CN114383521A - 自动涡轮叶片与护罩间隙测量 - Google Patents

Abstract

接收可表征二维图像和一组三维表面点的数据。该二维图像可至少表征叶片的尖端和护罩的一部分，并且该三维表面点可表征该叶片的该尖端和该护罩的该部分。可基于该数据确定该叶片的边缘的第一位置和该护罩的表面的第二位置。可基于该数据确定该叶片的该边缘的该第一位置与该护罩的该表面的该第二位置之间的距离。可提供该距离。本发明还描述了相关的设备、系统、技术和制品。

Description

自动涡轮叶片与护罩间隙测量

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2020年10月2日提交的美国临时申请63/086,783的优先权，该申请的全部内容据此以引用方式明确地并入本文。

背景技术

涡轮随时间推移的操作可导致涡轮的不同部件的尺寸变化。此类尺寸变化可降低涡轮的性能和效率，或者导致摩擦和磨损，这可增加操作风险。必须定期执行维护以确保涡轮以可接受的水平运行。操作者和检测员还执行检测以监测使用后的关键尺寸。

可执行的一个此类检测是对涡轮护罩间隙的测量。该间隙搁置在涡轮叶片和涡轮护罩之间，并且该间隙可由于叶片磨损或伸长、护罩伸展、收缩或翘曲或者如果涡轮相对于护罩移位而随时间推移增大或减小。间隙尺寸也是关于新制造的涡轮的关键参数，以确保满足指定的性能特性。较大的间隙可通过允许额外的空气通过该间隙渗漏而导致操作低效，并且较小的间隙可导致叶片尖端抵靠护罩摩擦，从而导致损坏或磨损。通常通过将管道镜插入管道镜端口中以捕获护罩间隙的图像数据来执行对护罩间隙的检测。由此，管道镜的操作者可手动选择涡轮的各种特征上的数据点以获得测量值。然而，如果图像质量差，或者感兴趣面积周围的图像对比度不够高，则对感兴趣位置的2-D或3-D标测的选择可能容易出错。此外，仅仅手动选择也可能容易出错。经验较少的操作者可能不正确地放置测量光标。间隙尺寸通常沿着叶片尖端的长度变化，并且试图通过手动放置单个测量光标来确定例如最小间隙尺寸、最大间隙尺寸和平均间隙尺寸可能是非常耗时的过程。此外，由小直径管道镜系统生成的3D数据通常在叶片边缘附近或护罩上具有间隙或人造噪声异常，这可能妨碍将测量光标放置在期望的位置中或者可能降低使用那些3D数据坐标直接进行的测量的准确性，如通常用手动测量所做的那样。

发明内容

在一个方面，接收可表征二维图像和一组三维表面点的数据。二维图像可至少表征叶片的尖端和护罩的一部分，并且三维表面点可表征叶片的尖端和护罩的该部分。可基于数据确定叶片的边缘的第一位置和护罩的表面的第二位置。可基于数据确定叶片的边缘的第一位置与护罩的表面的第二位置之间的距离。可提供该距离。

以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。例如，可由插入涡轮中的管道镜或通过任何类似的装置来获取叶片和护罩的该部分的一个或多个二维结构光图像。二维图像可为白光图像，并且其可由管道镜或等同物获取。可由该一个或多个所获取的结构光图像确定该组三维表面点。

第一位置可包括表征叶片的边缘的线，并且第二位置可包括表征护罩的表面的平面。

确定叶片的边缘的第一位置可涉及附加步骤。例如，可基于表征二维图像的数据来识别位于叶片边缘区域中的像素。所识别的像素可被聚类以形成区段。可根据所形成的区段来确定最终叶片边缘区段，并且还可基于多个像素和像素强度值中的至少一者来确定叶片边缘区段。然后可对最终叶片边缘区段进行滤波。对于经滤波的最终叶片边缘区段中的每个点，可通过至少将经滤波的最终叶片边缘区段中的点的位置投影到拟合的三维叶片表面上来确定三维边缘点。

确定该距离可包括附加步骤，包括计算从每个三维边缘点到第二位置的距离。此外，可确定最小距离、最大距离和平均距离。

提供该距离可包括例如在第一图形用户界面显示空间内显示二维图像和表征该二维图像内的第一位置和第二位置的第一图形图标。三维表面点和表征二维图像内的第一位置和二维图像内的第二位置的第二图形图标可显示在第二图形用户界面显示空间内。

数据的接收可由插入涡轮的端口中的管道镜来执行，该涡轮包括叶片和护罩。

提供该距离还可包括各种步骤。可由管道镜接收来自转动工具的指令，该指令指示叶片已在管道镜的相机的视野内旋转。响应于接收到指令，可接收表征二维图像的数据，并且可确定第一位置和第二位置以及距离。

可将指令发送到转动工具以使另一个叶片旋转到管道镜的相机的视野中。可接收可表征二维图像和一组三维表面点的数据。二维图像可至少表征叶片的尖端和护罩的一部分，并且三维表面点可表征叶片的尖端和护罩的该部分。可基于数据确定叶片的边缘的第一位置和护罩的表面的第二位置。可基于数据确定叶片的边缘的第一位置与护罩的表面的第二位置之间的距离。可提供该距离。

还描述了存储指令的非暂态计算机程序产品(即，物理体现的计算机程序产品)，当指令由一个或多个计算系统的一个或多个数据处理器执行时，使至少一个数据处理器执行本文中的操作。类似地，还描述了计算机系统，该计算机系统可以包括一个或多个数据处理器和耦接到该一个或多个数据处理器的存储器。存储器可以临时或永久地存储使至少一个处理器执行本文描述的操作中的一个或多个操作的指令。另外，方法可以由单个计算系统内的一个或多个数据处理器或分布在两个或多个计算系统之间的一个或多个数据处理器来实现。此类计算系统可经由一个或多个连接、包括网络(例如，互联网、无线广域网、局域网、广域网、有线网络等)上的连接、经由多个计算系统中的一个或多个计算系统之间的直接连接等来连接并且可交换数据和/或命令或其他指令等。

