所述部件的所述三维模型包括每个基准标记的后续位置的表示，并且所述比较的步骤包括将所述多个基准标记的所述初始位置与所述多个基准标记的所述后续位置进行比较。
其中，每个基准标记的所述初始位置的所述表示包括每个基准标记的图心的三维坐标，并且每个基准标记的所述后续位置的所述表示包括每个基准标记的所述图心的三维坐标。
其中，使用非接触式直接测量技术初始地且后续地直接测量所述多个基准标记。
其中，使用包括结构光(structured light)发射器和检测器的结构光扫描器初始地且后续地直接测量所述多个基准标记。
其中，所述初始测量的步骤包括将结构光投射到所述部件的所述外表面上并在所述结构光被所述外表面反射之后检测所述结构光，并且所述后续测量的步骤包括将结构光投射到所述部件的所述外表面上并在所述结构光被所述外表面反射之后检测所述结构光。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的一般技术人员来阐述本发明的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1是根据本发明的实施例包括多个基准标记的示例性部件的透视图；
图2是根据本发明的实施例在部件上形成的多个基准标记的局部截面视图；
图3是根据本发明的其它实施例在部件上形成的多个基准标记的局部截面视图；
图4是根据本发明的实施例用于监测部件应变的系统的透视图；
图5是根据本发明的实施例的多个基准标记的顶视图；
图6是根据本发明的实施例的多个基准标记的顶视图；
图7是根据本发明的实施例在第一时间的示例性基准标记的顶视图；
图8是根据本发明的实施例图7的基准标记在第二时间的截面视图；
图9是示出根据本发明的实施例的制作部件的方法的流程图；以及
图10是示出根据本发明的实施例用于监测部件变形的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，在图中说明本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本发明而非限制本发明而提供。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改及变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化属于所附权利要求书和其等效物的范围内。
参考图1，示出示例性部件10，所述部件具有在所述部件的外表面14上形成的多个基准标记12。部件10可以是在各种不同应用中使用的多种类型部件的任何类型部件，例如，用于高温应用的部件(例如，包含镍基或钴基超合金的部件)。在一些实施例中，部件10可以是工业燃气涡轮或蒸汽涡轮部件，例如燃烧部件或热气路径部件。在一些实施例中，部件10可以是涡轮叶片(blade)、压缩机叶片、轮叶(vane)、喷嘴、防护罩、转子、过渡连接件或机壳。在其它实施例中，部件10可以是涡轮的任何其它部件，例如燃气涡轮、蒸汽涡轮等等的任何其它部件。在一些实施例中，部件可以是非涡轮部件，包括但不限于汽车部件(例如，轿车、卡车等)、航空部件(例如，飞机、直升飞机、航天飞机、铝质零件等)、机车或铁路部件(例如，火车、火车轨道等)、结构、基础设施或土木工程部件(例如，桥梁、建筑物、建造设备等)，和/或发电设备或化学处理部件(例如，在高温应用中使用的管道)。
如例如图1所示，示例性部件10具有外表面14，基准标记12位于所述外表面上。图1的示意性实施例中所示的实例部件10是涡轮部件，更确切地说，是涡轮叶片。当然，如上文所描述，部件10可以是各种另外或替代的部件。基准标记12是各自具有长度L和宽度W(见图5)的一般可识别目标。如本发明所论述，根据本发明的基准标记12是界定于部件10中的凹陷部。因此，基准标记12可以各自进一步具有延伸到部件中的深度D(见图2)。
如例如图1到2所示，示例性部件10具有由第一材料形成的内部体积15。在内部体积15中可以界定各种冷却通道(未示出)。在一些实施例中，例如当部件10是涡轮叶片或其它涡轮部件时，用于内部体积15的适当的材料可以包括高性能镍基超合金，例如GTD-111、GTD-141、GTD-444、R108、INCONELTM738，或单晶N4和N5。或者，可以利用其它适当的金属或其它材料。
部件10可以例如包括基底部件60。基底部件60可以包括内部体积15。在一些实施例中，基底部件60可进一步包括外表面14。因此，在这些实施例中，外表面14可以由所述第一材料形成。或者，如图2和3所示，部件10的一个或多个额外层可以包含在基底部件60上。例如，热障层62可以设置在基底部件上。热障层62可以包括外表面14。用作热障层62的适当的材料可以包括例如氧化钇稳定氧化锆(“YSZ”)或具有低热导率的适当的陶瓷基成分。值得注意的是，在一些实施例中，在热障层62与基底部件60之间可以设置额外层，例如接合层。用作接合层的适当的材料可以包括例如GE33、GE55、凝胶铝化合物、GT21、GT29或GT33。
