JP2011112649A - 熱的検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱的検査システムとして、コーティングされた部品を検査することができる、複合型のＩＲ検査および気流チェックシステムを開発すること。
【解決手段】熱的検査システム（１０）は、間接的または直接的に、構成部品の内部通路へ暖流および冷流を供給するように構成されている流体源（１２）を含む。システムは、暖流および冷流に対する構成部品の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置（１６）を含む。システムは、構成部品に供給される暖流および冷流を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計（２４）と、撮像装置に動作可能に接続されているプロセッサ（２２）とをさらに含む。プロセッサは、遷移時間頃に構成部品の過渡熱応答を求める。構成部品に供給される流れは、遷移時間に暖流から冷流に転換する。プロセッサは、遷移時間頃の過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するための許容範囲の値と比較する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、熱的検査のシステムおよび方法に関し、より具体的には、冷却された部品の非破壊熱的検査に関する。

タービンエーロフォイルなど、高温ガス経路の構成部品が、それらの極めて高い動作温度に耐えるように、フィルム冷却などの高度な冷却技術、および遮熱コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｒｒｉｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ：ＴＢＣ）などの高度なコーティングを使用する。フィルム冷却構成部品が、通常、普通より小さいピンゲージ（ｐｉｎ ｇａｕｇｅ）を使用することを含むピンチェック（ｐｉｎ ｃｈｅｃｋ）を用いて、かつ／または構成部品を通して水を流すことおよび水が各冷却孔から流れていることをオペレータに視覚的に確認させることを含む水流の可視化（ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）により、手動で検査される。これらの手動手法は定性的であり、オペレータの解釈の影響を受けやすい。

赤外線（ＩＲ）検査技術は、フィルム冷却構成部品の定量的客観的検査を実施する可能性を有する。しかし、ＩＲ検査システムと現在の気流チェックシステム（ｃｕｒｒｅｎｔ ａｉｒｆｌｏｗ ｃｈｅｃｋ ｓｙｓｔｅｍ）とは、通常は矛盾する要件を有し、それにより、多額の費用をかけて別々のシステムを使用することを余儀なくされている。さらに、既存のＩＲ検査システムは、コーティングされていない部品の検査に限定されることが多い。

米国特許第７６５１２６１号公報

したがって、複合型のＩＲ検査および気流チェックシステムを開発することが望ましい。さらに、検査システムがコーティングされた部品を検査することができること、例えばＴＢＣを備えた高温ガス経路構成部品を検査することができることが望ましい。

本発明の一態様が、少なくとも１つの冷却孔を有する構成部品の熱的検査のためのシステムに存在する。システムは、間接的または直接的に、構成部品の少なくとも１つの内部通路へ暖流および冷流を供給するように構成されている流体源を含む。システムは、暖流および冷流に対する構成部品の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置をさらに含む。熱応答は、構成部品の外面に関するいくつかの強度値または温度値に対応する。システムは、構成部品に供給される暖流および冷流を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計と、撮像装置に動作可能に接続されているプロセッサとをさらに含む。プロセッサは、遷移時間頃に構成部品の過渡熱応答を求めるように構成されている。構成部品に供給される流れは、遷移時間に暖流から冷流に転換する。プロセッサは、さらに、遷移時間頃の過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている。

本発明の別の態様が、いくつかの冷却孔といくつかの内部通路とを有する構成部品の熱的検査のためのシステムに存在する。システムは、構成部品の内部通路の少なくとも１つと流体連通しているプレナムと、プレナムに暖流および冷流を供給するように構成されている流体源とを含む。システムは、プレナムに供給される暖流および冷流の質量流量を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計と、暖流および冷流に対する構成部品の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置とをさらに含む。熱応答は、構成部品の外面に関するいくつかの強度値または温度値に対応する。システムは、プレナムと各内部通路との間の流体連通を選択的に遮断するように構成されているいくつかの駆動源付き気流停止装置（ａｃｔｕａｔｅｄ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｓｔｏｐ）と、撮像装置に動作可能に接続されているプロセッサとをさらに含む。プロセッサは、遷移時間頃に構成部品の過渡熱応答を求めるように構成されている。構成部品に供給される流れは、遷移時間に暖流から冷流に転換する。プロセッサは、さらに、遷移時間頃の過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている。

諸図面を通して同様の符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、本発明のこれらおよび他の特徴、態様、ならびに利点が、より良く理解されることになるであろう。

本発明の熱的検査システムの実施形態の図である。 本発明の気流チェックを備えた熱的検査システムの実施形態の図である。 図２に示されている熱的検査システムの自由選択的態様の図である。 冷却孔の位置を識別するための例示的過程の図である。 冷却孔の位置を識別するための別の例示的過程の図である。 単純な角度の付いた孔の図であり、赤い画素は、撮像され解析される領域を示す。 例示的成形（拡散）孔の図であり、そこで、赤い画素は、撮像され解析される領域を示す。