本文所述主题的一个或多个变型的细节在以下的附图和描述中阐述。根据说明书和附图以及权利要求书，本文所述主题的其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1示出了示例性涡轮护罩间隙测量装置的一部分的侧视图；

图2示出了前视可拆卸相位尖端；

图3示出了示例性侧视可拆卸管道镜相位尖端；

图4示出了结构光发射系统；

图5示出了扩展侧视可拆卸相位尖端；

图6示出了用于执行护罩间隙测量的可能工具的示例性显示器菜单；

图7示出了示出线标测和距离测量的示例性显示器；

图8示出了示出表面标测和距离测量的示例性显示器；

图9为示出自动护罩间隙测量过程的过程流程图；

图10为示出在护罩间隙测量过程中管道镜与转动工具之间单向通信的过程流程图；

图11为示出在护罩间隙测量过程中管道镜与转动工具之间双向通信的过程流程图；并且

图12为示例性视频检测装置的框图。

在各个附图中，相似的附图标记指示相似的元件。

具体实施方式

当检查涡轮内的叶片和护罩之间的距离或间隙时，可将管道镜插入涡轮内的端口以使用例如照明和相机目视检测间隙，从而获取间隙的图像。然后可检查所获取的图像以确定距离。但是在管道镜上的照明器位于与观察光学器件(例如，相机)相比距护罩相近或更小的距离处的情况下，在叶片下方可不存在可见阴影。这可导致所获取的图像中的叶片和护罩之间的对比度非常小，使得难以精确地确定叶片的边缘的位置。如果照明器的位置比观察光学器件(例如，相机)更远离护罩，则可在护罩上投射可见阴影带，从而沿着叶片边缘在所获取的图像中产生显著对比度，从而改善精确地确定叶片的边缘的位置的能力。

因此，当前主题的一些具体实施包括使用叶片和护罩的二维图像来确定叶片的边缘的位置。从二维图像获得的信息可以与一组三维表面点组合，该组三维表面点可以例如使用管道镜的结构光传感器获得，以定位叶片的边缘和护罩的表面。定位叶片的边缘和护罩的表面可使得能够自动评估叶片和护罩之间的距离或间隙。通过利用使用从管道镜上的不同位置投影的漫射法向检测光和结构光图案二者捕获的二维图像来确定叶片的边缘的位置，并且将该信息与三维表面点组合，可以更精确地确定叶片的边缘的位置，从而能够改善叶片-护罩间隙测量。

在一些具体实施中，管道镜可与转动工具通信，该转动工具可将涡轮叶片旋转到适当位置以供管道镜检测。通过使管道镜与转动工具同步，可更有效地执行检测过程。

可例行执行涡轮检测以确保涡轮的安全性和性能。操作者和检测员可依赖于经由管道镜或类似装置捕获图像数据来检查涡轮护罩间隙。图像数据可包含表征感兴趣区域的2-D和3-D数据两者。在图像数据内，处理算法可以处理2-D和3-D数据以自动识别涡轮叶片区域和涡轮护罩区域，用边缘点和护罩表面的位置标测叶片的边缘，并且计算叶片边缘点与护罩表面之间的距离。然后可以在显示器上提供这些距离以及2-D图像、渲染点云视图或呈现结果的类似方法。

示例性处理算法可包括一系列基本步骤。这些步骤可包括使用该组3-D表面点来识别连续表面。叶片和护罩表面可选自所识别的表面点。然后可在叶片边缘可能存在的2-D图像中确定叶片边缘区域。可执行边缘检测以识别叶片边缘区域中可指示叶片边缘的存在的可能叶片边缘像素。可连接多组紧密间隔的可能叶片边缘像素以产生可能叶片边缘区段。可移除可能与较高概率区段(例如，具有更多连接点或更强检测边缘值的区段)不一致的叶片边缘区段以创建最终叶片边缘区段组。2-D位置滤波可应用于最终叶片边缘区段组中的点以确定一组经滤波的2-D边缘点。对于每个经滤波的2-D边缘点，可执行该点附近的叶片表面的3-D拟合，并且可通过将经滤波的2-D边缘点位置投影到经拟合的3-D叶片表面上来确定3-D边缘点。被确定为非常嘈杂的叶片表面上的那些3-D点可从该拟合中排除以减小噪声对所计算的3-D边缘点位置的影响。因此，所确定的3-D边缘点一般将具有不存在于3-D表面点的组中的3-D坐标，并且表示3-D叶片边缘点的图形图标可在视觉上偏离渲染点云图像中的3-D表面点。

可计算从每个3-D边缘点到护罩表面的距离，该距离可通过将平面或弯曲表面拟合到包括在所识别的护罩表面中的3-D点来确定。可识别与护罩表面具有最小距离和最大距离的3-D边缘点，并且可计算从所有3-D边缘点到护罩表面的距离的平均值。经滤波的2-D边缘点的位置、最小点位置、最大点位置，以及数值最小距离、最大距离和平均距离可显示在白光图像上。3-D边缘点的位置、最小点位置和最大点位置可显示在3-D表面点的渲染3-D表示上。可在最小点位置和最大点位置处显示光标，并且可允许用户调节那些位置。如果叶片边缘不能被完全标测，如果关于结果的准确度存在不确定性(例如，由于叶片边缘对比度低或3-D数据嘈杂)，或者如果最小值、最大值或平均值均落在预编程范围之外，则系统可提供建议消息。

在一些实施方案中，在管道镜的操作者已手动发起图像捕获操作之后执行上述步骤。在一些实施方案中，管道镜通信地连接到与涡轮连接的转动工具，使得当涡轮的叶片移动到管道镜相机的视图内的预先确定的位置中时通知管道镜，并且管道镜系统自动发起图像捕获并执行上述处理步骤。在一些实施方案中，管道镜系统可以编译在检测期间捕获的多个图像的最小结果、最大结果和/或平均结果的表，并且将该表作为文件或作为检测报告的一部分输出。可识别最小结果、最大结果和/或平均结果超出预先确定的限值或超出检测标称范围的叶片。