如图2和3所示，根据本发明的基准标记12是界定于部件中的凹陷部。因此，基准标记12朝内延伸到部件中。在一些实施例中，如图2所示，基准标记12可以界定于外表面14中。或者，基准标记12可以界定于部件10内。例如，如图3所示，基准标记12可以形成于基底部件60上并且因此界定于基底部件60中。
现在参考图1到6，基准标记12位于部件10的外表面14的部分18上。在示例性实施例中，提供至少两个分散的标记(例如，12a和12b)，使得可以在所述至少两个标记12a与12b之间测量距离D。如所属领域的技术人员应了解的，这些测量可以帮助确定部件10的所述区域处的应变量、应变率、蠕变、疲劳、应力等。取决于具体部件10，只要可以测量其间的距离DI，至少两个分散的标记12a和12b就可以设置在各种距离和各种位置处。
基准标记12可以具有任何适当的形状，例如点、线、圆形、矩形或任何其它几何或非几何形状，只要基准标记12可一致地识别并且可以用于测量其间的距离DI。例如通过结合各种不同形状、大小和定位的基准标记12，基准标记12可以形成各种不同的配置和横截面。例如，每个基准标记12可以包括匹配的或唯一的形状。在一些实施例中，每个标记12可以界定与另一基准标记相同的(即，匹配的)或唯一的环形形状、矩形形状或线性形状。
如所论述，基准标记12是界定于部件10中的凹陷部(depressions)。可以利用各种适当的方法在部件10上形成基准标记12。例如，在一些实施例中，可以在形成部件10期间形成基准标记12，部件10可以例如使用适当的浇铸工艺或其它适当的制造工艺形成。或者，可以在形成部件10之后使用适当的减材技术形成基准标记12。此类技术的实例包括激光去除，蚀刻等。
在示例性实施例中，形成基准标记12的适当的方法包括并不影响部件10的颗粒结构的方法。例如，在实践中可以证实，通过测试件或样本的显微镜分析，例如使用电子扫描显微镜，部件10的颗粒结构并未受影响。另外，形成基准标记12的方法当并不会在部件10中形成应力梯级时此类方法根据本发明可以是适当的。
作为形成的结果，基准标记12与部件10一体地结合，以便减少或最小化基准标记12独立地或超出(in excess of)部件10的移动。因此，根据本发明的基准标记12是部件10的一体式无源应变指示器。此外，基准标记12在部件10上的直接形成可以增加耐久性，并降低随时间推移适当的测量装置将无法测量标记12的风险。
在一些实施例中，在其上形成基准标记12的外表面14的部分可以是部件10的外表面14上的分析区域18。在此类实施例中，分析区域18的主要尺寸界定分析区域18的标距长度G。在包括具有标距长度G的分析区域18的一些实施例中，基准标记12可以各自具有最大直径MD(图5)，并且每个基准标记12的最大直径MD可以介于标距长度G的八分之一与二十五分之一之间，例如十分之一与二十分之一之间。在各种实施例中，分析区域18的标距长度G可以介于十分之二英寸(0.2″)与一又十分之二英寸(1.2″)之间，例如十分之三英寸(0.3″)与一英寸(1.0″)之间。在各种示例性实施例中，标记12的最大直径MD可以介于百分之一英寸(0.01″)与百分之十五英寸(0.15″)之间，例如百分之二英寸(0.02″)与百分之十二英寸(0.12″)之间。在一些示例性实施例中，标距长度G可以是十分之三英寸(0.3″)，并且标记12的最大直径MD可以介于千分之十五英寸(0.015″)与百分之三英寸(0.03″)之间。应理解，一个基准标记12的最大直径MD可以不同于其它基准标记12的最大直径MD，例如最大直径MD可以全部在相同范围内但不一定彼此相等。值得注意的是，相对于标记12的大小标记12之间的相对较大距离可以通过避免或减少标记12的变形对由部件10上的应力和/或应变引起的测得改变的影响而有利地提供部件10自身上应变的相对精确表示。
如上所述，在一些实施例中，基准标记12可以具有深度D(见图2和3)。还如上所述，在某些示例性实施例中，部件10可以是涡轮叶片或其它适当的空气动力部件。有利的是，在这些实施例中，基准标记12的大小和凹陷性质优选地足够小以不会影响部件的空气动力，同时还足够大以如本说明书所论述地进行测量。因此，在此类示例性实施例中，基准标记12的深度D可以介于千分之一英寸(0.001″)与千分之三十英寸(0.030″)之间，例如在千分之三英寸(0.003″)与千分之二十五英寸(0.025″)之间，例如在千分之六英寸(0.006″)与千分之二十英寸(0.020″)之间，例如在千分之八英寸(0.008″)与千分之十五英寸(0.015″)之间。