少なくとも１つの冷却孔を有する構成部品２の熱的検査のための検査システムが、図１を参照して記載されている。図１に示されている通り、熱的検査システム１０は、間接的または直接的に、構成部品２の少なくとも１つの内部通路へ暖流および冷流を供給するように構成されている流体源１２を含む。本明細書に使用されている用語「流体」は、液体および気体を包含することを理解されたい。例示的流体には、圧縮空気などの圧縮気体が含まれる。流体の他の限定されない例には、窒素、蒸気、水、および任意のニュートン流体が含まれる。本明細書に使用されている用語「暖かい」および「冷たい」は、相対的なものに過ぎないことに留意されたい。例示的「構成部品」には、それに限定されないがタービンエンジンなどのエンジンシステムで使用される機器が含まれる。構成部品の限定されない例には、タービン内の高温ガス経路構成部品などのフィルム冷却構成部品が含まれ、例えば、固定羽根（ノズル）、タービンブレード（ロータ）、燃焼器ライナ、他の燃焼システム構成部品、トランジションピース、およびシュラウドなどである。例えば図１に示されている例示的装置では、流体源は、空気源１２（例えば圧縮機）と、マニホルド１３と、関連弁１４とを含む。流れの駆動は、急または緩やかとすることができる。しかし、詳細な実施形態によれば、使用可能データ期間中、流速は実質的に一定のままであり、それにより、この期間中に「定常流熱過渡（ｓｔｅａｄｙ−ｆｌｏｗ ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）」がもたらされる。

システムは、暖流および冷流に対する構成部品２の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置１６をさらに含む。例えば、時系列の画像は、部品上のいくつかの表面位置の温度プロファイルを時間の関数として得るために、ある期間にわたって、連続してキャプチャされてもよい。熱応答は、構成部品２の外面に関するいくつかの強度値または温度値に対応する。熱応答は、通常、画像に関する強度値のセットとして得られることに留意されたい。この強度値を温度値と相関し、温度を決定することができる。本明細書に記載されている作業過程は、温度値に基づいて実施されているように記載されているが、当業者は、作業過程が強度値を用いて実施されてもよいことを理解するであろう。赤外線カメラなどの赤外線検出デバイス、作動高温計（ａｃｔｕａｔｉｎｇ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）、および一点高温計（ｓｉｇｌｅ ｐｏｉｎｔ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）を含むがそれらに限定されないいくつかの撮像装置１６が、使用されてもよい。詳細な実施形態によれば、撮像装置は、赤外線カメラを含む。赤外線カメラの限定されない一例が、ＴｈｅｒｍＣＡＭ（登録商標）ＳＣ３０００赤外線撮像カメラであり、これは、オレゴン州ポートランド、マサチューセッツ州ボストン、およびスウェーデンのストックホルムに事務所があるＦＬＩＲ Ｓｙｓｔｅｍｓ社から市販されている。

さらに、熱的検査システム１０は、撮像装置１６および／または構成部品２の動きを他方に対して制御し自動化するように構成されているマニピュレータ１８をさらに含み得る。マニピュレータ１８は、ロボットアームまたは他の自動手段を含み得る。熱的検査システム１０は、熱的検査の結果を表示するためにプロセッサ２２に連結されている表示モニタ２０をさらに含み得る。

熱的検査システム１０は、構成部品２に供給される暖流および冷流を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計２４をさらに含む。特定の実施に応じて、流れは、加熱から冷却へ、または冷却から加熱へ転換し得る。流量計２４の限定されない例には、音速ノズル、Ｃｏｒｉｏｌｉｓ流量計、層流型流量計（ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ）、オリフィス板、および亜音速Ｖｅｎｔｕｒｉｓが含まれる。

熱的検査システム１０は、撮像装置１６に動作可能に接続されておりかつ遷移時間頃の構成部品２の過渡熱応答を求めるように構成されているプロセッサ２２をさらに含み、構成部品２に供給される流れは、遷移時間に暖流から冷流に転換する。本明細書に使用されている語句「遷移時間頃」は、遷移時間時点のまたはその近くの時間を意味すると理解されるべきである。例えば、過渡熱応答が求められる時間は、遷移時間の＋／−０．０１０の範囲内としてもよい。プロセッサ２２は、さらに、遷移時間頃の過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、構成部品２が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている。基礎値の限定されない例には、１つまたは複数の局所値、一群の局所値の平均値、および一群の局所値の標準偏差が含まれる。さらに、「基礎値」は、例えば所望の仕様に適合するサンプル（または「公称」）部品を使用して、引き出すことができる。例えば、基礎値は、適切な大きさに作られた開かれた冷却通路を有することが分かっているサンプル構成部品の基礎過渡熱応答を測定することにより求められてもよい。語句「所望の仕様に適合する」の限定されない例には、外側から孔の部分閉塞または全体閉塞をもたらす構成部品の外面上に蓄積する可能性がある堆積物からの部分閉塞または全体閉塞を防ぐことと、正しいフィルム孔サイズを有することと、鋳造工程からの使い残しのスラグ、クリーニング工程からの破片など、通路の不適切な形成物を防ぐことと、内部通路の部分閉塞または全体閉塞をもたらす不適切な寸法を防ぐこととが含まれる。

プロセッサ２２はまた、カメラコントローラ（図示せず）に連結されていて、得られた結果を表示モニタ２０上に出力してもよい。プロセッサは、通常、適切な頻度の画像フレームレート、例えば１秒当たり１０フレームより多く、通常は１秒当たり１５フレームより多くを、撮像装置からキャプチャすることができる。構成部品２の温度時間歴が、撮像装置１６とプロセッサ２２とを使用することにより容易に測定される。構成部品２の外面上の各位置の温度時間歴は、解析のためにプロセッサ２２内に記録されてもよい。外面温度分布の詳細な測定は、撮像装置１６の解像度すなわち撮像装置１６における画素配列の密度に左右される。