在一些实施方案中，当用来自光源诸如白光LED或弧光灯的漫射法向检测光照明叶片和护罩时，可捕获二维图像。此类图像可被称为法向检测图像或白光图像。在一些实施方案中，处理单个白光图像。在一些实施方案中，当图像的亮度在叶片边缘的宽度上显著变化时，可在不同的亮度水平下捕获并组合处理多于一个的白光图像以改善叶片边缘标测。在一些实施方案中，可以不同的亮度水平捕获多个图像，然后合并以创建在叶片边缘检测步骤中使用的高动态范围图像。在一些实施方案中，可使用立体光学器件来获取白光图像以使用单个图像传感器产生立体图像，或者使用两个或更多个单独的图像传感器来产生一对或多对立体图像，使得视差信息可用于生成一组三维表面点。

在一些实施方案中，可以获取和处理多个投影图案测量图像或结构光图像。对结构光图像的获取可包括将结构光图案诸如点、线或相移正弦线投影到叶片的边缘部分和护罩的表面上。可处理一个或多个结构光图像以生成一组三维表面点。也可处理结构光图像以确定表征叶片的边缘的二维像素坐标。结构光图像可通过求平均值、求和等来组合，以减小图案的对比度，否则可能干扰叶片边缘检测。在一些实施方案中，在距护罩的预编程距离范围内的叶片上的点被掩蔽以提供快速视觉通过/失败指示。在另一个实施方案中，在距护罩的预编程距离范围之外的叶片上的点被掩蔽。在一些实施方案中，在距护罩的预编程距离的叶片上的点被掩蔽。在一些实施方案中，在距护罩的预编程距离处的3-D点云视图中示出了平面。

在一些实施方案中，图像捕获过程可利用使用通常来自白色LED的法向检测照明捕获的2-D白光图像和一组3-D表面点，其中每个3-D表面点在一个或多个白光图像中具有对应的像素。可根据由管道镜系统捕获的一个或多个测量图像生成3-D表面点。在一些情况下，测量图像可以是一个或多个白光图像，例如，正如立体图像那样。在一些情况下，测量图像可以是利用法向检测照明关闭且图案投影照明器打开(例如，利用贝克休斯3D相位测量)捕获的结构光图像。例如，管道镜可在其远侧端部处或在其远侧端部处的可拆卸尖端中包括一个或多个光发射器(例如，LED、VCSEL等)，该一个或多个光发射器定位在玻璃窗口后面，在该玻璃窗口上沉积有不透明图案，使得当发射器被供电时，线条图案被投影到被观察表面上。如果法向检测照明出口点与观察光学器件相比距护罩相近或更小的距离，则在一个或多个白光图像中的叶片下方可不存在可见阴影。这可在某些面积中导致叶片和护罩之间几乎没有对比度。通常情况下，来自图案投影照明器的光如果比观察光学器件更远离护罩，则可导致由叶片投射的从观察光学器件的位置可见的暗阴影，并且沿着叶片边缘提供比可存在于一个或多个白光图像中显著更高的对比度。因此，一个或多个结构光图像可与一个或多个白光图像结合使用，以更精确地或更完全地标测二维图像中的叶片的边缘。

图1示出了测量装置100的侧视图。管道镜130或类似装置可经由管道镜端口140进入涡轮以获得对涡轮护罩间隙150的成像接入。护罩间隙150位于涡轮叶片110和涡轮护罩部分120之间。管道镜130可用于通过沿着涡轮叶片110的边缘和涡轮护罩部分120的表面标测各个点来对护罩间隙150进行成像，以有利于检测和测量涡轮护罩间隙150。

图2示出了示例性前视可拆卸管道镜3D相位测量尖端(相位尖端)200，该相位测量尖端可放置在管道镜的远侧端部上以准备对涡轮护罩间隙进行成像和测量。相位尖端200可包括用于准确成像和测量的各种光发射源，包括法向检测光发射源210和结构光发射源220。法向检测光发射源210可以是灯泡、闪光灯、LED或类似的光源，其可包括在尖端中或使用光纤递送到尖端，以用于法向检测成像。结构光发射源220可包括能够发射结构光图案的任何光源。结构光发射源220可在涡轮叶片和涡轮护罩之间提供比法向检测光发射源210更高的对比度，这取决于它们相对于叶片和护罩的位置。此外，立体成像技术可与相位尖端200以及法向检测光发射源210和/或结构光发射源220结合使用。

固定到相位尖端(诸如前视可拆卸相位尖端200)的发射源可单独使用或彼此离散地或同时结合使用，以允许经由耦接到图像传感器(未示出)或类似图像捕获装置的观察光学器件230对涡轮护罩间隙进行成像。另外，可经由观察光学器件230使用以不同亮度串联的法向检测发射源210和/或结构光发射源220来捕获图像，并且可将这些图像汇总在一起以产生所捕获的感兴趣区域的较高动态范围图像。可将经由观察光学器件230捕获的依赖于同时发射法向光和结构光(诸如来自法向检测光发射源210和结构光发射源220)的图像组合在一起以生成汇总图像。

图3示出了示例性侧视可拆卸管道镜相位尖端300，该相位尖端可放置在管道镜的远侧端部上以准备对涡轮护罩间隙进行成像和测量。侧视可拆卸管道镜相位尖端300可包括前视可拆卸管道镜相位尖端200的任何和所有特征，包括法向检测光发射源310、结构光发射源320和耦接到图像传感器(未示出)的观察光学器件330，或可用于捕获本领域已知的涡轮图像的任何等同结构。

