JP2015534046A - ラインから切り離した産業用ガスタービンおよび他の発電機械の目視検査および３ｄ白色光走査のためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

ガスタービンまたは蒸気タービンの内部部品は、例えばガスタービン燃焼器ノズルポートを通じて、タービン内に挿入および位置決めされる3D走査カメラ検査システムによって検査される。三次元内部部品測定は、ストライプ投射機によって生成される投射された光の模様と、3D白色光マトリックスカメラとを用いて実施される。リアルタイムの寸法情報は物理的な接触なしで収集され、これは、走査された構造について、ラインから切り離されての工学的情報を抽出するのに有益である。例示の3D走査は、好ましくは追加の視覚画像を伴って、ガスタービン燃焼器支持筐体、内筒、および遷移部のガス経路側で、人が介入することで、または、人が介入することなく実施される。

Description

同時係属出願の参照
本出願は、2012年1月31日に出願され、割り当てられた出願番号第13/362,352号の「System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Articulated Multi-Axis Inspection Scope」という名称の米国特許出願の一部継続である。
本出願は、2012年8月23日に出願され、割り当てられた出願番号第61/692,409号の「Vision Scope - 3D Scanner Tip for Visual Inspection and Measurement」という名称の同時係属中の米国仮特許出願の優先権を主張し、その特許出願は参照により本明細書に組み込まれている。
本出願は、以下の同時係属中の米国特許出願の優先権も主張する。それらは、2012年1月31日に出願され、割り当てられた出願番号第13/362,417号の「System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery」という名称の米国特許出願と、2012年1月31日に出願され、割り当てられた出願番号第13/362,387号の「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、2012年8月23日に出願され、割り当てられた出願番号第61/692,393号の「Hybrid Scope - Turbine Combustor Hardware Visual Inspection Tooling That Can Also Be Used To Inspect The Row 1 Turbine Blades While They Are On Turning Gear (1-1000rpm)」という名称の同時係属中の米国仮特許出願の優先権を主張している、2013年8月21日に出願され、現時点において出願番号第13/971,938号、Siemens整理番号2013P09380USの「System And Method For Optical Inspection Of Off-Line Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery While In Turning Gear Mode」という名称の同時係属中の米国特許出願である。上記の引用された同時継続中の引用された出願のすべてが、本明細書において参照により組み込まれている。
本発明は、産業用タービンと、非限定的な例としてガスタービン、蒸気タービン、および発電機を含む他の発電機械とを、非破壊で内部検査およびリアルタイムで寸法測定するための光学カメラシステムに関する。本発明のより具体的な態様は、ガスタービン燃焼器ノズルおよび遷移部を通じてカメラの視界(FOV)を手動または自動で位置決めでき、対応する燃焼器支持筐体、内筒、および遷移部のガス経路側の3D寸法データを、好ましくは追加的な視覚画像と共に、人が介入することで、または、人が介入することなく取得できる光学カメラ検査システムに関する。本発明はリアルタイムの寸法測定を可能にし、これは、走査された構造について、ラインから切り離されての工学的情報を抽出するのに有益である。三次元対象物の形状測定は、ストライプ投射機によって生成される投射された光の模様と、マトリックスカメラとを用いて実施される。本発明の範囲は、3D白色光走査のみを実施するように、または、3D白色光走査を視覚的走査との組み合わせで実施するように、構成できる。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。
蒸気タービンまたはガスタービンなどの発電機械は、予定された検査および保守期間で連続してしばしば運転され、その検査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、しばしば電力をおよそ4000時間の間連続して生成するように運転され、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。予定された保守のために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。停止段階の間、タービンロータの回転速度は、ロータの歪みの可能性を低減するために、おおよそ3600RPMの運転速度からおおよそ120RPM以下の速度まで、ロータが補助駆動モータによって外部から駆動される「回転装置モード」で減速される。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時間までの経過で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性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。ボアスコープに光結合されたカメラは、遠隔可視化のために、視界内の関心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領域の一連の異なる画像が必要とされる場合、操作者は、内部関心領域と視界との所望の相対的な位置合せを達成するために、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静止関心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達成することができる。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、タービン内部関心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、タービン内の関心領域との間での、検査者による複数回の手作業による相対的な再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の列の静翼の前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、時間を必要とし、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す。人員のスキルに相違があるので、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を、すべてのチームで使用するために取り入れることができるとよい。