本発明は、本発明の処理タスクを実施する任意の特定のプロセッサに限定されないことに留意されたい。本明細書に使用されている用語「プロセッサ」は、本発明のタスクを実施するのに必要な計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ，ｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ）を実施することができる任意のマシンを意味するものである。用語「プロセッサ」は、構造化された入力を受け取ること、および出力を生成するために所定の規則に従ってその入力を処理することができる任意のマシンを意味するものである。また、当業者に理解されるであろうように、本明細書に使用されている語句「ように構成されている」は、本発明のタスクを実施するハードウェアおよびソフトウェアの組合せがプロセッサに設けられていることを意味することに留意されたい。

詳細な実施形態によれば、プロセッサ２２は、遷移時間頃の時間に対する強度値または温度値の２次導関数から答を得る（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅ）ことにより、過渡熱応答を求めるように構成されている。あるいは、遡ってフレーム数をフレームレートと相関することができる。プロセッサ２２は、強度値または温度値の２次導関数を、それぞれの基礎値（１つもしくは複数）と、またはそれぞれの許容範囲の値と比較することにより比較を実施し、構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている。

さらに詳細な実施形態によれば、画像の各々がいくつかの画素に対応し、プロセッサ２２は、さらに、画像内の画素の相対強度に基づいて、構成部品２の外面上の冷却孔の各位置を識別するように構成されている。ある例示的実施形態では、プロセッサ２２は、さらに、２次導関数の極小値を求め、極小値の大きさを、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するように構成されている。すなわち、このデータサブセット内で、「ピーク」値（負の値したがって極小値）が求められる。構成部品が熱くなるにつれて、構成部品は、略一定の割合の温度上昇（Ｔ’）を経験する。ヒータ３０がオフにされ、同時に冷たい空気がヒータ３０の周囲を迂回させられると、時間に対する温度変化率（または傾き）は、突然変化する。温度（または強度）の２次導関数を使用することにより、冷却孔の温度（または強度）の傾きまたは加速の変化が定量化される。

開放冷却孔では、熱気から冷気への遷移時の２次導関数ピークの大きさが、一般的に高絶対値である。フィルム孔が内部通路に沿ってどこに配置されているかなどの要因が、この一般法則に影響を及ぼし得る。例えば、内部蛇行通路の端部の冷却孔は、入口に配置されている冷却孔より弱い熱過渡を経験する。これは、空気が熱気過渡中に熱をバルク材へ失うこと、および空気が冷却過渡中に熱を獲得することによる。このように、各冷却孔は熱過渡に対する独自の応答を有し、これを特性付けなければならない。最初の検査により、閉塞冷却孔の１つの指標が、熱気から冷気への遷移時点のθ”のピーク絶対値の減少であることが分かった。閉塞冷却孔は、対流の付加的な冷却の利益を失い、伝導のみに依存し、したがって開放冷却孔と比較して温度低下の加速を経験する。

別の詳細な実施形態によれば、プロセッサ２２は、さらに、２次導関数の極小値を求め、極小値が発生する時間を、基礎値（１つもしくは複数）と、または許容範囲の値と比較し、各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するように構成されている。

詳細な実施形態によれば、画像の各々がいくつかの画素に対応し、プロセッサ２２は、さらに、画素の少なくとも一部分のための時間に対する強度値または温度値の１次導関数Ｔ’（ｔ）を計算し、画素の一部分のための時間に対する強度値または温度値のその１次導関数Ｔ’（ｔ）を正規化するように構成されている。例えば、この１次導関数は、流入空気温度の日々の変化および変化する初期部品温度（ｉｎｉｔｉａｌ ｐａｒｔ ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ）を説明する方程式１により正規化されてもよい。

正規化により、いずれの流入空気温度の日々の変化および変化する初期部品温度の影響も除去されることが有利である。この実施形態では、プロセッサ２２は、さらに、正規化された１次導関数を使用して時間に対する強度値または温度値の２次導関数を計算するように構成されており、流れが暖流から冷流に転換する遷移時間頃に２次導関数から答が得られるようになっている。すなわち、θ’（ｔ）において別の順方向導関数（ｆｏｒｗａｒｄ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）が使用され、画素値の平均が計算されて、各時間ステップにおける冷却孔を表す。次いで、ヒータ３０がオフにされ、このヒータの周囲で流れが迂回させられた時点頃に、得られたθ”（ｔ）から答を得る。正規化された２次導関数を得るために、他のプロセスが使用されてもよい。例えば、Ｔ→θ→θ’→θ”など。

プロセッサ２２は、さらに、画像内の画素の相対強度に基づいて、構成部品２の外面上の冷却孔の各位置を識別するように構成されていてもよい。冷却孔の限定されない例には、フィルム冷却孔が含まれる。本実施形態では、１次導関数の計算のために選択された画素の一部分が、冷却孔の位置に対応する。例えば、図４および５に示されているプロセスが使用されてもよい。しかし、これらは例であり、本発明は、これら特定のプロセスマップに限定されない。図４により示されている例示的プロセスでは、ステップ４０において、過渡ＩＲ画像が収集される。次に、ステップ４２において特定の画像が選択されるか、またはステップ４４において複数の画像が平均化されるかのどちらかが行われる。ステップ４６において、関心領域（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）が、選択された画像または平均化された画像のどちらかを使用して、各冷却孔について選択される。ステップ４８において、最高強度（最大輝度）を有するＲＯＩ内の画素が選択される。ステップ５０において、最大輝度の華氏１から２度の範囲内でＮ個の繋がった画素が選択され、最大輝度に中心がある得られた画素部分が、冷却孔に対応する。限定されない一例では、Ｎ＝５である。本プロセスは、冷却孔の位置を識別するために、それらの各々について実行することができる。