图4示出了结构光发射系统400，其特征在于结构光发射源410投影结构光发射420。发射源410可以是管道镜相位尖端，诸如前视相位尖端200或侧视相位尖端300，或类似装置。

图5示出了示例性侧视扩展范围可拆卸管道镜相位尖端500，其可以与前视相位尖端200和侧视相位尖端300类似的方式放置在管道镜的远侧端部上。扩展范围相位尖端500可包括前视可拆卸管道镜相位尖端200或侧视图可拆卸管道镜相位尖端300或类似装置的任何和所有特征。此外，扩展范围相位尖端500可特征在于多于一个结构光发射源510a和510b，并且在捕获图像数据时，扩展范围相位尖端的使用可允许更宽范围的照明角度。

图6示出了用于执行护罩间隙测量或其他类型测量的可能工具的示例性显示器菜单600。

图7示出了示出叶片边缘标测和护罩间隙测量的示例性显示器700。显示器700的左区域示出了具有所标测叶片边缘像素710的涡轮护罩间隙的所捕获图像数据，以及若干测量值，包括最大值、最小值和平均值。将三个护罩光标720自动放置在3-D表面点上，这些表面点位于或非常靠近针对护罩确定的平面。用户可调节护罩光标720以改变所确定的护罩平面并因此改变所确定的测量值。光标730和740指示所识别的叶片边缘上最小距离点和最大距离点的位置。光标750和760界定了所标测叶片边缘的用于最小、最大和平均护罩间隙确定的部分，并且可由用户调节以排除叶片边缘的部分。显示器700的右区域示出了3-D空间的渲染2-D图像(点云视图)，该图像包括表征叶片的尖端和护罩的该部分的一组3-D表面点以及示出所确定的3-D叶片边缘点的位置和与左区域中的2-D图像上所示的各种光标相关联的3-D位置的图形图标。所标测边缘与所标测护罩之间的最小距离和最大距离由垂直于所标测护罩表面的线段在两个位置处标记。渲染点云视图的过程包括应用坐标变换，该坐标变换导致叶片和护罩的一致的初始相对位置和取向，诸如该护罩是水平的，该叶片在该护罩上方，并且视图大致垂直于叶片表面，而不管该叶片和该护罩在左区域中的2D图像中的取向如何。通过将叶片和护罩一致地定向在点云视图中，用户可通过减少使用输入装置诸如触摸屏、操纵杆或鼠标手动旋转视图所花费的时间来更快地检测潜在不准确的来源。其他实施方案可仅示出被放大以填充显示器的左区域图像和图形或右区域图像和图形。

显示器的下部区域特征在于各种菜单选项，以有利于操作过程，包括标测和测量。显示器的右下区域特征在于按钮，以有利于屏幕记录、数据捕获以及保存所标测和所测量图像数据。图像的上部区域的特征在于用于改变设置偏好和/或执行不同功能以有助于测量的附加按钮。

图8示出了示出叶片边缘标测和护罩间隙测量的示例性显示器800。类似于图7的显示器，显示器800的左区域示出了具有所标测叶片边缘像素710的涡轮护罩间隙的所捕获图像数据，以及若干测量值，包括最大值、最小值和平均值。左图像还示出了突出显示2-D图像中与3-D表面点相关联的像素的阴影区域，这些表面点距自动确定以表示用于标测和测量的感兴趣的涡轮护罩部分的平面小于阈值距离。光标760已被手动地从其在图7中的位置移动以从最小、最大和平均护罩间隙值的确定中排除由虚线770所示的叶片边缘像素的一部分。示出了最小护罩间隙距离的位置的光标740响应于光标760的移动而自动移动，因为其先前位置(如图7所示)位于现在排除的面积中。显示器800的右区域示出了与图7中类似的点云视图，但示出叶片边缘点的位置的图形图标具有不同的颜色，这些颜色基于它们被包括在最小值、最大值和平均确定值中(品红色)还是排除在外(紫色)。其他实施方案可仅示出被放大以填充显示器的左区域图像和图形或右区域图像和图形。

中心上部区域包括缩放窗口780，该缩放窗口示出了活动光标730附近的左区域中所示的2-D图像的一部分的放大视图。缩放窗口780允许用户更容易地验证光标730是否精确地位于叶片的边缘上。一些实施方案可允许用户通过轻击或点击缩放窗口780中的箭头中的一个箭头来调节光标730的位置。类似地，还可激活其他光标以允许经由缩放窗口780进行位置验证和/或调节。显示器的下部区域特征在于各种菜单选项以有利于操作过程，包括类似于图7所示的标测和测量。显示器的右下区域特征在于按钮，以有利于屏幕记录、数据捕获以及保存所标测和所测量图像数据。图像的上部区域的特征在于用于改变设置偏好和/或执行不同功能以有助于测量的附加按钮。

图9是示出涡轮护罩间隙测量的示例性具体实施的过程流程图900。该示例性过程可有利于以使用更高对比度图像数据来更准确地检测和测量护罩间隙的方式来检测涡轮护罩间隙。可使用叶片和护罩的二维图像来确定包含叶片的边缘位置的信息，并且该信息可与一组三维表面点组合，这可使用结构光照明、漫射法向光照明或这两者的组合来获得。这些照明可从管道镜相位尖端发射。可使用二维数据与三维表面点的组合来更精确地确定叶片边缘的位置。此外，在一些具体实施中，管道镜可与转动工具通信，该转动工具可将涡轮叶片旋转到适当位置以供管道镜检测。可通过使管道镜与转动工具同步来更有效地执行检测过程。

在910处，可接收表征叶片尖端和护罩部分的2-D图像和3-D表面点的数据。可从设置在管道镜端口140内的管道镜130接收数据，以捕获设置在涡轮叶片110和涡轮护罩部分120之间的护罩间隙150的视图。该数据可由经由管道镜130捕获的图像产生，并且可使用从管道镜的相位尖端发射的光来捕获该图像。示例性相位尖端在图2、图3和图5中示出。