如下文更详细地论述，各种实施例包括使用三维数据采集装置直接测量多个基准标记12，例如使用光扫描器24(图4)。在一些实施例中，光扫描器24或其它适当的装置可以具有一定视场(field of view)，即所述装置在单幅图像或单次扫描(pass)中能捕捉的最大面积延伸(maximum areal extent)。在此类实施例中，分析区域18的标距长度G可以优选地是视场最长尺寸的至少三分之一(1/3)，例如，当视场是椭圆形时，视场最长尺寸是由视场界定的椭圆的主轴。例如，如将在下文更详细地论述，在一些实例实施例中，光扫描器24可以是结构光扫描器，并且此类扫描器的示例性实施例可以具有六十毫米(60mm)的视场。在此类实施例中，分析区域18的标距长度G可以是至少二十毫米(20mm)。此外，在此类实施例中，扫描器24或其它适当的装置的视场可以提供分析区域18的大小的上限，例如，分析区域18可以被设定大小使得所有多个基准标记12可以容纳或适合在视场内。
基准标记12可以位于各种部件上的各种位置中的一个或多个位置中。例如，如上文所论述，基准标记12可以位于涡轮叶片、轮叶、喷嘴、防护罩、转子、过渡连接件或机壳上。在此类实施例中，基准标记12可以被配置在已知在单元操作期间经受各种力的一个或多个位置中，例如在翼型件、平台、尖端或任何其它合适的位置上或接近所述位置。此外，基准标记12可以沉积在已知经受高温的一个或多个位置中。例如，基准标记12可以位于热气路径中和/或燃烧部件10上。在一些实施例中，分析区域可以包括部件的寿命受限区域，例如，高应力或高蠕变区域和/或具有紧密容差或狭窄间隙的区域。例如，在其中部件10是燃气涡轮发动机的涡轮叶片的实施例中，在涡轮叶片与在叶片外部部分处或其附近的涡轮机机壳之间可能存在狭窄间隙。因而，叶片外部部分可能为寿命受限，这由于所述部分的变形可能潜在地导致机壳干扰叶片的旋转。在其它实施例中，分析区域18可以包括基本上部件10的整个外表面14。此类实施例可以允许任选地检测跨选择性可变子部分(例如，两个邻近的标记12之间的区域)的局部应变，和/或检测跨部件10的整体应变。
可以在部件10的外表面14上以任何合适的数目和布置设置多个基准标记12。提供至少四个基准标记12可以有利地允许测量和分析全部应变部件，即，所有三个应变部件。例如，提供至少四个基准标记12可以有利地允许进行2D应变场(strain field)测量和分析，并且提供至少七个基准标记12可以有利地允许进行3D应变场测量和分析。在各种示例性实施例中，可以沿着规则网格(regular grid)布置多个基准标记12，例如，使得多个标记12界定矩形形状。在至少一个替代实施例中，可以线性样式或其它规则图案布置基准标记12。在其它替代实施例中，可以非线性图案布置多个基准标记12和/或多个基准标记12可以界定不规则的形状。可能存在此类实施例的各种组合，例如，可以提供并布置四个标记以形成矩形或直线，或可以非线性的图案提供四个基准标记。此类实例仅是出于说明的目的而非限制。在各种实施例中，可以提供任何合适数目和布置的基准标记12。
在各种实施例中，有可能基于其上的若干点中的任何点测量基准标记之间的距离和/或界定基准标记的位置，例如，可以使用基准标记边缘或外表面上的点，例如最高点。在一些实施例中，基准标记可以是或接近于球体的一部分，例如半球，例如，多个基准标记中的每个基准标记可以部分地界定球形表面。在此类实施例中，出于分析的目的，基准标记12的图心(centroid)120(图7和8)或质量中心可以用于界定基准标记12的位置。在一些此类实施例中，用于分析目的的基准标记12的图心120可以是由例如半球形基准标记的物理几何结构界定的实际图心。在其它示例性实施例中，根据由基准标记12界定的不完全球体，例如半球体，图像处理器26可以计算或导出完整球体13的图心120。也就是说，在本说明书所阐述的一些示例性监测方法中用于分析目的的基准标记的图心可以是虚拟图心，例如球体的图心，其中基准标记界定球体的一部分。见例如图2，其中基准标记12界定球体13的约一半，由虚线指示的球体13的其余部分从外表面14延伸。
根据本发明的图心是可能是二维或三维区域的区域的几何中心，并且因此是所述形状中的所有点的算术平均或平均位置。在示例性实施例中，可以通过使用成像装置24和处理器26定位图心。在分析例如基准标记的图像时，处理器26可以计算并因此定位基准标记的图心，如上文所论述，所述图心可以是物理图心或虚拟图心。
