JP2015513026A - 産業用ガスタービンおよび他の発電機械を自動光学検査するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

ガスおよび蒸気のタービンなど、発電機械の内部部品は、カメラの視界（ＦＯＶ）を、機械内の関心のある領域に、あらかじめ指定された運行経路に沿って自動的に位置決めし、人が介入することなく画像を取得できる光学カメラ検査システムで検査される。自動的なカメラの位置決めおよび画像取得は、自動的に、または、操作者の許可を受けた後に開始され得る。あらかじめ指定された運行経路は、操作者が、発電機械または同じタイプの同様のものの検査範囲を位置決めし、将来の繰り返しのために位置決めステップを記録することで、定めることができる。運行経路は、仮想的なシミュレーションによって定めることもできる。

Description

同時継続出願の参照
本出願は、本出願と同時に出願され、割り当てられた出願番号(不明)で代理人整理番号2011P22742USの「System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Multi-Axis Inspection Scope」という名称の同時係属中の米国特許出願と、割り当てられた出願番号(不明)で代理人整理番号2011P22744USの「System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Articulated Multi-Axis Inspection Scope」という名称の同時係属中の米国特許出願の利益を主張するものであり、それらはすべて参照により本明細書に組み込まれている。

本発明は、産業用ガスタービンと、非限定的な例として蒸気タービンおよび発電機を含む他の発電機械とを、非破壊で内部検査するための光学カメラシステムに関する。より詳細には、本発明は、カメラの視界（ＦＯＶ）を機械内の関心のある領域に自動的に位置決めでき、人が介入することなく画像を取得できる光学カメラ検査システムに関する。自動的なカメラの位置決めおよび画像取得は、自動的に、または、操作者の許可を受けた後に開始され得る。

蒸気タービンまたはガスタービンなどの発電機械は、予定された検査期間および保守期間で連続してしばしば運転され、その検査期間および保守期間のときに、タービンがラインから切り離されて停止される。例として、ガスタービンエンジンは、電力をおよそ４０００時間の間連続して生成するようにしばしば運転され、その後、定期的な保守、検査、および、検査中に特定された何らかの部品の修理のためにラインから切り離される。予定された保守に対して、ガスタービンをラインから切り離して最終的にガスタービンを完全に停止することは、多くの日数を要するプロジェクトである。タービンロータ部分など、一部のタービン部品は、１０００℃（華氏１８３２度）を超える温度で運転される。タービンは、部品の歪みや他の変形の可能性を低減するために、完全に停止する前に、周囲温度に達するまで４８〜７２時間の冷却時間を必要とする。停止局面の間、タービンロータは、ロータの歪みの可能性を低減するために、「回転装置モード」で補助駆動モータによって、およそ１０ＲＰＭ以下で回転される。タービン筺体などの他のタービン部品も、ゆっくりと周囲温度まで冷却される。

最大でおよそ７２時間までの経過によってタービンが周囲温度まで冷却されると、そこで静止されたタービンの内部部品が、光学カメラ検査システムで検査され得る。公知の光学カメラ検査システムは、タービンの周囲部に周りに配置された検査ポートに挿入される剛体または可撓性の光学ボアスコープを採用している。ボアスコープは、その視界が、１つまたは複数の静翼または動翼、内筒など、タービン内の関心のある領域を網羅するように、手動で位置決めされる。ボアスコープに連結されたカメラは、遠隔可視化のために、視界内の関心のある対象物の画像を取得し、（必要に応じて）検査者が保管する。

所与のタービン検査ポート内の異なる関心のある領域の一連の異なる画像が必要とされる場合、操作者は、関心のある内部領域と視界との所望の相対的な位置合せを実現するために、カメラ検査システムのボアスコープを手動で繰り返し位置決めしなければならない。相対的な位置合せは、ボアスコープのビューイングポートが関心のある静止領域に近接して位置決めされるように、ボアスコープを物理的に移動することによって実現できる。ボアスコープと静止したタービン部品とのこのような相対移動の例は、静止した燃焼器内で異なる配向にボアスコープを挿入することや、または、タービン部内の静翼列と動翼列との間の空間に径方向に出し入れするようにボアスコープを挿入することによるものである。相対的な位置合せは、ボアスコープのビューイングポートを静止位置に維持し、関心のあるタービン内部部品を静止した視野内に移動することによっても得ることができる。タービン内部部品と静止したボアスコープの相対移動の例は、タービンロータを小さな角度で連続して手動で回転して動翼の画像を取得することによる、動翼列内の異なる動翼の検査である。ロータは、カメラの視野内で、列の各所望の個々の動翼を一列に並べるために、連続して回転される。

完全なタービン検査は、カメラ検査システムのビューイングポートと、タービン内の関心のある領域との間での、人間の検査者による複数回の手作業による相対的な位置決めシーケンスを必要とする。検査の品質および生産性は、検査者および検査チームの検査スキルおよび操作スキルに影響される。検査装置の位置決めは、ガスタービンの構成部品同士の間の複雑な操作経路のため、難易度が高い。例えば、第１の列の静翼の先端縁または関連する支持部を検査するために、ボアスコープを燃焼器の検査ポートを通じて挿入することは、複合的な操作を必要とする。検査装置をタービン内で不適切に位置決めすることは、タービン内部部品を潜在的に損傷する可能性がある。複数の操作者の検査チームは、しばしば、公知の検査方法および装置を用いて、手動検査を実施することが必要とされる。手短に言えば、公知の手動カメラ検査手順および検査システム操作は、時間がかかり、事実上繰り返しであり、複数の人員の検査チームの支援をしばしば必要とする。公知の手動カメラ検査手順および検査システム操作に必要とされる「人的要因」は、人員のスキルの程度が異なることに基づいて、検査工程の望ましくない相違をもたらしてしまう。人員のスキルに相違があるとすると、ある検査チームは、他のチームより、より少ない時間で検査を完了することができ、より優れた画像品質を得られ、検査による損傷の危険性がより少ない。理想的には、高度な検査実施チームのスキルが、用いることができるように、すべてのチームによって取得され得る。