在920处，可根据所接收的图像数据确定第一叶片边缘位置和第二护罩表面位置。这可包括识别位于叶片边缘区域中的像素和/或聚类所识别的像素以形成区段，并且基于表征二维图像的数据。此外，这可包括根据这些区段并基于每个区段内的像素数目并且基于像素强度值来确定最终叶片边缘区段。可对叶片边缘区段进行滤波，并且对于经滤波的最终叶片边缘区段中的每个点，可通过至少将经滤波的最终叶片边缘区段中的点的位置投影到拟合的三维叶片表面上来确定三维边缘点。

在930处，可确定叶片的边缘的第一位置与护罩表面的第二位置之间的距离，并且这些距离表示涡轮罩间隙。该距离可通过计算从每个三维边缘点到第二位置的距离来确定。此外，可确定最小距离、最大距离和平均距离。

在940处，该距离可经由连接到管道镜系统的显示器提供给用户，或者该距离可存储在存储器内并与预设值进行比较。二维图像和表征二维图像内的第一位置和二维图像内的第二位置的第一图形图标可显示在第一图形用户界面显示空间内。三维表面点和表征二维图像内的第一位置和二维图像内的第二位置的第二图形图标可显示在第二图形用户界面显示空间内。在一些具体实施中，可提示用户测量数据不足或检测失败。

图10为示出在涡轮护罩间隙检测和测量期间，管道镜与转动工具之间单向通信的示例性具体实施的过程流程图1000。该示例性具体实施可允许在转动工具旋转涡轮以将未测量的涡轮护罩间隙带到管道镜的视野中时连续进行涡轮护罩间隙测量。然后，管道镜可以接收来自转动工具的指令以开始护罩间隙测量过程。

在1005处，自动尖端间距被配置为相对于护罩间隙设置管道镜，以为测量过程做准备。

在1010处，启动转动工具以旋转涡轮来向管道镜的观察端口呈现涡轮叶片和涡轮护罩间隙。

在1015处，从转动工具接收叶片更换消息以向管道镜指示将向管道镜的观察端口呈现新的涡轮叶片和护罩间隙以用于图像捕获以及护罩间隙检测和测量。

在1020处，捕获包含涡轮护罩、护罩间隙和涡轮叶片的视图的图像数据。该图像数据可包含2-D图像数据和一组3-D表面点，或者可使用该图像数据确定一组3-D表面点。该图像数据可经由管道镜相位尖端230来捕获，并且护罩间隙、涡轮叶片和涡轮护罩的照明可由法向检测光发射源210、结构光发射源220或它们的组合来执行。

在1025处，执行尖端间距测量。可评估图像数据和3-D表面点以区分和标测涡轮叶片边缘和护罩表面，并且将计算该边缘和该表面之间的距离。该距离将表示对于相应涡轮叶片涡轮护罩间隙在各个位置处的测量结果。尖端间距测量可例如使用上文参考图9所述的过程来执行。

在1030处，将相应涡轮叶片的护罩间隙测量记录到迄今为止完成的测量列表中。列表可存储在存储器中，同时在剩余叶片上执行检测。

在1035处，将表示护罩间隙测量的记录值与由检测操作员和/或行业设定的最小限值和最大限值进行比较。

在1040处，如果发现记录值与最小限值和最大限值相比处于所关注的值，则显示警告消息。

在1045处，执行系统检查以确定在1025处测量的叶片是否是涡轮中要测量的最后一个叶片。如果检查返回负值，指示最近测量的叶片不是涡轮的最后一个未测量叶片，则系统将进行到1015并继续测量过程。如果检查返回正值，指示最近测量的叶片是涡轮的最后一个未测量叶片，则系统将进行到1050。

在1050处，识别与被系统认为超出1035的最大限值和最小限值的图像数据相关的图像以供系统操作员、检测员或其他人员查看。

在1055处，将一系列护罩间隙测量的结果导出为文件。

图11是示出在涡轮护罩间隙检测和测量期间，管道镜与转动工具之间的双向通信的过程流程图1100。该示例性具体实施可允许在转动工具旋转涡轮以将未测量的涡轮护罩间隙带到管道镜的视野中时连续进行涡轮护罩间隙测量。从转动工具到管道镜以及从管道镜到转动工具进行通信。

在1110处，启动转动工具以开始旋转涡轮，并且向管道镜的观察端口呈现涡轮叶片和涡轮护罩间隙。

在1115处，通过转动工具从管道镜接收叶片更换消息，以指示转动工具向管道镜的观察端口依次呈现接下来的叶片以用于测量。

在1120处，捕获包含涡轮护罩、涡轮间隙和涡轮叶片的视图的图像数据。数据还可包含2-D图像数据和一组3-D表面点。该图像数据可经由管道镜相位尖端相机230来捕获，并且护罩间隙、涡轮叶片和涡轮护罩的照明可由法向检测光发射源210、结构光发射源220或它们的组合来执行。

在1125处，执行尖端间距测量。可评估图像数据和3-D表面点以区分和标测涡轮叶片边缘和护罩表面，并且将计算该边缘和该表面之间的距离。该距离将表示对于相应涡轮叶片涡轮护罩间隙在各个位置处的测量结果。尖端间距测量可例如使用上文参考图9所述的过程来执行。

在1130处，将相应涡轮叶片的护罩间隙测量记录到迄今为止完成的测量列表中。列表可存储在存储器中，同时在剩余叶片上执行检测。

在1135处，将表示护罩间隙测量的记录值与由检测操作员和/或行业设定的最小限值和最大限值进行比较。

在1140处，如果发现记录值与最小限值和最大限值相比处于所关注的值，则显示警告消息。

在1145处，执行系统检查以确定在1125处测量的叶片是否是涡轮中要测量的最后一个叶片。如果检查返回负值，指示最近测量的叶片不是涡轮的最后一个未测量叶片，则系统将进行到1115并继续测量过程。如果检查返回正值，指示最近测量的叶片是涡轮的最后一个未测量叶片，则系统将进行到1150。