将基准标记12的图心用作距离测量的参照点可以有利地减少或最小化因标记12的变形而导致的误差。例如，图7示出在初始条件下的示例性基准标记12，例如在制造时；图8示出在后续条件下图7的基准标记12，例如在标记12位于其上的部件10已经历至少一个工作循环(duty cycle)之后。在此实例中，标记12的边缘上的点与邻近的标记上的另一点之间的距离可能仅仅因为标记12的形状改变而改变，因此，替代或除了部件10的任何变形，沿着标记12的边缘或周界的点由于标记12的变形而移位。相比而言，图心120的位置相较于沿着标记12的边缘的点的位置保持相对恒定，并且因此，通过基于图心120界定每个标记12的位置以及标记之间的距离，可以获得部件10的变形的更真实图片。在图7和8中，在参考彼此正交的轴线50、52的坐标系中界定图心120的位置，所述彼此正交的轴线可以是X轴、Y轴或Z轴中的任何两个，如在下文描述及在图4中示出。在进一步示例性实施例中，可以在参考所有三个X轴、Y轴和Z轴的三维坐标系中界定图心120的位置。
现在参考图1到6，示出用于监测部件变形的系统的示例性实施例。根据本发明的此类系统可以通过沿着三条轴线(通常称为X轴、Y轴和Z轴且彼此正交)测量基准标记12而促使改进局部和/或整体应变分析。可以在系统23测量每个标记的相对位移并由此测量如图5所示部件10的变形时在每个平面中追踪基准标记12的移动M(图6)。如上文所论述，系统23可以包括例如位于一个或多个部件的外表面14上的多个基准标记12。此外，系统23可以包括用于分析基准标记12的三维数据采集装置24，例如在示例性实施例中的光扫描器24(图4)，以及与所述三维数据采集装置进行操作性通信的处理器26。
一般来说，如本说明书所使用，术语“处理器”不仅表示在本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且表示控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。处理器26还可以包括用于从处理器26与其进行通信的各种其它部件接收输入并发送控制信号到所述各种其它部件的各种输入/输出通道，所述各种其它部件例如是三维数据采集装置24。处理器26可进一步包括适当的硬件和/或软件，用于存储和分析来自三维数据采集装置24的输入和数据，并且用于总体地执行如本说明书所描述的方法步骤。
值得注意的是，处理器26(或其部件)可以整合在(integrated)光数据采集装置24内。在另外或替代的实施例中，处理器26(或其部件)可以与数据采集装置24分离。在示例性实施例中，例如，处理器26包括整合在数据采集装置24内用于初始地处理数据采集装置24所接收到的数据的部件，以及与数据采集装置24分离用于测量基准标记12和/或根据数据组合同时存在的(contemporary)三维轮廓(profiles)并比较这些轮廓的部件。
一般来说，处理器26能用于沿着X轴、Y轴和Z轴直接测量基准标记12，以获得X轴数据点、Y轴数据点和Z轴数据点，并且创建表面14的拓扑结构的精确3D数字复制。如所论述的，所述轴线彼此正交。X轴数据点、Y轴数据点和Z轴数据点是与基准标记12的直接测量相关的维度数据点(dimensional data points)。处理器26可以进一步可操作用于定位每个基准标记12的图心120，例如，确定表示图心120的位置的三维坐标。通过在各个时间扫描部件10，例如，在蠕变(creep)、疲劳(fatigue)和过载(overloads)等变形事件之前和之后扫描部件10，可以例如监测部件10的应力(stress)和/或应变(strain)。数据采集装置24可操作用于执行部件10的单次三维测量，因此不需要或不执行复合测量。部件10的单次三维测量产生三维数据并且允许三维应变分析。此类三维数据的示例性实施例可以包括三维点云内的多边形网格数据，包括由彼此正交的X、Y和Z轴界定的三维空间中的图心坐标。此类三维数据接着可输入到变形分析算法以计算区域表面应变。
一般来说，可以利用能使用表面计量技术以三维形式获得直接测量的任何适当的三维数据采集装置24。在示例性实施例中，装置24是利用非接触式表面计量技术的非接触式装置。此外，在示例性实施例中，根据本发明的装置24沿着X轴、Y轴和Z轴具有大致100纳米与大致100微米之间的分辨率。因此，并且根据示例性方法，以大致100纳米与大致100微米之间的分辨率获得X轴数据点、Y轴数据点和Z轴数据点。
例如，在一些实施例中，可以利用以三维形式光学地识别基准标记12的适当的光扫描器24。图4示出根据本发明的光扫描器24的示例性实施例，其中所述扫描器是结构光扫描器。结构光扫描器一般从所包括的发射器发射光28，所述发射器例如是发光二极管30或其它适当的光生成设备。在示例性实施例中，结构光扫描器所利用的发射光28是蓝光或白光。一般来说，发射光28一般以特定图案投射到基准标记12和部件10上。当光28接触基准标记12和部件10时，部件和基准标记12的表面外形(contour)会扭曲光28。这种扭曲可以在结构光被外表面反射之后通过检测器例如以摄像头32获取的图像的形式捕捉到。通过例如处理器26接收接触基准标记12(和周围的外表面14)的光28的图像。处理器26接着基于接收到的图像通过例如比较光图案中的扭曲与预期图案来计算X轴数据点、Y轴数据点和Z轴数据点。值得注意的是，在示例性实施例中处理器26操作此类光扫描器24以执行各个以上公开的步骤。