ラインから切り離されての工学的調査に有用な構造情報の抽出のための産業用ガスタービン内のガス側内部構造の検査を含む、ガスまたは蒸気のタービンについての寸法情報を得ることも望ましい。例えば、ガスタービンのガス側内のガス側燃焼器および遷移部品についての構造情報を得ること、および、工学的データファイルが利用可能でないときにCADもしくは他のコンピュータ画像を生成することが、望ましい。以前は、構造情報は、冷却サイクルの完了後にタービンを解体し、次いで、座標測定システムなどの測定機器で構成部品を物理的に検査することによって得られていた。その後、物理的な測定データは、エンジンが冷却してからかなり後に、CADまたは他のデータファイルを構築するために使用され、それにより保守スケジュールに遅れをもたらしていた。
交換する構成部品が、エンジンの分解の後の視覚的および/または物理的な検査を待つよりも、保守作業の開始と並行して注文または加工できるように、タービンの解体の前にこのような構造データを収集することが好ましい。タービン内部部品の好ましくは視覚データを伴った寸法データが、例えば、ロータが冷却サイクルの長回転装置モードにおいて回転しているときといった冷却サイクルのできるだけ早い段階において、早く容易に得ることができる場合、修理を必要とする構成部品は、タービンロータが完全に停止する前に、交換、改修、および/または他の修理の日数のための優先順位を決めることができる。
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についての非破壊の内部検査と内部寸法情報の収集とを実施するために必要な全体時間を、分解および内部部品の物理的測定を必要とする公知の検査装置および検査方法によって達成できるよりも短縮し、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、当技術分野にある。
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、公知の手作業の検査ならびに構成部品の物理的な寸法測定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、非物理的な寸法測定、および、より迅速な検査サイクル時間で、連続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、当技術分野にある。
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、当技術分野にある。
例えば、ガスタービンエンジンの対応する燃焼器支持筐体、内筒、および遷移部のガス経路側といった、蒸気またはガスのタービンの内部部品の3D寸法データを、人が介入することで、または、人が介入することなく取得できるカメラ検査システムに対する追加の必要性が、当技術分野にある。理想的には、必要とされるシステムは、リアルタイムの寸法測定を可能にし、これは、走査された構造について、ラインから切り離されての工学的情報を抽出するのに有益である。好ましくは、必要とされるシステムは、タービンが保守の前の冷却モードにある間での寸法情報の抽出を容易にし、また、他の目視検査情報の収集を容易にもする。
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、例えば、ガスタービンエンジンの対応する燃焼器支持ハウジング、内筒、および遷移部のガス経路側といった、蒸気またはガスのタービンの内部部品の3D寸法データを、人が介入することで、または、人が介入することなく取得できる(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。ある実施形態では、必要とされるシステムは、リアルタイムの寸法測定を可能にし、これは、走査された構造について、ラインから切り離されての工学的情報を抽出するのに有益である。ある実施形態では、必要とされるシステムは、タービンが保守の前の冷却モードにある間での寸法情報の抽出を容易にし、また、他の目視検査情報の収集を容易にもする。
ガスおよび蒸気のタービンまたは発電機など、発電機械の内部部品は、3Dスキャナカメラおよび他のシステムカメラのそれぞれの視界(FOV)を、機械内の関心領域に、あらかじめ指定された操縦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3D画像および/または視覚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操縦経路は、操作者が、発電機械または同じタイプの同様のものの内部に検査スコープを手作業で位置決めし、将来の繰り返しのために一連の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。操縦経路は、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、ガスまたは蒸気のタービンの内部検査のためのシステムによって達成される。本発明の実施形態では、検査スコープのベースが、検査スコープが燃焼器パイロットノズルポートと遷移部とを通じて挿入された状態で、3Dスキャナカメラの視界とスコープカメラヘッドに固定された任意の他の目視検査カメラとが、燃焼器および遷移部を含むガス側の燃焼部内部部品の画像を取得するように配向された状態で、ラインから切り離されたガスタービン燃焼部に固定される。
本発明の実施形態は、タービンの内部三次元走査検査のためのシステムを特徴としている。システムは、タービン検査ポートに取り付けるためのベースを備える。延長可能な細長い本体部を備える検査スコープが、中心軸線を定め、ベースに回転可能に連結された近位端を備える。スコープは、タービン検査ポート内に挿入するための遠位端も備える。システムは、タービン検査ポート内に挿入するための、中心軸線を定めるカメラ筐体を備える。筐体は、検査スコープ遠位端に連結された近位端と、筐体遠位端とを備える。筐体に連結されるのは、光子帯域をタービン内側内の検査関心表面に投射するためのストライプ投射機、および、検査表面に投射されて反射された光子の画像を取得するための光路を備えるマトリックスカメラを具備するストラクチャードライト3Dスキャナである。