非限定的な例として、蒸気またはガスのタービンおよび発電機を含む発電機械の非破壊の内部検査を実施するために必要な全体時間を、公知の検査の装置および方法によって達成できる時間よりも縮小し、その結果、発電機械が、保守サイクルの間に、より素早く発電を再開するためにラインに戻され得る光学カメラ検査のシステムおよび方法に対する必要性が、技術的に存在する。

非限定的な例として蒸気またはガスのタービンおよび発電機を含む発電機械の内部で、個々の発電機械の検査サイクル内、または、複数の異なる発電機械の検査サイクル内で、公知の手動による検査の装置および方法によって達成できるよりも、機械内部部品への損傷の最小限の危険性、高い画像品質、および、より迅速な検査サイクル時間で、一貫して繰り返して検査装置を位置決めできる光学カメラ検査のシステムおよび方法に対する別の必要性が、技術的に存在する。

異なる検査チーム間の検査スキルの程度および生産性を等しくする助けとなる光学カメラ検査のシステムおよび方法に対するさらに別の必要性が、技術的に存在する。

したがって、本発明の潜在的な目的は、数ある中で共同または別々で、公知の検査の装置および方法と比較して、全体の予定される保守期間と個々の検査サイクル時間とを縮小し、個々の発電機械の検査サイクル内、または、複数の異なる発電機械の検査サイクル内で、機械内部部品への損傷の最小限の危険性および高い画像品質で、一貫して繰り返して検査装置を位置決めし、かつ、異なる検査チーム間の検査スキルの程度および生産性を等しくする助けとなる（非限定的な例として蒸気またはガスのタービンおよび発電機を含む）発電機械用の光学カメラ検査のシステムおよび方法を作り出すことである。

ガスおよび蒸気のタービンまたは発電機などの発電機械の内部部品は、光学カメラ検査システムで検査される。当該光学カメラ検査システムは、あらかじめ指定された運行経路に沿ってカメラの視界（ＦＯＶ）を機械内の関心のある領域に自動的に位置決めでき、かつ人が介入することなく画像を取得できる。自動的なカメラの位置決めおよび画像取得は、自動的に、または、操作者の許可を受けた後に開始され得る。あらかじめ指定された運行経路は、操作者が、発電機械または同じタイプの同様のものの検査範囲を手動で位置決めし、将来の繰り返しのために位置決めステップのシーケンスを記録することで、定めることができる。運行経路は、仮想的なシミュレーションによって定めることもできる。

これらの目的および他の目的は、本発明に従って、発電機および産業用ガスタービンまたは蒸気タービンを含む発電機械の内部検査のためのシステムによって達成される。システムは、発電機械検査ポートに取り付けるための基台を備える。近位端を有する検査スコープは、基台に連結され、ならびに、制御システムによって遠隔制御および作動できる少なくとも１つの運動度を有する。カメラは、視界を有し、基台の遠位で検査スコープに連結され、制御システムによって遠隔制御および画像取得ができる。また、システムは、検査スコープおよびカメラに連結され、検査スコープおよびカメラの視界を、発電機械内のあらかじめ指定された運行経路に沿って関心のある内部領域へ自動的に位置決めするための、および人が介入することなく内部領域のカメラ画像を取得するための制御システムも備える。

本発明は、発電機械の内部検査のための方法も特徴としており、その方法は、内部検査システムを提供するステップを含む。検査システムは、発電機械検査ポートに取り付けるための基台を備える。検査スコープは、基台に連結された近位端、ならびに、制御システムによって遠隔制御および作動できる少なくとも１つの運動度を有する。カメラは、視界を有し、基部の遠位で検査スコープに連結される。カメラは、制御システムによって遠隔制御および画像取得ができる。また、システムは、検査スコープおよびカメラに連結され、検査スコープおよびカメラの視界を、検査されるタイプの発電機械内のあらかじめ指定された運行経路に沿って関心のある内部領域へ自動的に位置決めするための、および人が介入することなく内部領域のカメラ画像を取得するための制御システムも備える。その方法は、基台を発電機械検査ポートに取り付けるステップと、運行経路を制御システムに提供するステップとをも含む。次に、発電機械は、検査スコープおよびカメラの視界を運行経路に沿って制御システムで自動的に位置決めし、人が介入することなく視界のカメラ画像を取得することによって検査される。ステップの順番は、この方法を実施するとき、変更されてもよい。

本発明は、産業用ガスタービンを検査するための方法も特徴としている。第１に、ガスタービンは、発電運転を中断するために停止される。タービンの検査ポートに取り付けるための基台を備える内部検査システムが提供される。基台に連結された近位端、ならびに、制御システムによって遠隔制御および作動できる少なくとも１つの運動度を有する検査スコープが提供される。カメラは、視界を有し、基部の遠位で検査スコープに連結される。カメラは、制御システムによって遠隔制御および画像取得ができる。検査システムは、検査スコープおよびカメラに連結され、検査スコープおよびカメラの視界を、ガスタービン内のあらかじめ指定された運行経路に沿って関心のある内部領域へ自動的に位置決めするための、および人が介入することなく内部領域のカメラ画像を取得するための制御システムを備える。ガスタービンは１５０℃（華氏３００度）未満の内部温度へ冷却され、基台はガスタービンの検査ポートに取り付けられる。運行経路は制御システムに提供される。その後、ガスタービンは、検査スコープおよび視界を運行経路に沿って制御システムで自動的に位置決めし、人が介入することなくその画像を取得することによって検査される。カメラの画像は検討のために保管される。ステップの順番は、この方法を実施するとき、変更されてもよい。

