JP2016205380A - ひずみセンサを解析し、タービン部品のひずみを監視するためのデータ取得装置、システム、および方法 - Google Patents

ひずみセンサを解析し、タービン部品のひずみを監視するためのデータ取得装置、システム、および方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基準オブジェクトを解析するためのデータ取得装置、およびタービン部品の変形を監視するシステムを提供する。
【解決手段】データ取得装置は、長手方向軸線１０４を有し、レンズ組立体１１０と、画像を生成するために、レンズ組立体１１０から光を受けて処理する、レンズ組立体と通信する画像取り込み装置１２０とを備える。データ取得装置は、光源１３０と、後端１４４で光源に連結された光管１４０とをさらに含む。光管は、前端１４２と後端１４４との間の長手方向軸線に沿って延び、光源から光管を通じて光を送って、前端から光を放射するように動作可能である。データ取得装置は、画像取り込み装置および光源を起動するように動作可能な、アクチュエータをさらに含む。
【選択図】図５

Description

本開示は、一般にデータ取得装置、およびひずみセンサ等の基準オブジェクトを解析する方法に関し、かつひずみセンサを解析するためにこのような装置を使用する、タービン部品のひずみを監視するシステムに関する。
ターボ機械は、発電や航空機エンジン等の分野で広く使用されている。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機区画、燃焼器区画、および少なくとも１つのタービン区画を含む。圧縮機区画は、空気が圧縮機区画を通って流れる際に、空気を圧縮するように構成される。空気は、次に圧縮機区画から燃焼器区画へと流れ、燃料と混合されて燃やされ、高温ガス流を発生させる。高温ガス流はタービン区画に供給され、タービン区画は、高温ガス流からエネルギーを取り出すことによって、圧縮機、発電機その他様々な負荷に動力を供給するように、高温ガス流を使用する。
ターボ機械の動作中は、ターボ機械内、および特にターボ機械のタービン区画内にある、タービンブレード等のターボ機械の（集合的にタービン部品として知られる）様々な部品は、高温および応力のためにクリープを起こす場合がある。タービンブレードの場合、クリープによってブレードの部分または全体が伸長して、ブレード先端がタービンケーシング等の静止構造体に接触し、動作中に望ましくない振動および／または性能低下を引き起こす可能性がある。
したがって、タービン部品のクリープを監視することが望ましい。タービン部品のクリープを監視する１つの手法は、部品にひずみセンサを構成し、クリープひずみに関連する変形を監視するために、様々な間隔でひずみセンサを解析することである。しかしながら、このような変形は、多くの場合、元の寸法の０．０１％程度であるため、ひずみ監視用の特殊な装置が必要になる。このようなひずみセンサを監視するための、現在知られている取得ツールおよび技術は、場合によっては、このような用途用に望ましい十分な低ひずみ、高コントラスト、小規模の画像を提供することができない。
したがって、タービン部品のひずみを監視するための代替的なシステムおよび方法が、当技術分野で求められている。さらに、ひずみセンサ等の基準オブジェクトを解析するための、代替的なデータ取得装置および方法が、当技術分野で求められている。タービン部品のひずみセンサによる監視用に、十分に低ひずみで、高コントラストで、小規模な画像を提供するシステム、装置、および方法が、特に有利となるであろう。
米国特許出願公開第２０１３／０２０２１９２号明細書
本発明の態様および利点は、以下の説明である程度述べられ、この説明から明らかとなり、あるいは本発明の実施によって知ることができる。
本開示の一実施形態によれば、基準オブジェクトを解析するためのデータ取得装置が提供される。データ取得装置は、長手方向軸線を有し、レンズ組立体と、画像を生成するために、レンズ組立体から光を受けて処理する、レンズ組立体と通信する画像取り込み装置とを備える。データ取得装置は、光源と、後端で光源に連結された光管とをさらに含む。光管は、前端と後端との間の長手方向軸線に沿って延び、光源から光管を通じて光を送って、前端から光を放射するように動作可能である。データ取得装置は、画像取り込み装置および光源を起動するように動作可能な、アクチュエータをさらに含む。
本開示の別の実施形態によれば、タービン部品の変形を監視するシステムが提供される。タービン部品は、外面を有する。本システムは、タービン部品の外面に構成可能なひずみセンサと、ひずみセンサを解析するデータ取得装置とを備える。データ取得装置は、レンズ組立体と、画像を生成するために、レンズ組立体から光を受けて処理する、レンズ組立体と通信する画像取り込み装置とを含む。データ取得装置は、光源と、後端で光源に連結された光管とをさらに含む。光管は、前端と後端との間の長手方向軸線に沿って延び、光源から光管を通じて光を送って、前端から光を放射するように動作可能である。データ取得装置は、画像取り込み装置および光源を起動するように動作可能な、アクチュエータ、およびシェルをさらに含み、シェルは、レンズ組立体、画像取り込み装置、光源、および光管を囲む。データ取得装置は、光管の前端に近接して配置された複数のスペーサをさらに備える。複数のスペーサはそれぞれ、シェルから延び、データ取得装置が、タービン部品の外面と接触する動作位置にあるときに、光管の前端をタービン部品の外面から離間する大きさにされる。