本発明の別の実施形態は、タービンの内部三次元走査検査のためのシステムを特徴としている。システムは、タービン検査ポートに取り付けるためのベースを備える。延長可能な細長い本体部を備える検査スコープが、中心軸線を定め、ベースに回転可能に連結された近位端を備える。スコープは、タービン検査ポート内に挿入するための遠位端も備える。第1の関節連結部は、検査スコープ遠位端に回転可能に連結された第1の関節連結部近位端を備える。第1の関節連結部は、検査スコープ本体部中心軸線周りで選択的に回転できる。第1の関節連結部は、検査スコープ本体部中心軸線に対して径方向に変位できる第1の関節連結部遠位端も備える。中心軸線を定めるカメラ筐体は、タービン検査ポート内に挿入可能であり、第1の関節連結部遠位端に連結された近位端を備え、カメラ筐体遠位端を定める。カメラ筐体は、光子帯域をタービン内側内の検査関心表面に投射するためのストライプ投射機、および、検査表面に投射されて反射された光子の画像を取得するための光路を備えるマトリックスカメラを具備するストラクチャードライト3Dスキャナを備える。第1のカメラが、カメラ筐体に連結され、カメラ筐体中心軸線と概して平行な第1のカメラ光路において画像を取得することができる。第2のカメラが、これもカメラ筐体に連結され、カメラ筐体中心軸線と概して横方向で位置合せされた第2のカメラ光路において画像を取得することができる。システムは、検査スコープ中心軸線と平行で径方向にカメラ筐体中心軸線を関節移動するための、第1の関節連結部に連結された第1の関節駆動部を備える。システムは、第1の関節駆動部、ストラクチャードライト3Dスキャナ、第1のカメラ、および第2のカメラに連結され、検査スコープおよびそれぞれのカメラ光路をタービン内の操縦経路に沿って内部関心領域へと位置決めするための制御システムであって、内部関心領域のそれぞれのカメラ画像を選択的に取得するための制御システムも備える。
本発明のさらに別の実施形態は、タービンの内部寸法測定検査を実施するための方法を対象としている。方法は、タービン検査ポートに取り付けるためのベースと、中心軸線を定める延長可能な細長い本体部を備える検査スコープであって、ベースに回転可能に連結された近位端、および、タービン検査ポート内に挿入するための遠位端を有する検査スコープとを備える三次元(3D)走査システムで実施される。方法を実施するために使用されるシステムは、中心軸線を定め、タービン検査ポート内に挿入するための、検査スコープ遠位端に連結された近位端と、ストラクチャードライト3Dスキャナとを備えるカメラ筐体を備える。3Dスキャナは、光子帯域をタービン内側内の検査関心表面に投射するためのストライプ投射機、および、検査表面に投射されて反射された光子の画像を取得するための光路を備えるマトリックスカメラを具備する。方法は、ベースをタービン検査ポートに固定することによって、走査システムで実施される。検査スコープおよびカメラ筐体は、検査ポートへと挿入される。タービンは、検査スコープおよびカメラ筐体を操縦経路に沿って位置決めし、光子帯域を検査関心表面に投射し、検査関心表面のマトリックスカメラ画像を取得することによって、検査される。検査されたタービンの内部寸法測定は、マトリックスカメラ画像を用いて決定される。
本発明の目的および特徴は、任意の組み合わせ、または、任意の副次的な組み合わせで、当業者によって共同または別々で適用されてもよい。
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で、容易に理解され得る。
公知のガスタービンのその燃焼部を含む部分的な断面の概略図である。 本出願に記載の光学カメラ検査システムを燃焼器ノズル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の概略図である。 燃焼器の内部部品の検査を図2の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の概略図である。 遷移部品の寸法の3D走査検査を、本発明の3D走査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の概略図である。 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ー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カメラヘッド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な部分的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。 本出願に記載の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。 本出願に記載の別の光学カメラ検査システムを2つの別個のタービン部分の列の各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の概略図である。 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。 図18の検査システムに関して、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。 本発明の検査システムによって実施される非接触3D寸法走査の操作原理を示す斜視概略図である。 本発明の非接触3D寸法走査検査のカメラヘッドの移動範囲の斜視図である。 図22の検査システムのカメラヘッド関節連結部機構の分解概略図である。 図22の検査システムのカメラヘッド遠位先端の概略的な正面図である。 図22の検査システムのカメラヘッドの軸線方向の部分的な断面概略図である。 図22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。
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。
以下の記載を検討した後、当業者は、ガスタービンまたは蒸気タービンの内部部品を、例えばガスタービン燃焼器ノズルポートを通じて、タービン内に挿入および位置決めされる3D走査カメラ検査システムによって検査するために、本発明の教示が容易に利用できることを明確に理解することになる。三次元内部部品測定は、ストライプ投射機によって生成される投射された光の模様と、3D白色光マトリックスカメラとを用いて実施される。リアルタイムの寸法情報は物理的な接触なしで収集され、これは、走査された構造について、ラインから切り離されての工学的情報を抽出するのに有益である。例示の3D走査は、好ましくは追加の視覚画像を伴って、ガスタービン燃焼器支持筐体、内筒、および遷移部のガス経路側で、人が介入することで、または、人が介入することなく実施される。好ましくは、ガスおよび蒸気のタービンの内部部品は、3Dスキャナが選択的に組み込まれた光学カメラ検査システムで視覚的に検査もできる。本発明のシステムは、選択的に、3Dカメラおよび/または視覚カメラのそれぞれの視界(FOV)を、タービン内の関心領域に、あらかじめ指定された操縦経路に沿って自動または手動で位置決めし、人が介入することで、または、人が介入することなく画像を取得できる。前記の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。検査システムは、ガスタービンエンジン燃焼器ノズルアクセスポートを通じて、燃焼器および遷移部またはタービンの多くの種類の内部部品に挿入され得る光学カメラを備える関節接合された多軸検査スコープを備える。