運行経路は、多くの方法によってあらかじめ指定され、続いて、将来の繰り返しのために、検査するステップにおいて用いられる実際の検査スコープの制御システムによって記録される。運行経路をあらかじめ指定する方法は、実際に検査されるガスタービン内（または、実際に検査されるガスタービンと同じタイプの内部構造を備える別のガスタービン内）で選択された運行経路に沿って検査するステップで用いられるタイプの検査スコープを、事前に人が制御して位置決めするステップと、選択された運行経路に沿って検査されるタイプの仮想的な発電機械内で検査するステップで用いられるタイプの仮想的な検査スコープを、人が制御してシミュレートされた位置決めをするステップと、検査するステップで用いられるタイプの仮想的な検査スコープおよび仮想的な発電機械を、シミュレートされた選択された運行経路に沿って人が介入することなくシミュレートされた位置決めをするステップとを含んでもよい。

本発明の目的および特徴は、任意の組合せ、または、任意の副次的な組合せで、当業者によって共同または別々に適用されてもよい。

本発明の教示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することにより、容易に理解され得る。

公知のガスタービンの部分的な断面概略図である。 本発明の光学カメラ検査システムの実施形態を燃焼器の検査ポートに一部挿入した状態を示す、公知のガスタービンの部分的な断面概略図である。 燃焼器の内部部品の検査を図２の光学カメラ検査システムで実施する公知のガスタービンの部分的な断面概略図である。 列１のタービン動翼の先端縁の検査を図２の光学カメラ検査システムで実施する公知のガスタービンの部分的な断面概略図である。 Ω、Ｔ、Φ、Ｅ、およびΘの使用可能な運動度を示す、図２の実施形態の光学カメラ検査システムの斜視概略図である。 図２の屈折挿入位置における、図５の光学カメラ検査システムの斜視概略図である。 図３の固定検査位置における、図５の光学カメラ検査システムの斜視概略図である。 ΩおよびＴの運動度を示す、図５の光学カメラ検査システムの延長管機構部の斜視概略図である。 タービンの検査ポートに取り付けられている本発明のアダプタリングの概略的な斜視図である。 ΦおよびΘの運動度を示す、図５の光学カメラ検査システムのカメラヘッドの関節および回転（パン）の機構の概略的な正面図である。 図１０のカメラヘッドの関節および回転（パン）の機構の概略的な平面図である。 Ｅの運動度を示す、図５の光学カメラ検査システムの延長機構の概略的な正面図である。 図５の光学カメラ検査システムのカメラヘッドの概略的な斜視図である。 図５の光学カメラ検査システムのカメラヘッドの概略的な展開した斜視図である。 図１４のカメラヘッドの概略的、部分的な組立体の斜視図である。 図５の光学カメラ検査システム用の制御ボックスおよび制御システムのブロック図である。 本発明の光学カメラ検査システムの操作者による遠隔からの監視および制御のためのタブレットコンピュータのヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）の実施形態の斜視概略図である。 本発明の別の光学カメラ検査システムの実施形態を２つの別々のタービン部の列のそれぞれの検査ポートに挿入した状態を示す、公知のガスタービンの部分的な断面概略図である。 Ｔ、Θ、およびΦの使用可能な運動度を示す、図１８の光学カメラ検査システムの実施形態の正面斜視図である。 Φの運動度のための揺動プリズム関節機構の正面図である。

理解を容易にするように、図面を通じて共通の同一の要素を指示するために、可能であれば、同一の参照符号が用いられている。

以下の説明を考慮した後、当業者は、本発明の教示が、非限定的な例として蒸気またはガスのタービンおよび発電機を含む発電機械の非破壊の内部検査のための光学カメラシステムで容易に利用できることを、明確に理解する。光学カメラ検査システムは、カメラの視界（ＦＯＶ）を機械内の関心のある領域に自動的に位置決めし、人が介入することなく画像を取得できる。自動的なカメラの位置決めおよび画像取得は、自動的に、または、操作者の許可を受けた後に開始され得る。代替で、システムは、「手動」モードで人に操作されてもよい。

カメラ検査システムの概要

図１を参照すると、本発明の実施形態は、燃焼器３４、タービン部の第１列および第２列の固定された静翼４２、４６、先端の第１列および第２列の回転する動翼４４、４８、および環状部分を含むガスタービン３０の内部部品の、ラインから切り離して自動化された遠隔からの目視検査を容易にする。図２〜図４および図１８に示すように、本発明の検査システムの実施形態は、周囲温度まで完全に冷却されていないラインから切り離されたタービンの検査を、遠隔作動される光学カメラの検査スコーププローブ６０、２２０をタービンの検査ポート３６、５０、および５２に取り付けることで可能にする。取り付けの際、検査スコーププローブ６０、２２０は、運動制御システムの命令に支配される内部運動制御サーボモータによって選択的に（操作者により手動で、または、操作者のいない自動で）位置決めされる。画像データが、獲得および取得され、ならびに、必要により、さらなる分析のために保管される。

関節式検査スコープ

図２〜図４は、関節式検査スコープの実施形態６０を燃焼器３４の検査ポート３６への挿入（図２）によるガスタービンの検査を示している。ガスタービン設備の領域の周りでのスコープ６０のクリアランスを操作するために、検査スコープ６０は屈折ナックルを有しており、そのため、スコープは細長くされたスコープの約半分の長さの略Ｌ字形の外形に折ることができる。スコープ６０は検査ポート３６内に位置決めされ、ナックルは、図３に示すように、真っ直ぐにされる。検査スコープ６０は、検査ポート３６に取り付けられた後、そのカメラヘッドを回転および延長することで、燃焼器の内部部品を検査するために利用され得る。図４では、スコープ６０がさらに延長され、そのカメラヘッドが関節でつなげられて、第１列の静翼と第１列の動翼の先端縁との画像が獲得され得る。タービンロータが回転モードである場合、すべての第１列の動翼の画像は、動翼がカメラヘッドの視界を通り過ぎて回転するとき、取得できる。

図５を見ると、検査スコープ６０は、３つの主要な構成部品区域、つまり、以下の５つの運動自由度を実施できる延長管区域６２（図５〜図９参照）、モータ被覆部６４（図５、図１０〜図１２）、および、カメラ先端部６６（図５、図１２〜図１５）を備える。