在1150处，识别与被系统认为超出1135的最大限值和最小限值的图像数据相关的图像以供系统操作员、检测员或其他人员查看。

在1155处，将一系列护罩间隙测量的结果导出为文件。

图12为示例性视频检测装置1200的框图。应当理解，图12所示的视频检测装置1200为示例性的，并且本发明的范围不限于任何特定视频检测装置1200或视频检测装置1200内的部件的任何特定配置。

视频检测装置1200可包括细长探头1202，该细长探头包括插入管1210和设置在插入管1210的远侧端部处的头部组件1220。插入管1210可为柔性管状部分，头部组件1220和探头电子器件1240之间的所有互连器均穿过该柔性管状部分。头部组件1220可包括用于将来自被观察对象1302的光引导并聚焦到成像器1224上的探头光学器件1222。探头光学器件1222可包括例如单透镜或具有多个部件的透镜。成像器1224可以是用于获得被观察对象1302的图像的固态CCD或CMOS图像传感器。

可拆卸尖端或适配器1230可放置在头部组件1220的远侧端部上。可拆卸尖端1230可包括尖端观察光学器件1232(例如，透镜、窗口或孔)，该尖端观察光学器件与探头光学器件1222结合工作以将来自被观察对象1302的光引导并聚焦到成像器1224上。如果视频检测装置1200的光源从尖端1230或用于将光从探头1202传递到被观察对象1302的光传递元件(未示出)发出，则可拆卸尖端1230还可包括照明LED(未示出)。尖端1230还可通过包括波导(例如，棱镜)以将相机视野和光输出转向侧面来提供用于侧面观察的能力。尖端1230还可提供立体光学器件或结构光投影元件，以用于确定被观察表面的三维数据。可包括在尖端1230中的元件也可包括在探头1202自身中。

成像器1224可包括形成为多个行和列的多个像素，并且可生成模拟电压形式的图像信号，该图像信号表示入射到成像器1224的每个像素上的光。图像信号可通过成像混合器(imager hybrid)1226传播到成像线路(imager harness)1212，该成像混合器提供用于信号缓冲和调节的电子器件，该成像线路在成像混合器1226与成像器接口电子器件1242之间提供用于控制和视频信号的电线。成像器接口电子器件1242可包括电源、用于生成成像器时钟信号的时序发生器、用于将成像器视频输出信号数字化的模拟前端，以及用于将数字化的成像器视频数据处理成更有用的视频格式的数字信号处理器。

成像器接口电子器件1242为探头电子器件1240的一部分，该探头电子器件提供用于操作视频检测装置的功能集合。探头电子器件1240还可包括校准存储器1244，该校准存储器存储探头1202和/或尖端1230的校准数据。探头电子器件1240中还可包括微控制器1246，该微控制器用于与成像器接口电子器件1242通信，以确定和设置增益和曝光设置，存储和读取来自校准存储器1244的校准数据，控制传送到被观察对象1302的光，并且与视频检测装置1200的中央处理器单元(CPU)1250通信。

除了与微控制器1246通信之外，成像器接口电子器件1242还可与一个或多个视频处理器1260通信。视频处理器1260可从成像器接口电子器件1242接收视频信号，并将信号输出到各种监视器1270、1272，包括集成显示器1270或外部监视器1272。集成显示器1270可为内置于视频检测装置1200中的LCD屏幕，以用于向检测员显示各种图像或数据(例如，被观察对象1302的图像、菜单、光标、测量结果)。外部监视器1272可以是连接到视频检测装置1200的视频监视器或计算机类型的监视器，以用于显示各种图像或数据。

视频处理器1260可向/从CPU 150提供/接收命令、状态信息、流式视频、静止视频图像和图形覆盖，并且可由FPGA、DSP或提供诸如图像捕获、图像增强、图形覆盖合并、失真校正、帧平均、缩放、数字缩放、覆盖、合并、翻转、运动检测以及视频格式转换和压缩的功能的其他处理元件构成。

除了提供包括图像、视频和音频存储和调用功能、系统控制和测量处理在内的大量其他功能之外，CPU 1250还可用于通过经由操纵杆1280、按钮1282、小键盘1284和/或麦克风1286接收输入来管理用户界面。操纵杆1280可由用户操纵以执行诸如菜单选择、光标运动、滑块调节和探头1202的关节运动控制的操作，并且可包括按钮功能。按钮1282和/或小键盘1284还可用于菜单选择并向CPU 1250提供用户命令(例如，冻结或保存静止图像)。检测员可使用麦克风1286来提供语音指令以冻结或保存静止图像。

视频处理器1260还可与视频存储器1262通信，该视频存储器由视频处理器1260用于在处理期间进行帧缓冲和数据的临时保存。CPU 1250还可与CPU程序存储器1252通信，以存储由CPU 1250执行的程序。此外，CPU 1250可与易失性存储器1254(例如，RAM)和非易失性存储器1256(例如，闪存存储器设备、硬盘驱动器、DVD或EPROM存储器设备)通信。非易失性存储器1256是用于流式视频和静止图像的主要存储器。

CPU 1250还可与计算机I/O接口1258通信，该计算机I/O接口向外围设备和网络提供各种接口，诸如USB、火线、以太网、音频I/O和无线收发器。该计算机I/O接口1258可用于保存、调用、传输和/或接收静止图像、流式视频或音频。例如，USB“拇指驱动器”或CompactFlash存储卡可插入计算机I/O接口1258中。此外，视频检测装置1200可被配置为将图像数据帧或流式视频数据发送到外部计算机或服务器。视频检测装置100可结合TCP/IP通信协议套件并且可结合在包括多个本地和远程计算机的广域网中，每台计算机也结合TCP/IP通信协议套件。通过结合TCP/IP协议套件，视频检测装置100结合包括TCP和UDP的若干传输层协议以及包括HTTP和FTP的若干不同层协议。