ある実施形態では、光学カメラ検査システムは、3Dカメラおよび視覚カメラのそれぞれの視界(FOV)を機械内の関心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、燃焼部の燃焼器および遷移部34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の自動化された遠隔からの3D寸法走査および選択的な目視検査を容易にする。図2〜図4および図21〜図26に示すように、本発明の検査システムの実施形態は、遠隔作動される3Dスキャナおよび選択的なカメラ検査スコーププローブ60を、燃焼器ノズルポート36などのタービン検査ポートに取り付け、例えば遷移部品内部表面37のといった、視覚および/または3Dの走査データを取得することによって、周囲温度まで完全に冷却されていないがラインから切り離されたタービンの検査を可能にする。取り付けの際、検査スコーププローブ60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。三次元走査および選択的な目視画像データが、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、検査ポートとして機能する燃焼器ノズルポート36へと挿入(図2)することによる、ラインから切り離された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概してL字形の外形に折ることができる。60が検査ポート36内に位置決めされると、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、燃焼器および遷移部の内部部品を検査するために利用され得る。図4では、3D走査システムの実施形態のスコープ60は、本明細書において図21〜図26を参照しつつ後でより詳細に説明するが、さらに延長され、燃焼部の遷移部の内側面37の、スコープ60のカメラヘッドの関節接合の寸法データと選択的な画像とが獲得され得る。
図5を参照すると、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またはヘッド(図5、図12〜図15および図22〜図25)を備える。
Ω -- 全体回転
T -- 伸縮延長
Φ -- カメラヘッド連結
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、燃焼器ノズルポート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内へと収まる。
図6および図7に示すように、バネ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、伸縮管77においてナックル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はアダプターリング112に取り付けられ、そのアダプターリング112は、燃焼器ノズル検査ポート36などの検査ポートへとさらに取り付けられる。図9に示すように、アダプターリングは、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。アダプターリング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、アダプターリング112内に埋め込まれるようにして取り付けられ得る。アダプターリングの他の構成、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、アダプターリング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従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による駆動スクリュー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。異なる解像度および焦点特性を有する1つまたは2つのカメラが、自動焦点式USBカメラの代用とされてもよい。同様に、カメラヘッド照明システムは、LED、または、非限定的な例として、一定状態もしくはストロボの照明、可変もしくは調光の強度出力といった、所望の出力強度もしくは他の特性の他の照明源を採用できる。
三次元走査カメラ検査スコープ
本発明では、3D走査カメラ検査スコープ60は、ガスタービン遷移部37など、タービン内の内部部品の三次元形状を物理的な接触なしで測定する。図21を参照すると、部品形状測定は、投射されたストライプ302の二次元の列SNを有するストライプ投射機301によって生成される投射された光の模様の公知の原理と、u×v画素マトリックスを備える走査カメラ310とを適用することで、3Dスキャナ300で実施される。狭帯域の光SNを投射機301で、遷移部37など、三次元形状とされた表面に投射することは、投射機301の視点以外の視点からは歪んで現れる照明線303を生成する。例えば、照明線303は、遷移部37の成形された表面の対象画素304に光を当て、その反射がマトリックスカメラ310によってカメラ画素312として取得される。反射を取得する一連の対応するカメラ画素が、表面形状の正確な幾何学的復元のために用いられ、公知の市販により利用可能なハードウェアおよび復元ソフトウェアを用いて実施できる。例えば、図21では、照明線303に沿う対象画素304の線の三次元形状が、カメラ画素312の対応する取得された画像の位置と、三角測量の底辺距離Bと、光路(O.P.)に沿う入射および反射の角度αとによって決定される。
本発明の3D走査カメラ検査スコープは、先の図10〜図15で説明されているモータ被覆部64、先端部またはヘッド66、および関節連結部82(関連する駆動部と共に)の代わりに、代替の実施形態のモータ被覆部64'、カメラ先端部またはカメラヘッド66'、関節連結部82'を用いている。カメラヘッド66'はカメラハブ128'に連結され、カメラハブ128'は関節連結部82'の遠位端を形成している。カメラハブ128'は、連結部130'において、一対の並列リンク131'のそれぞれの遠位端に回動可能に連結されている。リンク131'の近位端は、モータ被覆部64'とカメラ先端部またはカメラヘッド66'との機械的連結のためのモータ被覆部回動部122'に回動可能に連結されている。
運動Φの弓状の範囲を駆動するために、先に説明した関節連結部82'の上流の検査スコープシステムの管区域62およびモータ被覆部64'の部品の変形したものが、図23に分解図で示されている代替の実施形態のカメラヘッド66'と共に利用される。モータ124'は駆動ねじ126'を回転する。クランク組立体127'は、駆動ねじ126'の回転運動を弓状運動Φへと変換する。クランク組立体127'の遠位先端は、オフセットリンク133'の近位端に回転可能に連結されている。オフセットリンク133'の遠位端は、カメラハブ128'に回動可能に連結されている。並列リンク131'、オフセットリンク133'、および、モータ被覆部64'の中心軸線およびカメラヘッド66'の中心軸線に対するそれぞれの相対的な回動接続位置122'、130'、133"の運動学的配置は、両方の中心軸線が運動Φの範囲を通じて互いに平行なままであるように選択されることが好ましい。しかしながら、他の運動学的配置が利用されてもよい。