Ω −− 全体回転

Ｔ −− 伸縮延長

Φ −− カメラヘッド関節

Ｅ −− カメラヘッド先端延長

Θ −− カメラヘッド回転／パン

延長管区域６２は、燃焼器の検査ポート３６などの検査ポートに取り付けられる取付管７０および取付首部７２を備えている。モータ筺体７４は、取付首部７２の遠位における取付管７０の反対の端に取り付けられており、ΩおよびＴの運動度を実施するために必要なサーボモータを収容する。３つの伸縮管７５〜７７は、Ｔ方向の運動を提供するために、取付管７０内へ収まる。

図６および図７に示すように、ばねが装填された固定ナックル８０は、検査スコープ６０全体を、図２で示して前述したように、タービン３０の周りでコンパクトに操作するように屈折させることができる。固定袖部７７Ａは、伸縮管７７上を摺動し、図７に示すように検査スコープ６０が固定検査位置にあるとき、ナックル８０を抑える。

図５に示すように、モータ被覆部６４は、運動度Φと、カメラヘッド伸縮延長部８４、８６を介したカメラヘッド８８のヘッド延長運動Ｅと、カメラヘッド８８の回転／パン運動度Θとを提供する電動の関節連結部８２を位置決めするために必要なサーボモータを収容する。カメラヘッド８８は、軸線方向および横方向の視界（ＦＯＶ）それぞれのためのカメラポート９０、９２を備えている。

図８は、回転ハブ１００において、２つの同軸の入れ子とされた個々に駆動される大径歯車および小径歯車を示すモータ筺体７４の詳細図である。回転駆動歯車１０２は、回転ハブ１００において大径歯車を回転することによってΩ運動を生じさせるために、回転サーボモータ１０４によって駆動される。伸縮延長駆動ねじ１０６が、回転ハブ１００において小径歯車に強固に連結され、回転ハブ１００はさらに延長駆動歯車１０８と係合している。延長サーボモータ１１０は、回転ハブ１００において小径歯車を回転することによって、Ｔ運動を生じさせることに関与している。取付首部７２はアダプタリング１１２に取り付けられ、そのアダプタリング１１２は、燃焼器の検査ポート３６などの検査ポートへさらに取り付けられる。図９に示すように、アダプタリングは、首部７２内の合致する内部ねじと係合される複数の周囲ねじ１１４を備えている。アダプタリング１１２は、テーパ状ヘッド機械ねじ１１８を受け入れるための取付孔１１６を備えている。ねじ１１８は、アダプタリング１１２内に埋め込まれるようにして取り付けられ得る。アダプタリングの他の構成、または、スコープを検査ポートに取り付ける他の形態の基体が、アダプタリング１１２に代用されてもよい。

図１０を参照すると、モータ被覆部６４は、一対の離間された耳状のモータ被覆旋回部１２２を有するモータ被覆筺体１２０を備えている。関節運動サーボモータ１２４は、カメラ旋回ハブ１２８を傾けるだけのΦの関節運動を与える駆動ねじ１２６を回転する。傾斜運動軸１３２が、モータ被覆旋回部１２２に回転可能に連結されたカメラハブ旋回部１３０の間に設けられている。オフセットリンク１３３が、駆動ねじ１２６に連結されており、直線運動を傾斜運動軸１３２の周りの回転運動に変換する。

モータ被覆筺体１２０は、図１１に示すように、カメラヘッド６６のΘの運動度を与えるカメラパン／回転サーボモータ１３４も収容している。サーボモータ１３４はかさ歯車列１３６を駆動し、そのかさ歯車列１３６は、さらに回転ハブ１２９を回転するために、カメラ旋回ハブ１２８内に回転するように獲得されている駆動かさ歯車を備えている。回転ハブ１２９は、カメラヘッド伸縮延長部８４に強固に連結されている。カメラヘッド伸縮延長部８４および８６は、延長サーボモータ１４０によってＥの運動度で延長および収縮され、その延長サーボモータ１４０は、さらに線形駆動ねじ１４２と係合している。駆動ねじ１４２は、引っ張られたケーブル１４６が架け渡された駆動プーリ１４４を備えている。従属プーリ１４８がカメラヘッド８８に取り付けられており、従属プーリ１４８もまたケーブル１４６に連結されている。コイルばね１５０が、カメラヘッド８８と回転ハブ１２９との間に介在されており、それらカメラヘッド８８と回転ハブ１２９とを互いから離すように付勢し、それによってケーブル１４６を引っ張っている。延長サーボモータ１４０による駆動ねじ１４２の選択的な移動は、カメラヘッド８８を図において左右に動かす（運動Ｅ）。

図１３〜図１５は、カメラヘッド筺体１５２と選択的に取り外し可能なカバー１５４とを備えたクラムシェル構造を有するカメラヘッド８８を示している。カメラ１５６は、カメラヘッド８８の中心軸線に沿って延びる「第１カメラ」のポート９０を通じた視界（ＦＯＶ）を有する。カメラ１５８は、横方向に、または、カメラヘッド８８の中心軸線に直角に延びる「第２カメラ」のポート９２を通じた視界（ＦＯＶ）を有する。カメラ１５６は、プリズム１６０を通じてその画像を生成する。カメラ１５６、１５８は、パーソナルコンピュータで通常使用されるタイプの公知の自動焦点式ＵＳＢカメラである。発光ダイオード（ＬＥＤ）１６２および１６４が、発電機械の内部検査の間、カメラ１５６、１５８に対する照明を提供する。

検査スコープ６０は、図１５に概略的に示すように、冷却空気路１７０と加圧冷却空気供給源１７２（例えば、圧縮空気）とによって外部から冷却される。冷却空気は、スコープ６０を通過して、熱を機器から持ち去り、カメラ１５６、１５８およびＬＥＤ１６２、１６４の周りで、カメラポート９０、９２、プリズム１６０などのスコープの外表面内の隙間を通って排出する。これらの隙間は、冷却空気排出ポートとして有効に機能する。様々な冷却ポートから排出する冷却空気は、熱をスコープ６０から持ち去る助けとなり、完全に冷却されていないタービン３０の内部温度と比べてより低温のカメラヘッド８８の周りに熱障壁を作り出す助けとなる。この方法で、検査スコープ６０は、タービンが周囲空気温度まで冷却する前に、なおも高温の停止されたタービン内に何時間も挿入させておくことができる。この方法で、検査は、公知の検査システムで許容可能とされるよりも、何時間も早く、おそらくは数日間も早く、開始できる。この方法により、検査工程は、過去に可能であったよりも、タービン点検期間においてより早く開始されて完了され、総計の保守サイクル時間をおそらく低減できる。