同様に、図５により示されている例示的プロセスでは、ステップ４０において、過渡ＩＲ画像が収集される。次に、ステップ４２において特定の画像が選択されるか、またはステップ４４において複数の画像が平均化されるかのどちらかが行われる。ステップ５２において、複数の冷却孔を含むバルク領域がマスキングされる。バルクマスキングは、いくつかの目的に役立つ。第１に、バルクマスキングは、関心領域および解析領域を狭めて、「誤った孔」（または画像内の孔であるように見えるエーロフォイル表面上の傷）を選択する可能性を最小限にしながら孔を発見する可能性を増大させる。さらに、バルクマスキングは、小さい画像および孔の移動を説明する縁部および他の特徴を利用し、それにより、孔を適切に配置するソフトウェアの能力を向上させる。有意に、バルクマスキングにより、新しい部品または新しい製造／検査ラインのためのより速い設定が可能になる。さらに、バルクマスキングにより、より大きな孔密集度を有する部品またはより密集している孔の検査が可能になる。ステップ５４において、統計的閾値が実施されて、マスキングされた領域内の各冷却孔内の画素を識別する。統計的閾値の限定されない一例は、適応的閾値である。この作業過程は、画素ごとに大いに異なる変化率により画像の特徴を強調する強度勾配設定を使用する。これは画像処理において一般的な方法であるが、通常、熱的検査データの解析には使用されない。これらの特徴（孔）が（通常は数個より多い画素として）識別されると、識別された特徴のセントロイドがステップ５０に供給される。さらに、閾値化が実施された後、パターン認識または他の特徴ラベリング／特徴識別／マッピング作業過程を行うことができる。ステップ５０において、最大輝度の華氏１度から２度の範囲内でＮ個の繋がった画素が選択され、最大輝度に中心がある得られた画素部分が、各冷却孔に対応する。限定されない一例では、Ｎ＝５である。図５のプロセスは、冷却孔の位置を識別するために、それらの各々について実施することができる。前述の通り、プロセッサ２２は、さらに、２次導関数の極小値を求め、極小値の大きさまたは極小値が発生する時間のどちらかを、基礎値（１つもしくは複数）と、または許容範囲の値と比較し、各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するように構成されていてもよい。

いくつかの異なる構成部品２は、１つより多い冷却孔を有する。詳細な実施形態によれば、プロセッサ２２は、さらに、所望の仕様に適合しない冷却孔のいずれかの位置を識別するように構成されている。例えば、オペレータがディスプレー２０上で見るように、プロセッサ２２は、閉塞孔の行番号および孔番号を出力してもよい。あるいは、プロセッサ２２は、バーコードラベラ（図示せず）に、閉塞孔の位置を識別するバーコードを印刷するように命令してもよく、その結果、ラベル（図示せず）を構成部品２に貼付することができる。次いで、バーコードラベルを走査することができ、そこにコード化されている情報を使用して、構成部品２を修理または再加工することができる。

図１に示されている装置では、熱的検査システム１０は、プレナム２６と少なくとも１つの圧力センサ２８とをさらに含む。示されている通り、流体源１２は、暖流および冷流をマニホルド１３および弁１４経由でプレナム２６に供給する。流量計２４と圧力センサ２８とは、プレナム２６に供給される暖流および冷流ならびに圧力を測定するように構成されている。プレナム２６は、構成部品２の少なくとも１つの内部通路と流体連通している。図示の実施形態では、プレナムに供給される流体の温度を測定するために、少なくとも１つの温度センサ（やはり参照番号２８で示されている）が設けられている。これらの流量、圧力および温度の示度を使用して、測定のための一貫した条件が確実に存在するようにすることができる。さらに、温度センサおよび／または圧力センサが、例えば図１にＰ_１、Ｐ_２およびＴ_１で示されているように、流体流経路に沿った他の地点での温度／圧力を測定するために設けられてもよい。

図１に示されている装置では、熱的検査システム１０は、撮像装置１６と構成部品２との相対位置および／または相対配向を操作する少なくとも１つのマニピュレータ１８をさらに含む。図示の装置では、マニピュレータ１８は、構成部品２に対して撮像装置１６を動かすように構成されているロボットアーム１８を含む。詳細な実施形態では、マニピュレータは、６度の自由を有していてもよい。

いくつかの異なる構成部品２は、１つより多い冷却孔を有する。例示的フィルム冷却孔が、図６および７に示されている。図６および７に示されているフィルム孔の赤い部分および青い部分は、ＩＲカメラにより撮像された可視領域である。単純な角度の付いた孔が、図６に示されており、赤い画素は、開放フィルム孔または閉塞フィルム孔の存在を確認するために撮像され解析される領域を表す。図７は、例示的成形（拡散器）孔を示し、そこで、赤い画素は、開放フィルム孔または閉塞フィルム孔の存在を確認するために撮像され解析される領域を表す。詳細な実施形態では、マニピュレータ１８は、撮像装置１６と構成部品２との相対配向の角度を変えて、異なる冷却孔を検査するように構成されている。さらに、マニピュレータ１８は、撮像装置１６と構成部品２との相対位置を変えて、各冷却孔内部で撮像装置１６の焦点を調節するように構成されていてもよい。この特徴は、成形孔を検査するために特に有用であり、その成形孔の限定されない一例が、図７に示されている。