図22〜図25は、カメラハブ128'と、外側筐体88'と、遠位先端89'とを含むカメラヘッド66'を示している。前方目視検査カメラ156'は、カメラヘッド66'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(FOV156')を有する。側方視目視検査カメラ158'は、横方向に、または、カメラヘッド66'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(FOV158')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。同様に、カメラ158'は、走査カメラ310と共有するビームスプリッタ161'を通る光路(O.P.)に沿ってその画像を生成する。後でより詳細に説明するように、カメラ158'および310は、別々のそれぞれの作動の視覚および3D走査モードで利用され、そのため、共通の光路を共有することで、カメラヘッド66'の内部容積を有利に低減する。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。異なる解像度および焦点特性を有するカメラが、自動焦点式USBカメラの代用とされてもよい。
カメラヘッド66'内の3D走査システム300の部品は、投射機301および3Dカメラ310を含んでいる。例示の投射機および3Dカメラは、XIMEA Corp. of Golden、Colorado、USAから入手可能である。投射機301は、光路に沿ってプリズム305を通り開口92'を通じてカメラヘッド外側筐体88'を出て行く光ビームを投射する。本発明の例示の実施形態では、投射機301および3Dカメラ310は、入射する投射された光が10度の角度αのカメラ310O.P.および3.94インチ(100mm)の光路長さで集束するように、配向されている。入射および集束の光が、筐体88'内に形成された光ポート92'を通過する。遷移部37などの検査表面から100mmの所望の距離にカメラヘッドを位置合せするのを支援するために、カメラ筐体88'内に形成されたレーザポート93'と視覚的に通じているダイオードレーザ320が、焦点ドット321を遷移部37表面に投射する。100mmの所望のO.P.距離は、レーザドットがカメラ310の焦点にあるときに実現される。カメラヘッド66'は、関節連結部機構82'の関節角度Φを関節移動することで、遷移部表面37に対して位置合せされる。これは、さらに、図4および図22に示されるように、方向Rに沿ってスコープ60の中心軸線に対して径方向にカメラヘッド66'を移動する。検査システムは、レーザスポット321に焦点が合わせられるまで、公知のフィードバックループを通じて径方向Rに沿ってカメラヘッド66'を自動的に配向できる。所望のレーザスポット321焦点を実現すると、レーザ320によるスポット投射が、3D走査手順の開始の前に停止される。
一対の発光ダイオード(LED)ライト162'および164'を具備するとして示されている照明システムが、カメラヘッド66'の中心軸線にそれぞれ同軸および横方向で取り付けられている。それらは、発電機械の内部目視検査の間に、カメラ156'、158'に照明を提供する。LEDライト162'および164'は、カメラヘッド66'の中心軸線に対して任意の所望の位置に配向できる。カメラヘッド照明システムは、LED、または、非限定的な例として、一定状態もしくはストロボの照明、可変もしくは調光の強度出力といった、所望の出力強度もしくは他の特性の他の照明源を採用できる。照明システムは、3D走査システム300で寸法走査を実施するとき、または、焦点スポット321をレーザ320で投射するときには利用されない。したがって、照明システムのLEDライト162'、164'およびレーザ320は、共通の電源と光制御システム(例えば、図26を参照)とを共有できる。
検査スコープ冷却システム
カメラヘッドの実施形態66または66'のいずれかを利用する検査スコープ60は、それぞれの実施形態の図15および図25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)とによって好ましくは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、156'、158'、310'およびLED162、164、162'、164'の周りで、カメラポート90、92、90'、92'、レーザポート93'、プリズム160、160'、164'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、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何時間も前に、なおも高温の停止されたタービン内に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。したがって、検査手順は、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達成される。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、図13〜図15のカメラヘッド66と共に利用される本発明の例示の運動制御システムのブロック図である。図21〜図25のカメラヘッド66'についての対応するブロック図は、図26に示されている。図16および図26の両方において、共通する構成部品および機能は、同一の符号で指示されており、以下の共通の運転説明を含んでいる。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およびそれぞれの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ダを備えている。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。各々の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または162'、164'の輝度出力およびオン/オフ(適用可能である場合、ストロボ機能を含む)と、3D走査システム300のストライプ投射機310と、焦点スポット生成レーザ320とを制御する。デジタルライト制御装置190は、運動制御装置186および主制御装置200とも通信している。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156/156'(第1USBカメラ)、カメラ158/158'(第2USBカメラ)、および3D走査システムカメラ310から画像データを受信して処理する。