カメラ検査スコープの制御および操作

５つの運動度に沿った検査スコープ６０の位置決めは、前述の５つの精密運動制御サーボモータ１０４（Ω）、１１０（Ｔ）、１３４（Θ）、１２４（Φ）、および１４０（Ｅ）に電圧を加えることで実現される。サーボモータは、公知の運動制御システムの制御装置が使用するためのモータ位置情報フィードバックを提供する関連付けられたエンコーダを備えている。図１６は、本発明の例示の運動制御システムのブロック図である。前述の検査スコープ６０のハードウェアは、点線６０によって指示されており、これもまた点線で指示された制御ボックス１８０と、多経路ケーブル１９２およびＵＳＢカメラケーブルなどの公知の通信経路によって、通信している。

制御ボックス１８０は、運動制御装置１８６および運動制御装置モータ駆動部１８８に電圧を加える第１の電力供給源１８２および第２の電力供給源１８４を備えている。構成部品１８２〜１８８のすべてが、産業用運動制御システムに利用される公知の設計のものである。運動制御装置１８６は、運動制御装置モータ駆動部１８８に、検査スコープ６０のサーボモータ１０４（Ω）、１１０（Ｔ）、１３４（Θ）、１２４（Φ）、および１４０（Ｅ）に電圧を加えるために、および、反転するために命令を出す。簡潔にするため、すべてのこのようなモータは、「サーボモータ」と総称される。それぞれのサーボモータは、それぞれの運動範囲内のスコープの位置を指示するエンコーダ信号を生成する関連付けられたエンコードを備えている。例えば、サーボモータ１０４と関連付けられたエンコーダ１０４は、延長管部６２の全体回転位置（Ω）を指示する回転位置信号を生成する。各エンコーダからの位置信号情報は、運動制御装置１８６によってアクセスされる。運動制御装置１８６は、それぞれのモータエンコーダ信号を検査スコープ６０の空間位置と関連付ける。デジタルライト制御装置１９０は、ＬＥＤ１６２、１６４の輝度出力およびオン／オフを制御し、運動制御装置１８６と通信する。運動制御装置１８６は、例えば冷却ポート１７４からの流量といった、検査スコープ６０に入って通過する冷却空気の流れも制御する。

運動制御装置１８６は、選択的な無線通信機能１９４を備えている。配線接続されたデータ経路１９８は、例えば、イーサネット（登録商標）プロトコルに準拠した通信信号を送信するケーブルといったものであり、主制御装置２００と通信している。例示の主制御装置２００は、内部メモリ容量と、必要により外部メモリ２０２とを備えるパーソナルコンピュータである。主制御装置コンピュータ２００は、カメラ１５６（第１ＵＳＢカメラ）およびカメラ１５８（第２ＵＳＢカメラ）から処理され得る画像データを受信して処理する。コンピュータ２００は、未加工の画像データまたは処理された画像データを、メモリ２０２に保管もしくは保存できる。検査スコープ６０は、ジョイスティック２０４および／またはＨＭＩ表示／タッチスクリーン２０６などを介して、人の命令および制御のもとで位置決めできる。カメラ１５６、１５８からの画像は、ＨＭＩ表示スクリーン２０６によって見ることができる。選択的に、コンピュータ２００は、例えば、例えばＨＭＩを備えたタブレットコンピュータ２１０を含む、例えばタブレットコンピュータなどの他のコンピュータと通信するために、無線通信機能を有してもよい。図１７は、第１カメラ画像表示部２１２と、第２カメラ画像表示部２１４と、プローブ位置情報表示部２１６と、検査スコープ６０の位置を操作するためのＨＭＩ制御インターフェース２１８とを備える例示のタブレットコンピュータＨＭＩ表示スクリーンを示している。タブレットコンピュータ２１０は、主制御装置コンピュータ２００を通じて通信する必要のない、運動制御装置１８６との直接通信機能を有してもよい。

動翼／静翼検査スコープ

動翼／静翼検査スコープ２２０の実施形態が図１８〜図２０に示されている。この実施形態は、具体的には、回転する動翼と静止する静翼との間で、ガスタービン３０のタービン部３８の領域内の検査に適している。図１８は、第１列の検査ポート５０および第２列の検査ポート５２の各々にそれぞれ取り付けられる一対の検査スコープ２２０を示している。しかしながら、検査チームの裁量で、単一の検査スコープ２２０が選択された検査ポートに取り付けられてもよいし、または、３つ以上の検査スコープ２２０が、検査工程の間に同時にタービン３０に取り付けられてもよい。同様に、検査チームは、その裁量で、１つまたは複数の検査スコープ６０の実施形態を、任意の検査工程において、検査スコープ２２０の実施形態とともに、または、検査スコープ２２０の実施形態なしで、同時に操作してもよい。

図１９および図２０に示すように、検査スコープ２２０の実施形態は、取付フランジ２２２によって、ガスタービン検査ポート（ここでは第１列の検査ポート５０）に取り付けられている。関連するサーボモータとエンコーダとを備えた線形駆動部２２４は、伸縮する延長位置運動度Ｔで検査スコープを移動する。関連するサーボモータとエンコーダとを備えた回転駆動部２２６は、カメラ回転／パン運動度Θで検査スコープを回転する。ボアスコープ２２８は、線形駆動部２２４および回転駆動部２２６に機械的に連結されており、その視界（ＦＯＶ）内で取得するカメラヘッド２３０を備えている。カメラヘッド２３０は、関節の運動度Φの運動が関連するサーボモータとエンコーダとによって与えられる旋回プリズム２３２を備えている。ボアスコープ２２８は、公知の構造のものであり、照らしてカメラヘッドの視界内の画像をカメラ２３６に送信する光ファイバーレンズ２３４および補助外部ライト（図示せず）を備えている。カメラ２３６は、図１６に示すような、運動制御システムに連結された自動焦点式ＵＳＢカメラであり得る。大まかな運動制御、検査スコープ２２０のその運動度Φ、Θ、およびＴに沿った位置決め、およびカメラ画像取得は、検査スコープ６０の実施形態と関連して先に説明したように実施される。