本開示の別の実施形態によれば、ひずみセンサを解析する方法が提供される。この方法は、ひずみセンサ部分を、ひずみセンサの画像内で、画像の第１の解析を実行することによって、背景部分に対して配置するステップを含む。この方法は、画像の第２の解析を実行することによって、ひずみセンサ部分のひずみセンサ表示を識別するステップをさらに含む。この方法は、画像のひずみセンサ部分の第３の解析を実行することによって、ひずみセンサ部分の品質解析を実施するステップをさらに含み、第３の解析は、第１の解析よりも高いビット深度を使用する。
本発明のこれらその他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、および添付の特許請求の範囲を参照すれば、よりよく理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、明細書の記載と併せて、本発明の原理を説明するために供される。
最良の態様を含み、当業者を対象とする、本発明の完全かつ実施可能な程度の開示が本明細書に記載され、以下の添付の図面を参照する。
本開示の一実施形態による、ひずみセンサを備える例示的なタービン部品の斜視図である。 本開示の一実施形態による、例示的なひずみセンサの上面図である。 本開示の一実施形態による、タービン部品のひずみを監視するシステムの側面図である。 本開示の一実施形態による、データ取得装置の斜視図である。 本開示の一実施形態による、データ取得装置の斜視断面図である。 本開示の一実施形態による、例示目的のために様々な部品が影で示されている、データ取得装置の側面図である。 本開示の一実施形態による、データ取得装置の光管の斜視図である。 本開示の一実施形態による、例示的なひずみセンサの画像を示す。 本開示の一実施形態による、方法を示すフローチャートである。
ここで、本発明の実施形態を詳しく参照し、その１つ以上の例を図面に示す。それぞれの例は、本発明を限定するためではなく、本発明の説明のために提供される。実際に、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明に様々な修正および変更がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として図示または説明されている特徴は、さらなる実施形態を得るために、別の実施形態で使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で行われる、このような修正および変更を網羅することが意図される。
ここで図１を参照すると、タービン部品１０が、タービン部品の外面１１の一部に構成された、ひずみセンサ４０と共に示されている。タービン部品１０は、高温用途に利用されるような様々な特定の部品（例えば、ニッケルまたはコバルト基の超合金を含む部品）を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、タービン部品１０は、燃焼部品、または高温ガス流路部品を含むことができる。いくつかの特定の実施形態では、タービン部品１０は、バケット、ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピースまたはケーシングを含むことができる。他の実施形態では、タービン部品１０は、ガスタービン、産業用ガスタービン、蒸気タービン等の部品のような、タービンのその他の任意の部品を含むことができる。
タービン部品１０は、ひずみセンサ４０が構成された外面１１を有する。本開示によるひずみセンサ４０は、蒸着法、他の適当な積層造形法（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、レーザーアブレーション、彫り込み、機械加工等のサブトラクティブ法、アニーリング、直接的な表面変色、または反射率に局所的な変化をもたらす技術等の外観変更技術、適切な取り付け装置、または接着、溶接、ろう付け等の技術を用いた、事前形成されたひずみセンサ４０の取り付け、あるいはひずみセンサ４０の部品として機能する、外面１１の既存の特徴の識別を含む、任意適当な技術を用いて、外面１１上に構成することができる。
ここで図１および図２を参照すると、ひずみセンサ４０は、タービン部品１０の外面１１の一部に構成されている。ひずみセンサ４０は、通常、少なくとも２つの基準点４１および４２を含み、これは、複数の時間間隔で、少なくとも２つの基準点４１と４２との間の距離Ｄを測定するのに使用することができる。当業者には理解されるように、これらの測定値は、タービン部品１０のその領域での、ひずみ、ひずみ速度、クリープ、疲労、応力等の量を判定するのに役立つ。少なくとも２つの基準点４１および４２は、その間の距離Ｄが測定できる限り、特定のタービン部品１０に応じて、様々な距離で様々な場所に配置することができる。また、少なくとも２つの基準点４１および４２は、それらが一貫して識別可能であり、その間の距離Ｄを測定するのに使用できる限り、点、直線、円、ボックスその他任意の幾何学的または非幾何学的形状を有していてもよい。
ひずみセンサ４０は、様々な異なる形状、大きさ、および配置の基準点４１および４２を組み込むこと等によって、様々な異なる構成および断面を有することができる。例えば、図２に示すように、ひずみセンサ４０は、様々な形状および大きさを有する、様々な異なる基準点を含むことができる。このような実施形態は、（図示されているような）最も外側の基準点同士の間、２つの内部または外部の基準点同士の間、あるいはそれらの任意の組み合わせ等の、多様な距離測定値Ｄをもたらすことができる。このような多様性は、多様な位置にわたってひずみ測定値を提供することによって、タービン部品１０の特定の部分に、より堅固なひずみ解析をさらにもたらすことができる。