3D走査システムカメラ310の画像データは、図4および図21の遷移部37の表面など、走査される表面に関する寸法データを、公知の画像処理ソフトウェアを用いて生成するために処理される。例示の3D走査画像処理ソフトウェアは、インターネットを介してItaly Visual Computing LabのNational Research Councilからダウンロードできるオープンソースソフトウェアの「MeshLab」パッケージである。例示の3D走査画像処理ソフトウェアについての別のソースは、Geomagic of Research Triangle Park、North Carolina、U.S.Aである。主制御装置コンピュータ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に保管もしくは他の方法で保存できる。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156/156'、158/158'、および310からのそれぞれの視覚画像および復元寸法画像は、HMI表示スクリーン206によって見ることができるか、または、公知に通信経路を介して、他の画像表示またはデータ処理システムへと通信され得る。
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、回転する動翼列と静止する静翼列との間で、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の実施形態と共に、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)内で画像取り込みを行うカメラヘッド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なおも有するとき、タービン30の冷却段階で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前縁側または後縁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の各々の前縁側は、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、タービン動翼上の関心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の後縁の画像が、前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、ガスタービンなどのタービンの関心領域に対して、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の一連の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の一連の情報は、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、タービン内で操縦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。操縦経路は、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操縦経路情報を保持し、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の進行を後で繰り返すことができる。例えば、操縦経路の順序は単一の試験タービンで実施でき、その順序は、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々のガスタービンとは内部構造が違うかもしれないことを懸念するかもしれない。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、保存された操縦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操縦経路をプログラムするように選択できる。
操縦経路は、代替で、検査者がシミュレートされたタービンで操縦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、提案された検査操縦経路を準備できる。
自動または手動で制御される操縦経路の順序は、3D走査システムカメラヘッド66'の視界を、ある関心位置から他の関心位置へと移動できる。例えば、図4に示すように、検査スコープ60が燃焼器ノズルポート36に取り付けられ得ると、検査システムは燃焼器および遷移部37内の内部部品の視覚画像を、カメラ156'および/または158'で、好ましくは照明システム162'、164'からの照明と併せて、取得して記録できる。三次元走査データは、視覚画像に代わって、または、視覚画像と併せて、カメラヘッド66'内の3D走査システム300で取得できる。視覚画像データと3D走査データとの両方が、合成画像で組み合わせできる。
操縦経路にあるとき、カメラヘッド66'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、例えば、カメラヘッド66'を所望の参照位置へと軸線方向に挿入し、次に、遷移部37の全体内側周囲またはその任意の所望の周囲部分周りで360度回転/パンすることによって、再位置決めされ得る。同じ基準位置から撮られた様々な目視および/または3D走査画像は、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他の位置へと移動するのではなく、静止するカメラヘッドの視界内にタービン部品の関心領域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を連続して手動で「ぶつける」ことで、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て説明されたが、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「光学画像」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)、124(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 遷移部
36 燃焼器ノズルポート
37 遷移部品内部表面
37 遷移部の内側面
37 遷移部
38 タービン部
44 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 3D走査カメラ検査スコープ
62 管区域
64 モータ被覆部
64' モータ被覆部
66 先端部
66 ヘッド
66' カメラ先端部
66' カメラヘッド
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
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