検査スコープ２２０は、タービン部３０がおよそ１５０℃までの上昇した温度を依然として有しているとき、冷却局面におけるタービン３０内部の検査のための外部冷却システムを備えている。検査スコープ６０の実施形態と関連して先に説明したように、冷却システムは、ボアスコープ２２８と平行に、または、ボアスコープ２２８内で延びる空気路１７０を備え、その空気路１７０は、冷却空気供給源から得られた冷却空気を、カメラヘッド２３０の周りなど、１つまたは複数の機能的な冷却空気排出ポートを通じて放出する。

動翼／静翼検査スコープ２２０の実施形態の３つの運動度Φ、Θ、およびＴは、タービンロータが回転装置モードで回っている間に、所与の列内のすべての回転するタービン動翼の先端側または後端側の完全な画像を得るに十分である。例えば図１８では、第１列のタービン動翼４４の各々の先端側は、検査ポート５０に位置決めされた検査スコープ２２０によって検査できる。各々個別の動翼がカメラヘッド２３０の視界内で回転すると、その画像が関連する制御システムによって取得される。一続きの動翼画像の一部または全部は、タービン３０が回転装置モードにある間の単一のロータ４０の回転の間に取得できる。単一のカメラヘッド２３０の視界は、タービン動翼の関心のある領域を径方向の長さ全体では取得できない。カメラヘッドの傾斜角度Φを再位置決めすること、または、Ｔの自由度に沿ってボアスコープ２２８を挿入／後退することによって、カメラの視界は、動翼または静翼の長さに沿って径方向に再位置決めできる。異なる動翼／静翼径方向位置で取得された画像は、動翼全体の統合した画像を作り出すために組み合わせることができる。同様に、第１列の各々の動翼４４の後端縁の画像が、先端縁について行われたように、タービン検査ポート５２に検査スコープ２２０を位置決めすることによって取得できる。

例示のタービン検査工程

本発明のカメラ検査システムは、人が介入することなく、ガスタービンのようなタービンの関心のある領域に対して、自動位置決めと検査カメラの視界の画像取得との機能を提供する。検査スコープ位置決めシーケンス情報がシステムに提供された後、その後の検査は、検査チーム個々の検査スコープの位置決めのスキルまたは検査速度に関係なく、異なる検査チームによって繰り返すことができる。自動検査は、公知の検査工程と比較して、人が引き起こす過失がより起こり難い状態で、より素早く完了できる。本発明の検査方法のさらなる説明は、例示の産業用ガスタービンの検査を参照したものとなる。

検査スコープの位置決めシーケンス情報は、本発明の検査スコープの実施形態を選択された検査ポートに設置し、すべての制御される運動を初期化または「開始」位置に配向することによって得ることができる。検査者が、例えばジョイスティックやタッチスクリーンパッドを用いるといった制御システムＨＭＩを通じて、タービン内で運行される経路を通じて検査スコープを案内し、その経路は一方または両方の制御システムの制御装置／主コンピュータ内に記録される。運行経路は、検査スコープがタービンの内部部品と望ましくない衝突を起こさずに、関心のある領域内で検査スコープのカメラヘッドの視界を配向するように選択される。

制御システムは、最初に人が制御した検査からの運行経路情報を保持し、同じタービン、または、同じ内部構造を有する他のタービンでの将来の検査サイクルについて、検査スコープの位置決めシーケンスを後で繰り返すことができる。例えば、運行経路シーケンスは単一の試験タービンで実施でき、そのシーケンスは、その現場に配置された同じ構造のガスタービンを検査する検査チームが用いるために、他の離れた現場に送ることができる。現地において、検査チームは、異なるガスタービンが元のガスタービンとは内部構造が相違し得ることを懸念する可能性がある。現地のチームは、現地に設置されたタービンが検査を実施するのに必要とされる任意の経路変更に対応するようにその場で上書きするように、保存された運行経路を個々に少しずつ再検討できるか、または、現地に配置されたタービン専用の新しい運行経路をプログラムするように選択できる。

運行経路は、代替で、検査者がシミュレートされたタービンで運行経路をシミュレートし、実際のタービンの検査において後で用いるためにその経路を記録することで、仮想空間で決定されてもよい。別の代替として、スコープ検査シミュレーションプログラムは、検査者による検討および認可のために、提案された検査運行経路を準備できる。

運行経路シーケンスは、カメラヘッドの視界を、ある関心のある位置から別の関心のある位置へ移動できる。例えば、検査スコープが燃焼器の検査ポートに取り付けられると、検査システムは燃焼器内の内部部品の画像を取得して記録し、次いで、第１列の静翼の先端縁に移動し、それらの静翼を通過し、第１列の動翼の先端縁を検査する。タービンが回転装置モードである場合、カメラヘッドは、単一のロータの回転の間、各々の動翼に関しての同じ画像を連続して記録できる。

運行経路にあるとき、カメラヘッドの位置は、カメラの異なる視界からの画像情報を同じ参照位置から得るために、再位置決めされ得る。同じ参照位置から撮られた様々な画像は、構造要素の合成表示もしくは「縫い合わされた」表示を得るために、または、タービン内部の任意またはすべての部分の仮想的な「巡回」を行うために、組み合わせられ得る。