或者，可以利用其它适当的数据采集装置。例如，在一些实施例中，装置24是激光扫描器。激光扫描器一般包括以朝向对象的激光束的形式发射光的激光器，所述对象例如在这些实施例中一般是基准标记12和涡轮部件10。接着通过装置24的传感器检测光。例如，在一些实施例中，光接着从其接触的表面反射回来，并且通过装置24的传感器接收。利用光到达传感器的往返时间(round-trip)来确定沿各个轴线的测量值。这些装置通常被称为飞行时间(time-of-flight)装置。在其它实施例中，传感器在光所接触的表面上检测光，并且基于光在传感器的视场中的相对位置确定测量值。这些装置通常被称为三角测量装置。如所提及，接着基于检测到的光计算X轴、Y轴和Z轴数据点。值得注意的是，在示例性实施例中，处理器26执行并操作此类数据采集装置24以执行各个以上公开的步骤。
在一些实施例中，激光器所发射的光在仅足够宽以从待测量对象的一部分反射回的频带中发射，所述待测量对象的部分例如是多个基准标记12。在这些实施例中，可以按照需要利用步进式电机或用于移动激光器的其它适当的机构来移动激光器和发射的频带，直到光已经从整个待测量对象反射回来。
再者，可以利用其它适当的三维数据采集装置24。然而，或者，本发明不限于使用三维数据采集装置24。例如，并且尤其在其中基准标记并非设置在外表面14上而是在外表面下方的实施例中，其它适当的装置包括电场扫描器(electrical field scanners)，所述电场扫描器可以包括例如涡电流线圈、霍耳效应探针、电导探针和/或电容探针。
现在参考图9，其示出制作具有一体式应变指示器的部件的示例性方法200。方法200包括步骤210，所述步骤210形成具有内部体积和外表面的部件10。方法200进一步包括步骤220，所述步骤220在部件上形成多个基准标记。如上所论述，每个基准标记12可以是界定于部件10中的凹陷部。
现在参考图10，示出监测部件的示例性方法300，所述部件包括内部体积以及外表面。在示例性实施例中，此类方法300可以完全或部分地由如本发明所论述的处理器26执行。方法300可以包括步骤310，所述步骤310在部件10上形成多个基准标记12。方法300包括步骤320，所述步骤320初始地测量多个基准标记12，例如使用三维数据采集装置24直接测量。方法300进一步包括步骤330，所述步骤330例如使用如本发明所论述的X轴、Y轴和Z轴数据点基于初始测量创建部件10的三维模型。此类步骤可以在第一时间进行。方法300进一步包括步骤340，所述步骤340使部件10经历至少一个工作循环，其可以在第一时间之后进行。例如，对于涡轮部件，可能在涡轮机使用时或其它操作时存在工作循环。或者，一般可以通过在为部件10设计使用的环境中使用部件10来实现工作循环。方法300进一步包括步骤350，所述步骤350在至少一个工作循环之后(以及在第一时间之后的第二时间)后续(或接着)测量多个基准标记12，例如使用三维数据采集装置24进行直接测量。方法300进一步包括步骤360，所述步骤360例如使用如本发明所论述的X轴、Y轴和Z轴数据点基于后续测量创建部件10的三维模型。方法300进一步包括步骤370，所述步骤370将基于初始测量的三维模型与基于后续测量的三维模型进行比较。
在一些实施例中，基于初始测量的部件10的三维模型还可以包括每个基准标记12的初始位置的表示，例如，如上文所描述，表示图心120在由X、Y和Z轴界定的三维空间中的位置的三维坐标。基于后续测量的部件的三维模型的一些实施例还可以包括每个基准标记的后续位置的表示，其可以是类似于每个基准标记的初始位置的表示的三维图心坐标。此外，在方法300的此类实施例中，步骤370的比较可以包括将多个基准标记的初始位置与多个基准标记的后续位置进行比较。
本书面描述用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书所限定，且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种制作具有一体式应变指示器的部件的方法，所述方法包括：
形成所述部件，所述部件包括限定内部体积的基底部件和设置在所述基底部件上的外表面；以及