88' 外側筐体
89' 遠位先端
90 カメラポート
90' ポート
92 カメラポート
92' ポート
92' 開口
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 アダプターリング
114 周囲ねじ
116 取付孔
120 モータ被覆筺体
122 モータ被覆旋回部
122' モータ被覆部回動部
122' 回動接続位置
124 関節運動サーボモータ
124' モータ
126 駆動ねじ
126' 駆動ねじ
127' クランク組立体
128 カメラ旋回ハブ
128' カメラハブ
129 回転ハブ
130 カメラハブ旋回部
130' 連結部
130' 回動接続位置
131' 並列リンク
132 傾斜運動軸
133' オフセットリンク
133" 回動接続位置
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
156 カメラ
156' 前方目視検査カメラ
156' FOV
158 カメラ
158' 側方視目視検査カメラ
158' FOV
160 プリズム
160' プリズム
161' ビームスプリッタ
162 発光ダイオード
162' 照明システム
164 発光ダイオード
164' 照明システム
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 主制御装置コンピュータ
200 主制御装置
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 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
300 3Dスキャナ
300 3D走査システム
301 ストライプ投射機
302 ストライプ
303 照明線
304 対象画素
305 プリズム
310 走査カメラ
310 マトリックスカメラ
310 3Dカメラ
310 3D走査システムカメラ
312 カメラ画素
320 ダイオードレーザ
321 焦点ドット
321 レーザスポット
321 焦点スポット
R 径方向
SN 二次元の列

Claims (20)

  1. タービンの内部三次元走査検査のためのシステムであって、
    タービン検査ポートに取り付けるためのベースと、
    中心軸線を定める延長可能な細長い本体部を備える検査スコープであって、前記ベースに回転可能に連結された近位端、および、タービン検査ポート内に挿入するための遠位端を有する検査スコープと、
    タービン検査ポート内に挿入するための、中心軸線を定めるカメラ筐体とを備え、前記カメラ筐体は、
    前記検査スコープ遠位端に連結された近位端、
    遠位端、ならびに、
    光子帯域をタービン内側内の検査関心表面に投射するためのストライプ投射機、および、前記検査表面に投射されて反射された光子の画像を取得するための光路を備えるマトリックスカメラを具備するストラクチャードライト3Dスキャナ
    を備える、システム。
  2. 前記カメラ筐体は、前記3Dスキャナのために距離参照焦点ドットを投射するためのレーザをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
  3. 照明源と、第2のカメラ光路において画像を取得することができる第2のカメラとをさらに備える前記カメラ筐体をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記マトリックスカメラの前記光路と前記第2のカメラの前記光路とを、前記カメラ筐体中心軸線と概して横方向で位置合せされた共通の光路で光学的に連結するビームスプリッタと、
    前記カメラ筐体中心軸線と概して横方向で位置合せされた光路に沿って光子を投射するための前記投射機に光学的に連結されたプリズムと
    をさらに備える、請求項3に記載のシステム。
  5. 前記カメラ筐体中心軸線と概して平行な第3のカメラ光路において画像を取得することができる第3のカメラをさらに備える、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記第2のカメラ光路と前記第3のカメラ光路とを選択的に照らすために、前記カメラ筐体遠位端と横方向周囲とにそれぞれLED照明源をさらに備える、請求項5に記載のシステム。
  7. 前記3Dスキャナのために距離参照焦点ドットを投射するためのレーザと、
    前記3Dスキャナ、前記第2のカメラ、前記第3のカメラ、前記LED照明源、および前記レーザに連結され、人が介入することなくタービン内部関心表面のカメラ画像を自動的に取得するための制御システムと
    をさらに備える、請求項6に記載のシステム。
  8. 前記3Dスキャナのために距離参照焦点ドットを投射するためのレーザと、
    前記検査スコープ、前記3Dスキャナ、前記第2のカメラ、前記第3のカメラ、前記LED照明源、および前記レーザに連結され、前記検査スコープおよびそれぞれのカメラ光路をタービン内のあらかじめ指定された操縦経路に沿って内部関心表面に自動的に位置決めるための制御システムであって、人が介入することなく前記内部関心表面のカメラ画像を取得するための制御システムと
    をさらに備える、請求項6に記載のシステム。
  9. 前記制御システムに連結された第1の関節連結部をさらに備え、前記第1の関節連結部は、
    前記検査スコープ本体部中心軸線周りで選択的に回転できる前記検査スコープ遠位端に回転可能に連結された第1の関節連結部近位端と、
    前記検査スコープ本体部中心軸線に対して径方向に変位できる前記カメラ筐体近位端に連結された第1の関節連結部遠位端と
    を備える、請求項8に記載のシステム。
  10. 前記3Dスキャナに連結され、人が介入することなくタービン内部関心表面のカメラ画像を自動的に取得するための制御システムをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
  11. 前記検査スコープおよび前記3Dスキャナに連結され、前記検査スコープおよび前記マトリックスカメラ光路をタービン内のあらかじめ指定された操縦経路に沿って内部関心表面へと自動的に位置決めするための制御システムであって、人が介入することなく前記内部関心表面のマトリックスカメラ画像を取得するための制御システムをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
  12. 前記制御システムに連結された第1の関節連結部をさらに備え、前記第1の関節連結部は、
    前記検査スコープ本体部中心軸線周りで選択的に回転できる前記検査スコープ遠位端に回転可能に連結された第1の関節連結部近位端と、
    前記検査スコープ本体部中心軸線に対して径方向に変位できる前記カメラ筐体近位端に連結された第1の関節連結部遠位端と
    を備える、請求項11に記載のシステム。
  13. 前記検査スコープ本体部中心軸線周りで選択的に回転できる前記検査スコープ遠位端に回転可能に連結された第1の関節連結部近位端と、