気流チェックを備えた熱的検査システム６０に関する本発明の別の実施形態が、図２を参照して記載されている。図１および２から明白である通り、熱的検査システム６０のいくつかの特徴は、熱的検査システム１０の特徴と同様であり、共通の特徴の詳細は、繰り返さない。熱的検査システム６０は、複数の冷却孔と複数の内部通路とを備えた構成部品２を検査することに特に適している。図２に示されている通り、システム６０は、構成部品２の内部通路の少なくとも１つと流体連通しているプレナム２６と、プレナム２６に暖流および冷流を供給するように構成されている流体源１２とを含む。プレナム２６および流体源１２は、図１を参照して前段で詳細に検討されている。

熱的検査システム６０は、プレナム２６に供給される暖流および冷流の質量流量を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計２４をさらに含む。熱的検査システム６０はまた、暖流および冷流に対する構成部品２の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置１６を含む。熱応答は、構成部品２の外面に関するいくつかの強度値または温度値に対応する。流量計２４および撮像装置１６は、前段で図１を参照して詳細に検討されている。

図２の図示の例では、熱的検査システム６０は、内部通路にかつヒータ３０を迂回するためのバイパス（三方）弁６２に供給されることになる流体を加熱するヒータ３０をさらに含む。この限定されない例では、暖かい気流と冷たい気流とが分離される。これらの気流は、プレナム２６を通って単一の計量空気源（ａ ｓｉｎｇｌｅ ｍｅｔｅｒｅｄ ａｉｒ ｓｏｕｒｃｅ）により供給される。気流は、メッシュヒータ３０へ向けて送られるか、または三方弁６２によりヒータ３０の周囲を迂回させられる。ヒータ３０およびヒータバイパスは、構成部品の冷却通路に進入する前に、プレナム２６内に直接排気する。

図２に概略的に示されている通り、熱的検査システム６０は、プレナム２６と各内部通路との間の流体連通を選択的に遮断するように構成されている（まとめて参照番号３２で示されている）いくつかの駆動源付き気流停止装置をさらに含む。限定されない一例では、構成部品２の冷却通路は、一連の駆動源付きプラグ（ａｃｔｕａｔｅｄ ｐｌｕｇ）３２によりプレナム２６に対して開閉される。プラグ３２は、構成部品の冷却通路への入口を覆っており、空気圧シリンダ（図示せず）により駆動されてもよい。Ｏリングシール（図示せず）により密封が達成されることにより、通路内への漏出を防止してもよい。

図１に示されている装置と同様に、熱的検査システム６０は、撮像装置に動作可能に接続されており、遷移時間頃に構成部品の過渡熱応答を求めるように、かつ遷移時間頃の過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されているプロセッサ２２をさらに含む。詳細な実施形態によれば、プロセッサ２２は、遷移時間頃の時間に対する強度値または温度値の２次導関数から答を得ることにより、過渡熱応答を求めるように構成されている。本実施形態では、プロセッサは、強度値または温度値の２次導関数を、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、構成部品２が所望の仕様に適合するかどうかを判定することにより、比較を実施するように構成されている。通常、画像の各々がいくつかの画素に対応し、詳細な実施形態では、プロセッサ２２は、さらに、構成部品２の外面上の冷却孔の各位置を、画像内の画素の相対強度に基づいて確認するように構成されている。プロセッサ２２の他の態様が、図１、４および５を参照して前段で検討されている。

熱的検査システム６０を使用して、構成部品がコーティングされる前および／または後に、タービンブレードまたは他の高温ガス経路構成部品におけるフィルム孔の製造欠陥を検出してもよいことが有利である。システム６０の一実施形態では、閉塞フィルム孔が識別される。構成部品２は、プレナム２６の上方に置かれている固定具内に装填される。一連の自動ステップにより構成部品が固定され、該構成部品を通る所望の空気質量流量が確立される。ロボットアーム１８に取り付けられている赤外線カメラ１６が、構成部品上のフィルム孔全ての検査を必要とする種々の位置に配置される。メッシュヒータ３０を使用して構成部品２が短時間の加熱過渡を経ると、カメラ１６はトリガされ、各位置で表面温度応答を記録し、これにより、冷却過渡と同様に、温度の略階段状の変化がもたらされる。弁６２が冷気をプレナム２６までヒータ３０の周囲で迂回させると同時に、ヒータ３０がオフにされると、冷却過渡が起こる。例えば図４および５を参照して前段で検討された通り、画像処理アルゴリズムを使用して、カメラフレーム内で各フィルム孔を画定する画素を識別する。次いで、それらの画素の過渡データの２次導関数が冷却過渡の開始頃に解析されて、フィルム孔が許容可能な公差内にあるかどうかが判定されてもよい。詳細な実施形態では、システム６０は、いずれの閉塞フィルム孔も文書で記録し、オペレータへの結果の概要をディスプレー２０上に表示する。