在所述基底部件上形成多个基准标记，其中所述多个基准标记中的每一个是限定于所述部件中并至少部分地凹入到所述内部体积中的凹陷部，并且其中所述多个基准标记位于所述部件的分析区域中，所述分析区域限定标距长度，并且其中所述多个基准标记中的每一个具有介于所述标距长度的十分之一与二十分之一之间的最大直径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分析区域包括所述部件的寿命受限区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述形成所述多个基准标记的步骤在所述形成所述部件的步骤期间进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述形成所述多个基准标记的步骤在所述形成所述部件的步骤之后进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述部件的所述外表面上形成所述多个基准标记。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设置在所述基底部件上的所述外表面为热障涂层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个基准标记包括呈非线性图案的至少四个基准标记。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个基准标记中的每个基准标记部分地限定球形表面。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分析区域的所述标距长度介于十分之三英寸与一英寸之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分析区域的所述标距长度为至少二十毫米。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每个基准标记具有介于百分之二英寸与百分之十二英寸之间的最大直径以及千分之一英寸与千分之三十英寸之间的最大深度。
12.一种制作具有一体式应变指示器的部件的方法，所述方法包括：
形成所述部件，所述部件包括限定内部体积的基底部件和设置在所述基底部件上的外表面；以及
在所述基底部件上形成多个基准标记，其中所述多个基准标记中的每一个是限定于所述部件中并至少部分地凹入到所述内部体积中的凹陷部，并且其中所述多个基准标记位于所述部件的分析区域中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述分析区域限定标距长度，并且其中所述多个基准标记中的每一个具有介于所述标距长度的十分之一与二十分之一之间的最大直径。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述分析区域包括所述部件的寿命受限区域。
15.一种监测部件的方法，所述部件包括限定内部体积的基底部件和设置在所述基底部件上的外表面，所述方法包括：
初始测量在所述基底部件上形成的多个基准标记，其中所述多个基准标记中的每一个是限定于所述部件中并至少部分地凹入到所述内部体积中的凹陷部；
基于所述初始测量创建所述部件的三维模型；
使所述部件经历至少一个工作循环；
在所述至少一个工作循环之后后续测量所述多个基准标记；
基于所述后续测量创建所述部件的三维模型；以及
将基于所述初始测量的三维模型与基于所述后续测量的三维模型进行比较。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：基于所述初始测量的所述部件的所述三维模型包括每个基准标记的初始位置的表示，基于所述后续测量的所述部件的所述三维模型包括每个基准标记的后续位置的表示，并且所述比较的步骤包括将所述多个基准标记的所述初始位置与所述多个基准标记的所述后续位置进行比较。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：每个基准标记的所述初始位置的所述表示包括每个基准标记的图心的三维坐标，并且每个基准标记的所述后续位置的所述表示包括每个基准标记的所述图心的三维坐标。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：使用非接触式直接测量技术初始地且后续地直接测量所述多个基准标记。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：使用包括结构光发射器和检测器的结构光扫描器初始地且后续地直接测量所述多个基准标记。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述初始测量的步骤包括将结构光投射到所述部件的所述外表面上并在所述结构光被所述外表面反射之后检测所述结构光，并且所述后续测量的步骤包括将结构光投射到所述部件的所述外表面上并在所述结构光被所述外表面反射之后检测所述结构光。
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