    前記検査スコープ本体部中心軸線に対して径方向に変位できる前記カメラ筐体近位端に連結された第1の関節連結部遠位端と
    を備える第1の関節連結部をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
  14. 前記近位端と前記遠位端との中間の延長部を備える前記検査スコープと、
    前記検査スコープをその中心軸線周りで回転するための、前記検査スコープに連結された全体回転駆動部と、
    前記延長部を移動するための、前記延長部に連結されたスコープ延長駆動部と、
    前記検査スコープ中心軸線に対して前記カメラ筐体中心軸線を関節移動するための、前記関節連結部に連結された第1の関節駆動部と、
    前記全体回転駆動部、前記スコープ延長駆動部、前記第1の関節駆動部、および前記ストラクチャードライト3Dスキャナに連結され、前記検査スコープおよび前記マトリックスカメラ光路をタービン内の操縦経路に沿って内部関心領域へと位置決めするための制御システムであって、前記内部関心領域のそれぞれのカメラ画像を選択的に取得するための制御システムと
    をさらに備える、請求項13に記載のシステム。
  15. タービンの内部三次元走査検査のためのシステムであって、
    タービン検査ポートに取り付けるためのベースと、
    中心軸線を定める延長可能な細長い本体部を備える検査スコープであって、前記ベースに連結された近位端、および、タービン検査ポート内に挿入するための遠位端を有する検査スコープと、
    第1の関節連結部であって、
    前記検査スコープ本体部中心軸線周りで選択的に回転できる前記検査スコープ遠位端に回転可能に連結された第1の関節連結部近位端、および、
    前記検査スコープ本体部中心軸線に対して径方向に変位できる第1の関節連結部遠位端
    を備える第1の関節連結部と、
    タービン検査ポート内に挿入するための、中心軸線を定めるカメラ筐体であって、
    前記第1の関節連結部遠位端に連結された近位端、
    遠位端、ならびに、
    光子帯域をタービン内側内の検査関心表面に投射するためのストライプ投射機、および、前記検査表面に投射されて反射された光子の画像を取得するための光路を備えるマトリックスカメラを具備するストラクチャードライト3Dスキャナ
    を備えるカメラ筐体と、
    前記カメラ筐体に連結され、前記カメラ筐体中心軸線と概して平行な第1のカメラ光路において画像を取得することができる第1のカメラと、
    前記カメラ筐体に連結され、前記カメラ筐体中心軸線と概して横方向で位置合せされた第2のカメラ光路において画像を取得することができる第2のカメラと、
    前記検査スコープ中心軸線と平行で径方向に前記カメラ筐体中心軸線を関節移動するための、前記第1の関節連結部に連結された第1の関節駆動部と、
    前記第1の関節駆動部、前記ストラクチャードライト3Dスキャナ、前記第1のカメラ、および前記第2のカメラに連結され、前記検査スコープおよびそれぞれのカメラ光路をタービン内の操縦経路に沿って内部関心領域へと位置決めするための制御システムであって、前記内部関心領域のそれぞれのカメラ画像を選択的に取得するための制御システムと
    を備えるシステム。
  16. タービンの内部寸法測定検査を実施するための方法であって、
    タービン検査ポートに取り付けるためのベースと、
    中心軸線を定める延長可能な細長い本体部を備える検査スコープであって、前記ベースに回転可能に連結された近位端、および、タービン検査ポート内に挿入するための遠位端を有する検査スコープと、
    タービン検査ポート内に挿入するための、中心軸線を定めるカメラ筐体とを備え、前記カメラ筐体は、
    前記検査スコープ遠位端に連結された近位端、
    光子帯域をタービン内側内の検査関心表面に投射するためのストライプ投射機、および、前記検査表面に投射されて反射された光子の画像を取得するための光路を備えるマトリックスカメラを具備するストラクチャードライト3Dスキャナ
    を備える、三次元(3D)走査システムを提供するステップと、
    前記ベースをタービン検査ポートに取り付けるステップと、
    前記検査スコープおよび前記カメラ筐体を前記検査ポートへと挿入するステップと、
    前記検査スコープおよび前記カメラ筐体を操縦経路に沿って位置決めし、前記光子帯域を検査関心表面に投射し、前記検査関心表面のマトリックスカメラ画像を取得することによって、前記タービンを検査するステップと、
    前記マトリックスカメラ画像を用いて前記検査されたタービンの内部寸法測定を決定するステップと
    を含む方法。
  17. 前記検査スコープおよび前記カメラ筐体に連結され、前記検査スコープおよび前記マトリックスカメラ光路を前記タービン内のあらかじめ指定された操縦経路に沿って自動的に位置決めするための制御システムであって、人が介入することなくそのマトリックスカメラ画像を取得するための制御システムを提供するステップと、
    前記操縦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マトリックスカメラ光路を前記操縦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そのマトリックスカメラ画像を取得することによって、前記タービンを検査するステップと
    をさらに含む、請求項16に記載の方法。
  18. 前記検査されたタービンの寸法入りの仮想画像を、取得されたマトリックスカメラ画像で構築するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記カメラ筐体は、照明源と、第2のカメラ光路において画像を取得することができる第2のカメラとをさらに備え、
    前記照明源を選択的に作動するステップと、
    前記第2のカメラの画像を取得するステップと
    をさらに含む、請求項16に記載の方法。
  20. 前記検査スコープおよび前記カメラ筐体に連結され、前記検査スコープおよび前記マトリックスカメラ光路を前記タービン内のあらかじめ指定された操縦経路に沿って自動的に位置決めするための制御システムであって、人が介入することなくそのマトリックスカメラ画像を取得するための制御システムを提供するステップと、
    前記操縦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マトリックスカメラ光路を前記操縦経路に沿って前記制御システムで位置決めし、人が介入することなく任意の一連のマトリックスカメラ画像または第2のカメラ画像または両方の種類の画像を自動的に取得することによって、前記タービンを検査するステップと、
    前記検査されたタービンの寸法入りの仮想画像を、取得された画像で構築するステップと
    をさらに含む、請求項19に記載の方法。
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