限定されない一例示的実施では、ＩｎＳｂ検出器を備えたＦＬＩＲ ＳＣ４０００赤外線カメラ１６が、ＦＡＮＵＣ ＬＲ Ｍａｔｅ ２００ｉＣ ６軸ロボットアーム１８に取り付けられている。ロボットアーム１８は、基部に取り付けられており、適切な安全保護装置で完全に封入されている。カメラ１６は、公称３〜５ミクロンの波長範囲で動作し、該範囲を３．９〜５にさらに狭めるフィルタ（図示せず）を有する。検査される構成部品２は、構成部品がフィルム孔気流仕様に適合するかどうかを判定するのに現在使用されている標準的な気流固定装置内に装填される。この標準的な気流固定装置は、構成部品の底部を封止し、気流が、基部の下方に取り付けられているプレナム２６から内部通路へ進行することを可能にする。プレナム２６の下方に、プログラム可能な論理を備えた直流電源（図示せず）に接続されているニクロムＶワイヤメッシュ３０で構成されているメッシュヒータ３０があり、このプログラム可能な論理は、出力レベルを制御し、所望の加熱過渡特性を確立する。電磁弁により駆動される空気式三方弁６２が、メッシュヒータの下方に配置されている拡散器へ向けて気流を送るか、または駆動された場合、空気を直接プレナムへ迂回させる。三方弁６２の上流に、質量流量を測定するのに使用される音速ノズル２４および所望の質量流量を設定するプログラム可能な空気レギュレータがある。この特定の実施形態では、データ収集ハードウェアと併用されるＬａｂＶＩＥＷソフトウェアを使用して、種々のアナログおよびデジタル入力／出力により、全てのシステム構成部品とタイミングとを制御する。

図示の装置では、熱的検査システム６０は、プレナム２６内部の圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサと、プレナム２６内部の流体の温度を測定する少なくとも１つの温度センサとをさらに含む。温度センサおよび圧力センサはどちらも、図２に参照番号２８で示されている。図示の装置では、プロセッサ２２は、温度センサおよび圧力センサ２８と、流量計２４とに動作可能に接続されており、プロセッサ２２は、さらに、プレナム２６内部の圧力および温度ならびに流量計２４により測定される質量流量に基づいて、内部通路の少なくとも１つを通る流量を決定するように構成されている。

図３は、熱的検査システム６０の付加的な自由選択的特徴を示す。図３に示されている装置では、熱的検査システム６０は、冷却孔のそれぞれを遮断しかつ冷却孔における静圧を測定するように構成されている少なくとも１つ圧力変換器３４をさらに含む。より詳細な実施形態によれば、プロセッサ２２は、圧力変換器３４に動作可能に接続されており、さらに、測定された静圧を基礎値と比較して、各冷却孔が動作可能かどうかを判定するように構成されている。図３に示されている装置では、システム６０は、圧力変換器３４に動作可能に接続されておりかつ圧力変換器３４を冷却孔のそれぞれへ挿入しそこから除去するように構成されている少なくとも１つのマニピュレータ６８をさらに含む。マニピュレータ６８は、ロボットアームまたは他の自動手段を含んでいてもよい。

図３に示されている装置では、システム６０は、プレナム２６内部の圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサ２８と、プレナム内部の流体の温度を測定する少なくとも１つの温度センサ２８とをさらに含む。図示の装置では、プロセッサ２２は、圧力センサおよび温度センサ２８と、圧力変換器３４と、流量計２４とに動作可能に接続されている。より詳細な実施形態によれば、プロセッサ２２は、さらに、測定された質量流量、圧力および温度の値を正規化して標準状態にするように、かつ標準化された質量流量、圧力および温度の値を各基礎値と比較して、構成部品２が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている。

熱的検査システム６０は、完全に自動化され、したがって現在の検査システムより速く、向上した精度を備えている可能性があることが有利である。さらに、熱的検査システム６０により、自由選択的に全ての検査された構成部品の記録を作成しながら、オペレータが他のタスクを実施することが可能になり、それにより生産処理量が増大する。再加工を要するとして識別された孔を、オペレータがマシンにどの孔に再加工が必要か伝達する必要なく、ネットワーク通信で適切なマシンに自動的送信することが可能であり、それにより、オペレータの時間を相当に節約する。

さらに、熱的検査システム６０は、気流設計仕様および開放孔検査に関してガスタービン構成部品を検査する製造工場にコスト削減および生産性向上による節約の可能性をもたらす。節約は、設備費用および労働コストの削減において実現されてもよい。赤外線（ＩＲ）ピンチェックにより、骨の折れる手作業のピンチェックおよび目視による水流検査が排除される。オペレータが、１つの構成部品を検査するのに通常５〜１０分を費やす。ＩＲピンチェックの自動化で、その時間を他の生産領域に再配分することができる。

熱的検査システム６０の他の利点には、ピンチェック作業過程および水流作業過程が定性的でありかつオペレータの裁量に左右されるのに対して、ＩＲピンチェック法が孔の開放性に対する定量的測定を提供することが含まれる。さらに、ピンチェックおよび水流が、通常は検査および製造品質を監視するためのデータベースの作成に使用されないのに対して、ＩＲピンチェックの示度は、電子的に格納され得る。

本発明のある特徴のみが本明細書に図示され記載されているが、多くの修正および変更を当業者が思い付くであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内に入る全てのそのような修正および変更を包含するものであることを理解されたい。