検査スコープのカメラヘッドの視界をある位置から別の位置へ移動するのではなく、静止するカメラヘッドの視界内の関心のある領域にタービン部品を移動することも可能である。例えば、動翼列と静翼列との間に挿入された検査スコープは、タービンが回転装置モードにあるか、または、操作者が、カメラヘッドの前で、完全に停止されたタービンロータの各々の動翼に連続して手動で「ぶつける」ことにより、カメラの視界内で回転する各々の動翼の画像を取得できる。

本発明の教示を組み込む様々な実施形態が、本明細書において詳細に示され、説明されたが、当業者は、これらの教示をなおも組み込む多くの他の変形の実施形態を容易に考案できる。例えば、タービン内部部品の「最適な画像」は、可視光スペクトルまたは赤外線スペクトルで取得できる。検査スコープの運動度は、サーボモータ１０４（Ω）、１１０（Ｔ）、１３４（Θ）、１２４（Φ）、および１４０（Ｅ）によって可能とされた例示の運動に限定される必要はない。スコープの運動は、サーボモータによって与えられる必要はなく、公知の代替の空気圧または他の運動制御システムを含むことができる。

３０ ガスタービン
３４ 燃焼器
３６ 検査ポート
３８ タービン部
４０ ロータ
４２ 静翼
４４ 動翼
４６ 静翼
４８ 動翼
５０ 検査ポート
５２ 検査ポート
６０ 検査スコーププローブ
６０ 関節式検査スコープ
６２ 延長管区域
６２ 延長管部
６４ モータ被覆部
６６ カメラ先端部
７０ 取付管
７２ 取付首部
７４ モータ筺体
７５ 伸縮管
７６ 伸縮管
７７ 伸縮管
７７Ａ 固定袖部
８０ 固定ナックル
８２ 関節連結部
８４ カメラヘッド伸縮延長部
８６ カメラヘッド伸縮延長部
８８ カメラヘッド
９０ カメラポート
９２ カメラポート
１００ 回転ハブ
１０２ 回転駆動歯車
１０４ 回転サーボモータ
１０４ エンコーダ
１０６ 伸縮延長駆動ねじ
１０８ 延長駆動歯車
１１０ 延長サーボモータ
１１２ アダプタリング
１１４ 周囲ねじ
１１６ 取付孔
１１８ ねじ
１２０ モータ被覆筺体
１２２ モータ被覆旋回部
１２４ 関節運動サーボモータ
１２６ 駆動ねじ
１２８ カメラ旋回ハブ
１２９ 回転ハブ
１３０ カメラハブ旋回部
１３２ 傾斜運動軸
１３４ カメラパン／回転サーボモータ
１３６ かさ歯車列
１４０ 延長サーボモータ
１４２ 線形駆動ねじ
１４４ 駆動プーリ
１４６ ケーブル
１４８ 従属プーリ
１５０ コイルばね
１５２ カメラヘッド筺体
１５４ カバー
１５６ カメラ
１５８ カメラ
１６０ プリズム
１６２ 発光ダイオード
１６４ 発光ダイオード
１７０ 冷却空気路
１７２ 加圧冷却空気供給源
１７４ 冷却ポート
１８０ 制御ボックス
１８２ 第１の電力供給源
１８４ 第２の電力供給源
１８６ 運動制御装置
１８８ 運動制御装置モータ駆動部
１９０ デジタルライト制御装置
１９２ 多経路ケーブル
１９４ 無線通信機能
１９８ データ経路
２００ 主制御装置
２００ 主制御装置コンピュータ
２０２ 外部メモリ
２０４ ジョイスティック
２０６ ＨＭＩ表示／タッチスクリーン
２１０ タブレットコンピュータ
２２０ 検査スコーププローブ
２２０ 動翼／静翼検査スコープ
２２２ 取付フランジ
２２４ 線形駆動部
２２６ 回転駆動部
２２８ ボアスコープ
２３０ カメラヘッド
２３２ 旋回プリズム
２３４ 光ファイバーレンズ
２３６ カメラ

Claims (20)