应当理解，虽然某些部件已在图12中被示出为单个部件(例如，CPU 1250)，但可使用多个单独的部件来执行CPU 1250的功能。

本文所述的主题提供了许多技术优点。例如，可显著提高检测效率。一些应用要求测量数十或甚至数百个叶片护罩间隙。利用一些传统的手动技术，诸如执行点对面类型测量，必须手动地放置最少4个测量光标(三个在护罩上以建立一个平面，第四个在叶片边缘上)，并且经常重复调整，以便在叶片边缘的单个点上实现准确的测量。为了随后确定最小间隙距离、最大间隙距离和平均间隙距离，必须将一个或多个光标手动并且精确地定位在沿叶片边缘的多个点上。该过程可能每个叶片花费数分钟，而本文所述的自动测量方法不需要手动放置光标并且快速自动地提供最小、最大和平均结果。此外，虽然现有的手动测量方法可提供渲染点云视图，显示一组3-D表面点和图形测量图标，以允许检测潜在的不准确源，但是叶片和护罩在该视图中的初始取向通常不利于执行该检测。因此，用户必须经由输入装置诸如触摸屏、操纵杆或鼠标来旋转点云，以获得更有用的视角。当前主题的一些具体实施可在完成自动测量时自动提供优选的视角，从而消除了通常用于获得该视角的时间。

此外，一些现有系统向用户呈现白光图像，光标手动定位在该白光图像上。如前所述，这种白光图像可在叶片边缘和护罩之间显示出非常小的对比度，使得用户难以精确地识别图像中叶片边缘的位置。在所描述的主题的一些实施方案中，一个或多个结构光图案可从比法向检测光发射更远离护罩的位置投影，使得所捕获的结构光图案的2-D图像在叶片已阻挡结构光图案的叶片边缘的护罩侧上显示出暗阴影。因此，通过使用2-D结构光图案图像，可能结合2-D白光图像，自动化处理可更容易且更精确地识别2-D图像中的叶片的边缘。

当前主题的一些具体实施的另一个示例性有益效果是，其可减小沿着叶片的边缘缺失或有噪声的3-D表面点的影响。因为管道镜的尺寸非常有限，所以可使用例如结构光图案或立体成像生成的3-D数据通常不会沿着部件边缘诸如叶片边缘产生完整的高保真数据。这可能是传统手动测量的问题，其中光标放置在2-D图像像素上，并且使用与该像素相关联的3-D坐标来计算测量结果，因为这可能妨碍在期望位置处的测量或者降低测量的准确性。在当前主题的一些具体实施中，可使用每个叶片边缘像素附近的叶片表面上的多个3-D表面点来执行表面拟合操作以确定拟合表面。然后可通过将该叶片边缘像素投影到该拟合表面上来确定3-D叶片边缘点。这可通过计算与该叶片边缘像素相关联的3-D视线与拟合的3-D表面相交的3-D坐标来完成，该3-D坐标可由诸如y(z)＝A*z，x(z)＝B*z的公式描述，其中A和B为常数。因此，通过使用可包括最通常包括噪声或数据间隙的边缘区域之外的点的多个3-D表面点，可实现叶片边缘的更完整和更准确的3-D映射。

本文所述主题的一个或多个方面或特征可在数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各个方面或特征可包括一个或多个计算机程序中的具体实施，该计算机程序在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上可执行和/或可解释，该具体实施可为专用或通用，耦接以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，并且发射数据和指令到存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置。可编程系统或计算系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器一般彼此远离，并且通常通过通信网络交互。客户端和服务器的关系由于在相应计算机上运行计算机程序并且彼此具有客户端-服务器关系而产生。

这些计算机程序(也可称为程序、软件、软件应用程序、应用程序、部件或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程语言、面向对象的编程语言、功能编程语言、逻辑编程语言和/或以汇编语言/机器语言来实现。如本文所用，术语“机器可读介质”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质的任何计算机程序产品、设备和/或装置，诸如，磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑装置(PLD)。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可非暂态地存储此类机器指令，诸如，非暂态固态存储器或磁性硬盘驱动器或任何等同的存储介质将会做的。另选地或附加地，机器可读介质可以以瞬态方式存储此类机器指令，诸如，处理器高速缓存或与一个或多个物理处理器内核相关联的其他随机存取存储器将会做的。

为了提供与用户的交互，本文所述主题的一个或多个方面或特征可在计算机上实现，该计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(诸如，阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)监视器)以及通过其用户可向计算机提供输入的键盘和指向装置(诸如，鼠标或轨迹球)。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，诸如例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。其他可能的输入装置包括触摸屏或其他触敏装置，诸如单点或多点的电阻式或电容式触控板、语音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指针、数字图像捕获装置以及相关联的解释软件等。

在上述说明书和权利要求中，短语诸如“至少一个”或“一个或多个”可在元件或特征的结合式要素列表之后出现。术语“和/或”也可出现在两个或更多个要素或特征的列表中。除非在短语用于其中的上下文中另有暗示或与该上下文明确地矛盾，否则此类短语旨在表示单独地列出的要素或特征中的任一者或者所列举要素或特征中的任一者与其他列举的要素或特征中的任一者的组合。例如，短语“A和B中的至少一者”、“A和B中的一者或多者”以及“A和/或B”各自旨在表示“A单独、B单独、或A和B一起”。类似的解释也旨在用于包括三个或更多项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一者”、“A、B和C中的一者或多者”以及“A、B和/或C”各自旨在表示“A单独、B单独、C单独、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。此外，上文和权利要求书中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，以使得未述及的特征或元件也是允许的。