２ 構成部品
１０ 熱的検査システム
１２ 流体源
１３ マニホルド
１４ 弁
１６ 撮像装置
１８ マニピュレータ
２０ 表示モニタ、ディスプレー
２２ プロセッサ
２４ 流量計
２６ プレナム
２８ 圧力センサ
３０ ヒータ
３２ 気流停止装置、駆動源付きプラグ
３４ 圧力変換器
４０ ＩＲ画像を収集するステップ
４２ 画像を選択するステップ
４４ 複数の画像を平均化するステップ
４６ ＲＯＩを求めるステップ
４８ 最高強度を有するＲＯＩ内の画素を識別するステップ
５０ 最大輝度としてＮ個の繋がった画素を見つけるステップ
５２ 複数の冷却孔を含む領域をマスキングするステップ
５４ 統計的閾値を実施するステップ
６０ 熱的検査システム
６２ バイパス弁
６８ マニピュレータ

Claims (12)

1. 少なくとも１つの冷却孔を有する構成部品（２）の熱的検査のためのシステム（１０）であって、
   間接的または直接的に、前記構成部品の少なくとも１つの内部通路へ暖流および冷流を供給するように構成されている流体源（１２）と、
   前記暖流および前記冷流に対する前記構成部品の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置（１６）であり、前記熱応答は、前記構成部品の外面に関する複数の強度値または温度値に対応する、撮像装置と、
   前記構成部品に供給される前記暖流および前記冷流を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計（２４）と、
   前記撮像装置に動作可能に接続されたプロセッサ（２２）であり、
   遷移時間頃に前記構成部品の前記過渡熱応答を求め、前記構成部品に供給される流れが前記遷移時間に前記暖流から前記冷流に転換し、
   前記遷移時間頃の前記過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または前記許容範囲の値と比較し、構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている、プロセッサ（２２）と
   を含む、システム。
2. 前記プロセッサ（２２）が、前記遷移時間頃の時間に対する前記強度値または前記温度値の２次導関数から答を得ることにより、前記過渡熱応答を求めるように構成されており、
   前記プロセッサが、前記強度値または前記温度値の前記２次導関数を、前記各基礎値と、または前記前記各許容範囲の値と比較し、構成部品が前記所望の仕様に適合するかどうかを判定することにより、前記比較を実施するように構成されており、
   前記画像の各々が複数の画素に対応し、前記プロセッサ（２２）が、前記構成部品（２）の前記外面上の前記１つまたは複数の冷却孔の位置のそれぞれを、前記画像内の前記画素の相対強度に基づいて識別するようにさらに構成されており、
   前記プロセッサ（２２）が、前記２次導関数の極小値を求め、前記極小値の大きさを、前記１つもしくは複数の基礎値と、または前記許容範囲の値と比較し、前記各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
3. 前記プロセッサ（２２）が、前記遷移時間頃の時間に対する前記強度値または前記温度値の２次導関数から答を得ることにより、前記過渡熱応答を求めるように構成されており、
   前記プロセッサが、前記強度値または前記温度値の前記２次導関数を、前記各基礎値と、または前記前記各許容範囲の値と比較し、構成部品が前記所望の仕様に適合するかどうかを判定することにより、前記比較を実施するように構成されており、
   前記画像の各々が複数の画素に対応し、前記プロセッサ（２２）が、前記構成部品（２）の前記外面上の前記１つまたは複数の冷却孔の位置のそれぞれを、前記画像内の前記画素の相対強度に基づいて識別するようにさらに構成されており、
   前記プロセッサ（２２）が、前記２次導関数の極小値を求め、前記極小値が発生する時間を、前記１つもしくは複数の基礎値と、または前記許容範囲の値と比較し、前記各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
4. 前記プロセッサ（２２）が、前記遷移時間頃の時間に対する前記強度値または前記温度値の２次導関数から答を得ることにより、前記過渡熱応答を求めるように構成されており、
   前記画像の各々が複数の画素に対応し、前記プロセッサ（２２）が、
   前記画素の少なくとも一部分のための時間に対する前記強度値または前記温度値の１次導関数を計算し、
   前記画素の前記一部分のための時間に対する前記強度値または前記温度値の前記１次導関数を正規化し、
   前記正規化された１次導関数を使用して、時間に対する前記強度値または前記温度値の前記２次導関数を計算し、流れが前記暖流から前記冷流に転換する前記遷移時間頃に前記２次導関数から答を得るようにさらに構成されており、
   前記プロセッサ（２２）が、前記構成部品（２）の前記外面上の前記１つまたは複数の冷却孔の位置のそれぞれを、前記画像内の前記画素の相対強度に基づいて識別するようにさらに構成されており、前記１次導関数の計算のために選択された前記画素の前記一部分が、前記冷却孔の前記位置に対応し、
   前記プロセッサ（２２）が、前記２次導関数の極小値を求め、前記極小値の大きさを、前記１つもしくは複数の基礎値と、または前記許容範囲の値と比較し、前記各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
5. 前記プロセッサ（２２）が、前記遷移時間頃の時間に対する前記強度値または前記温度値の２次導関数から答を得ることにより、前記過渡熱応答を求めるように構成されており、
   前記画像の各々が複数の画素に対応し、前記プロセッサ（２２）が、