1. 発電機械の内部検査のためのシステムであって、
   発電機械検査ポートに取り付けるための基台と、
   前記基台に連結された近位端、ならびに、制御システムによって遠隔制御および作動が可能な少なくとも１つの運動度を有する検査スコープと、
   視界を有し、前記基台の遠位で前記検査スコープに連結され、制御システムによって遠隔制御および画像取得ができるカメラと、
   前記検査スコープおよび前記カメラの前記視界を発電機械内のあらかじめ指定された運行経路に沿って関心のある内部領域へ自動的に位置決めするための、かつ人が介入することなくそのカメラ画像を取得するための、前記検査スコープおよび前記カメラに連結された制御システムと
   を備えるシステム。
2. 前記制御システムは、前記運行経路に沿って前記カメラの前記視界を複数の関心のある領域に自動的に連続して位置決めし、かつそのそれぞれの画像を取得する、請求項１に記載のシステム。
3. 連続的な位置決めおよび画像取得は、人が介入することなく自動的に実施される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記連続的な位置決めおよび画像取得は、前記運行経路に沿って次の工程に進む前の、前記連続的な位置決め工程のうちの少なくとも１つにおいて人の介入を許容する、請求項２に記載のシステム。
5. 前記検査スコープは、前記運行経路に沿って連続する位置同士の間を移動する、請求項２に記載のシステム。
6. 前記検査スコープは連続する位置同士の間で静止したままであり、前記機械内の前記複数の関心のある領域は前記運行経路に沿って移動し、前記制御装置は、前記複数の関心のある領域が前記カメラの前記視界内にあるとき、前記カメラに前記複数の関心のある領域の画像を取得させる、請求項２に記載のシステム。
7. 複数の関心のある領域の画像は、合成画像を作製するために組み合わされる、請求項２に記載のシステム。
8. 前記制御システムは、数回にわたり撮られた関心のある領域のそれぞれの画像を保存し、前記画像を検査比較のために重ね合わせることができる、請求項１に記載のシステム。
9. 前記運行経路の指定は、
   検査スコープを、同じタイプの発電機械の内部で選択された運行経路に沿って、人が制御して位置決めし、かつ検査スコープ制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
   仮想的な検査スコープを、同じタイプの仮想的な発電機械の内部で選択された運行経路に沿って、人が制御してシミュレートして位置決めし、かつ検査スコープ制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
   仮想的な検査スコープおよび同じタイプの仮想的な発電機械を、シミュレートされた選択された運行経路に沿って、人が介入することなくシミュレートして位置決めし、かつ検査スコープ制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと
   から成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
10. 発電機械の内部検査のための方法であって、
    発電機械検査ポートに取り付けるための基台と、
    前記基台に連結された近位端、ならびに、制御システムによって遠隔制御および作動が可能な少なくとも１つの運動度を有する検査スコープと、
    視界を有し、前記基台の遠位で前記検査スコープに連結され、かつ制御システムによって遠隔制御および画像取得ができるカメラと、
    前記検査スコープおよび前記カメラの前記視界を、検査されるタイプの発電機械内のあらかじめ指定された運行経路に沿って関心のある内部領域へ自動的に位置決めするための、かつ人が介入することなく前記内部領域のカメラ画像を取得するための、前記検査スコープおよび前記カメラに連結された制御システムと
    を備える内部検査システムを提供するステップと、
    前記基台を発電機械検査ポートに取り付けるステップと、
    前記運行経路を前記制御システムに提供するステップと、
    前記検査スコープおよび前記カメラの前記視界を前記運行経路に沿って前記制御システムで自動的に位置決めし、人が介入することなく前記視界のカメラ画像を取得することによって、前記発電機械を検査するステップと、
    を含む方法。
11. 前記検査するステップの間に、前記制御システムが、前記運行経路に沿って前記カメラの前記視界を複数の関心のある領域に自動的に連続して位置決めし、かつそのそれぞれの画像を取得するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記検査するステップは、人が介入することなく自動的に実施される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記検査するステップのうちの、前記連続して位置決めして画像を取得するステップは、前記運行経路に沿って次のステップに進む前のステップのうちの少なくとも１つにおいて人の介入を許容する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記検査するステップの間に、前記検査スコープを前記運行経路に沿って連続する位置同士の間で移動させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記検査するステップの間に、
    前記制御システムを用いて前記検査スコープを静止した位置に保持するステップと、
    機械内の複数の関心のある領域を前記運行経路に沿って移動させるステップと、
    それらが前記カメラの前記視界内に移動するとき、前記カメラおよび前記制御システムを用いて、前記複数の関心のある領域の画像を取得するステップと、
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
16. 複数の関心のある領域の画像を組み合わせて合成画像を作製することと、
    数回にわたり撮られた画像を組み合わせて前記画像を重ね合わせることと、
    から成る群から選択された画像を組み合わせるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
17. 前記運行経路は、
    前記検査するステップで使用されるタイプの検査スコープを、検査されるタイプの発電機械の内部で選択された運行経路に沿って、人が制御して位置決めし、前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    前記検査するステップで使用されるタイプの仮想的な検査スコープを、検査されるタイプの仮想的な発電機械の内部で選択された運行経路に沿って、人が制御してシミュレートして位置決めし、前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    仮想的な検査スコープおよび前記検査するステップで使用されるタイプの仮想的な発電機械を、シミュレートされた選択された運行経路に沿って、人が介入することなくシミュレートして位置決めし、前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    から成る群から選択される方法によって決定される、請求項１０に記載の方法。
18. 前記発電機械は、産業用ガスタービン、蒸気タービン、および発電機から成る群から選択される、請求項１０に記載の方法。
19. 産業用ガスタービンを検査するための方法であって、
    ガスタービンの運転を停止するステップと、
    前記タービンの検査ポートに取り付けるための基台と、
    前記基台に連結された近位端、ならびに、制御システムによって遠隔制御および作動が可能な少なくとも１つの運動度を有する検査スコープと、
    視界を有し、前記基台の遠位で前記検査スコープに連結され、かつ制御システムによって遠隔制御および画像取得ができるカメラと、
    前記検査スコープおよび前記カメラの前記視界を、前記ガスタービン内のあらかじめ指定された運行経路に沿って関心のある内部領域へ自動的に位置決めするための、かつ人が介入することなく前記内部領域のカメラ画像を取得するための、前記検査スコープおよび前記カメラに連結された制御システムと、
    を備える内部検査システムを提供するステップと、
    前記ガスタービンを１５０℃（華氏３００度）未満の内部温度へ冷却するステップと、
    前記基台を前記ガスタービンの検査ポートに取り付けるステップと、
    前記運行経路を前記制御システムに提供するステップと、
    前記検査スコープおよび前記カメラの前記視界を前記運行経路に沿って前記制御システムで自動的に位置決めし、かつ人が介入することなく前記視界のカメラ画像を取得することによって、前記ガスタービンを検査するステップと、
    前記カメラ画像を検討のために保管するステップと
    を含む方法。
20. 前記運行経路は、
    前記検査するステップで使用されるタイプの検査スコープを、実際に検査される発電機械の内部で選択された運行経路に沿って、事前に人が制御して位置決めし、前記検査するステップで使用される前記検査スコープの前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    前記検査するステップで使用されるタイプの検査スコープを、前記実際に検査される発電機械と同じタイプの内部構造を有する別のガスタービンの内部で選択された運行経路に沿って、事前に人が制御して位置決めし、前記検査するステップで使用される前記検査スコープの前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    前記検査するステップで使用されるタイプの仮想的な検査スコープを、検査されるタイプの仮想的な発電機械の内部で選択された運行経路に沿って、人が制御してシミュレートして位置決めし、前記検査するステップで使用される前記検査スコープの前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    仮想的な検査スコープおよび前記検査するステップで使用されるタイプの仮想的な発電機械を、シミュレートされた選択された運行経路に沿って、人が介入することなくシミュレートして位置決めし、前記検査するステップで使用される前記検査スコープの前記制御システムによって次に繰り返すために前記運行経路を記録することと、
    から成る群から選択される方法によって決定される、請求項１９に記載の方法。

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