本文所述的主题可体现在系统、设备、方法和/或制品中，这取决于所需配置。在前面描述中阐述的具体实施不表示与本文所述的主题一致的所有具体实施。相反，它们仅是与所述主题相关的方面一致的一些示例。尽管上文已详细描述了少数变型，但其他修改或添加也是可能的。具体地，还可提供除本文阐述的那些之外的特征和/或变型。例如，上述具体实施可涉及所公开特征的各种组合和子组合和/或以上公开的若干另外特征的组合和子组合。此外，附图中所描绘的和/或本文所述的逻辑流程不一定需要所示特定次序或顺序以实现所需结果。其他具体实施可在以下权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，所述方法包括：

接收表征二维图像和一组三维表面点的数据，所述二维图像至少表征叶片的尖端和护罩的一部分，所述一组三维表面点表征所述叶片的所述尖端和所述护罩的所述部分；

基于所接收的数据确定所述叶片的边缘的第一位置和所述护罩的表面的第二位置；

确定所述叶片的所述边缘的所述第一位置与所述护罩的所述表面的所述第二位置之间的距离；以及

提供所述距离。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

由插入涡轮中的管道镜获取所述叶片和所述护罩的所述部分的一个或多个结构光图像；

由所述管道镜获取所述二维图像，其中所述二维图像为白光图像；以及

基于所获取的结构光图像，确定所述一组三维表面点。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一位置包括表征所述叶片的所述边缘的线，并且所述第二位置包括表征所述护罩的所述表面的平面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述叶片的所述边缘的所述第一位置包括：

基于表征所述二维图像的所述数据，识别位于叶片边缘区域中的像素；

聚类所识别的像素以形成区段；

根据所述区段并基于每个区段内的像素数目来确定最终叶片边缘区段，对所述最终叶片边缘区段的所述确定还基于像素强度值；

对所述最终叶片边缘区段进行滤波；以及

对于所述经滤波的最终叶片边缘区段中的每个点，通过至少将所述经滤波的最终叶片边缘区段中的点的位置投影到拟合的三维叶片表面上来确定三维边缘点。

5.根据权利要求4所述的方法，其中确定所述距离包括计算从每个三维边缘点到所述第二位置的距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述距离包括确定最小距离、最大距离和平均距离。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供包括：

在第一图形用户界面显示空间内显示所述二维图像和表征所述二维图像内的所述第一位置和所述二维图像内的所述第二位置的第一图形图标；以及

在第二图形用户界面显示空间内显示渲染的三维图像，所述渲染的三维图像包括所述三维表面点和表征所述第一位置和所述第二位置的第二图形图标。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收由插入涡轮的端口中的管道镜执行，所述涡轮包括所述叶片和所述护罩。

9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：

由管道镜接收来自转动工具的指令，所述指令指示所述叶片已在所述管道镜的相机的视野内旋转；以及

响应于接收到所述指令，执行对表征所述二维图像的所述数据的所述接收、对所述第一位置和所述第二位置的所述确定以及对所述距离的所述确定。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

将指令传输到转动工具，以使另一个叶片旋转到所述管道镜的相机的视野中；以及

对于所述另一个叶片，重复所述接收、对所述第一位置和所述第二位置的所述确定以及对所述距离的所述确定。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述转动工具包括电控电机，并且其中所述转动工具机械联接到所述涡轮并且被配置为使所述涡轮的叶片旋转通过所述管道镜的所述相机的所述视野。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供包括在图形用户界面显示空间内显示表示三维空间的渲染二维图像，所述渲染二维图像包括所述表面点和表示所述三维空间内的所述第一位置的图形图标。

13.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述第一位置包括识别所述二维图像中表示所述叶片的所述边缘的多个二维叶片边缘像素。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述一组三维表面点中的每个点与所述二维图像中的像素相关联，并且确定所述第一位置还包括确定每个二维叶片边缘像素的三维叶片边缘点。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述提供包括在图形用户界面显示器内显示表示三维空间的渲染二维图像，所述渲染二维图像包括所述三维表面点和表示所述三维空间内的所述三维叶片边缘点的图形图标。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述三维叶片边缘点中的至少一个三维叶片边缘点不匹配所述三维表面点中的任一个三维表面点的三维坐标，使得所述图形图标在所述渲染二维图像中从所述三维表面点移位。

17.根据权利要求16所述的方法，其中确定每个二维叶片边缘像素的三维叶片边缘点包括至少使用与所述二维叶片边缘像素的叶片侧上的像素相关联的多个三维表面点来确定拟合的叶片表面，并且确定与所述二维叶片边缘像素相关联的三维视线与所述拟合的叶片表面相交的三维坐标。

18.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述第一位置包括对所述白光图像和所述一个或多个结构光图像执行边缘检测。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供包括在图形用户界面显示空间内显示表示三维空间的渲染二维图像，所述渲染二维图像包括所述三维表面点和表征所述第一位置的图形图标，并且其中表征所述护罩的所述部分的所述三维表面点以相对于表征所述叶片的所述尖端的所述三维表面点的一致取向自动显示，而不管所述叶片和所述护罩在所述二维图像中的相对取向如何。

20.一种管道镜系统，所述管道镜系统包括图像传感器、显示器和处理器，其中所述至少一个处理器被配置为：

接收由所述图像传感器提供的数据生成的至少一个二维图像，所述至少一个二维图像至少包括叶片的尖端和护罩的一部分；

使用所述至少一个二维图像计算多个三维表面点；

自动识别在所述至少一个二维图像中的一个或多个二维图像中出现所述叶片的所述边缘的多个叶片边缘像素；

基于所述叶片边缘像素的所述位置和所述三维表面点确定多个三维叶片边缘点；

自动识别多个三维护罩点；

根据所述三维护罩点确定三维护罩表面；

确定每个三维叶片边缘点与所述三维护罩表面之间的边缘点距离；

基于所述边缘点距离确定结果距离；

在所述显示器上显示所述结果距离；

在所述显示器上显示由所述图像传感器提供的数据生成的图像和指示所述多个叶片边缘像素的所述位置的图形图标。

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