   前記画素の少なくとも一部分のための時間に対する前記強度値または前記温度値の１次導関数を計算し、
   前記画素の前記一部分のための時間に対する前記強度値または前記温度値の前記１次導関数を正規化し、
   前記正規化された１次導関数を使用して、時間に対する前記強度値または前記温度値の前記２次導関数を計算し、流れが前記暖流から前記冷流に転換する前記遷移時間頃に前記２次導関数から答を得るようにさらに構成されており、
   前記プロセッサ（２２）が、前記構成部品（２）の前記外面上の前記１つまたは複数の冷却孔の位置のそれぞれを、前記画像内の前記画素の相対強度に基づいて識別するようにさらに構成されており、前記１次導関数の計算のために選択された前記画素の前記一部分が、前記冷却孔の前記位置に対応し、
   前記プロセッサ（２２）が、前記２次導関数の極小値を求め、前記極小値が発生する時間を、前記１つもしくは複数の基礎値と、または前記許容範囲の値と比較し、前記各冷却孔が少なくとも部分的に閉塞しているかどうかを判定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
6. 前記撮像装置（１６）と前記構成部品（２）との相対位置および相対配向の少なくとも１つを操作する少なくとも１つのマニピュレータ（１８）をさらに含み、
   前記構成部品（２）が、１つより多い冷却孔を有し、前記マニピュレータ（１８）が、前記冷却孔の異なるものを検査するために、前記撮像装置と前記構成部品との前記相対配向の角度を変えるように構成されている、請求項１記載のシステム。
7. 前記撮像装置（１６）と前記構成部品（２）との相対位置および相対配向の少なくとも１つを操作する少なくとも１つのマニピュレータ（１８）をさらに含み、前記マニピュレータ（１８）が、前記撮像装置と前記構成部品との前記相対位置を変えて、前記各冷却孔内部で前記撮像装置の焦点を調節するように構成されている、請求項１記載のシステム。
8. 前記構成部品（２）が、１つより多い冷却孔を有し、前記プロセッサが、前記所望の仕様に適合しない前記冷却孔のいずれかの位置を識別するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
9. 複数の冷却孔と複数の内部通路とを有する構成部品（２）の熱的検査のためのシステム（６０）であって、
   前記構成部品の前記内部通路の少なくとも１つと流体連通しているプレナム（２６）と、
   前記プレナムへ暖流および冷流を供給するように構成されている流体源（１２）と、
   前記プレナムに供給される前記暖流および前記冷流の質量流量を測定するように構成されている少なくとも１つの流量計（２４）と、
   前記暖流および前記冷流に対する前記構成部品の過渡熱応答に対応する時系列の画像をキャプチャするように構成されている撮像装置（１６）であり、前記熱応答は、前記構成部品の外面に関する複数の強度値または温度値に対応する、撮像装置と、
   前記プレナムと前記内部通路のそれぞれとの間の前記流体連通を選択的に遮断するように構成されている複数の駆動源付き気流停止装置（３２）と、
   前記撮像装置に動作可能に接続されたプロセッサ（２２）であり、
   遷移時間頃に前記構成部品の前記過渡熱応答を求め、前記構成部品に供給される流れが前記遷移時間に前記暖流から前記冷流に転換し、
   前記遷移時間頃の前記過渡熱応答を、１つもしくは複数の基礎値と、または許容範囲の値と比較し、前記構成部品が所望の仕様に適合するかどうかを判定するように構成されている、プロセッサ（２２）と
   を含む、システム。
10. 前記プレナム内部の圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサ（２８）と、
    前記プレナム内部の前記流体の温度を測定する少なくとも１つの温度センサ（２８）と
    をさらに含み、
    前記プロセッサ（２２）が、前記圧力センサおよび前記温度センサならびに前記少なくとも１つの流量計（２４）に動作可能に接続されており、前記プロセッサが、前記プレナム内部の前記圧力および前記温度ならびに前記少なくとも１つの流量計により測定される前記質量流量に基づいて、前記内部通路の少なくとも１つを通る流量を決定するようにさらに構成されている、請求項９記載のシステム（６０）。
11. 前記冷却孔のそれぞれを遮断し、前記冷却孔における静圧を測定するように構成されている少なくとも１つの圧力変換器（３４）と、
    前記少なくとも１つの圧力変換器（３４）に動作可能に接続されており、前記圧力変換器を前記冷却孔のそれぞれへ挿入しそこから除去するように構成されている少なくとも１つのマニピュレータ（６８）と
    をさらに含み、
    前記プロセッサ（２２）が、前記圧力変換器３４に動作可能に接続されており、前記測定された静圧を基礎値と比較し、前記各冷却孔が動作可能かどうかを判定するようにさらに構成されている、請求項９記載のシステム（６０）。
12. 前記冷却孔のそれぞれを遮断し、前記冷却孔における静圧を測定するように構成されている少なくとも１つの圧力変換器（３４）と、
    前記プレナム内部の圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサ（２８）と、
    前記プレナム内部の前記流体の温度を測定する少なくとも１つの温度センサ（２８）と、
    をさらに含み、
    前記プロセッサ（２２）が、前記圧力センサおよび前記温度センサ、前記圧力変換器（３４）、ならびに前記流量計（２４）に動作可能に接続されており、前記プロセッサが、前記測定された質量流量、圧力および温度の値を正規化して標準状態にするように、かつ前記標準化された質量流量、圧力および温度の値を各基礎値と比較し、前記構成部品（２）が前記所望の仕様に適合するかどうかを判定するようにさらに構成されている、請求項９記載のシステム（６０）。