また、ひずみセンサ４０の寸法は、例えば、タービン部品１０、ひずみセンサ４０の位置、目標とする測定値の精度、適用技術、および光学的測定法に依存していてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ひずみセンサ４０は、１ミリメートル未満から３００ミリメートルより大きい範囲までの、長さおよび幅を有していてもよい。また、ひずみセンサ４０は、下にあるタービン部品１０の性能に著しい影響を与えることなく、用途およびその後の光学識別に適した、任意の厚さを有することができる。特に、この厚さは面１１から離れる正の厚さ（例えば積層法が使用されている場合）であってもよく、あるいは面１１に入る負の厚さ（例えばサブトラクティブ法が使用されている場合）であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ひずみセンサ４０は、約０．０１ミリメートル未満から、１ミリメートルを超える厚さを有していてもよい。いくつかの実施形態では、ひずみセンサ４０は、ほぼ均一な厚さを有することができる。このような実施形態は、第１の基準点４１と第２の基準点４２との間の、後のひずみ計算のためのより正確な測定を容易にするのに役立てることができる。
いくつかの実施形態では、ひずみセンサ４０は、正に適用された正方形または長方形を含むことができ、第１および第２の基準点４１、４２は、この正方形または長方形の対向する２辺を含む。他の実施形態では、ひずみセンサ４０は、負の空間４５（すなわち、ひずみセンサ材料が適用されない領域）によって分離された、少なくとも２つの適用された基準点４１および４２を含むことができる。負の空間４５は、例えば、タービン部品１０の外面１１の露出した部分を含んでいてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、負の空間４５は、少なくとも２つの基準点４１および４２の材料とは異なる、後に適用される視覚的に対照的な材料を含むことができる（逆の場合も同様）。
図２に示すように、いくつかの実施形態では、ひずみセンサ４０は、固有の識別子（以下「ＵＩＤ」）４７を含むことができる。ＵＩＤ４７は、特定のひずみセンサ４０の識別を容易にする、各種のバーコード、ラベル、タグ、シリアル番号、パターンその他の識別システムを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＵＩＤ４７は、これに加えて、またはこれに代えて、ひずみセンサ４０が積層された、タービン部品１０またはタービン全体についての情報を含むことができる。これにより、ＵＩＤ４７は、過去、現在および将来の動作の追跡に相関する測定に役立つように、特定のひずみセンサ４０、タービン部品１０、さらにはタービン全体の識別および追跡を補助することができる。
ひずみセンサ４０は、これにより、様々なタービン部品１０の、１つ以上の様々な位置に構成することができる。例えば、上述したように、ひずみセンサ４０は、バケット、ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピースまたはケーシングに構成されてもよい。このような実施形態では、ひずみセンサ４０は、ユニットの動作中に様々な力を受けることが知られている、例えば翼形部、プラットフォーム、先端その他任意適当な位置に、またはこれらに近接した、１つ以上の位置に構成することができる。また、ひずみセンサ４０は、高温を受けることが知られている、１つ以上の位置に積層されてもよい。例えば、ひずみセンサ４０は、高温ガス流路、または燃焼タービン部品１０に構成することができる。
いくつかの実施形態では、複数のひずみセンサ４０は、単一のタービン部品１０に、または複数のタービン部品１０に構成されてもよい。例えば、個々のタービン部品１０の周囲のより多くの位置でひずみを判定できるように、複数のひずみセンサ４０が、様々な位置で単一のタービン部品１０（例えばバケット）に構成されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、複数の類似のタービン部品１０（例えば複数のバケット）は、各特定のタービン部品１０が受けるひずみ量を他の類似のタービン部品１０と比較できるように、標準的な位置に構成されたひずみセンサ４０をそれぞれ有することができる。さらにいくつかの実施形態では、同一のタービンユニットの、複数の異なるタービン部品１０（例えば同一のタービン用のバケットおよびベーン）は、タービン全体の中の異なる位置で受けるひずみ量が判定できるように、その上に構成されたひずみセンサ４０をそれぞれ有することができる。
ここで図３を参照すると、タービン部品１０の変形を監視するためのシステム１００が提供される。システム１００は、上述したように、例えば、１つ以上のタービン部品１０の外面１１に構成可能な、１つ以上のひずみセンサ４０を備えることができる。さらに、システム１００は、ひずみセンサ４０等の１つ以上の基準オブジェクトを解析するための、データ取得装置１０２をさらに備えることができる。
本開示によるデータ取得装置１０２は、有利には、ひずみセンサ４０の解析を向上させるのに役立てることができる。特に、このようなデータ取得装置１０２は、有利には、タービン部品１０のひずみセンサ４０での監視に特に有用な、低ひずみで、高コントラストで、小規模な画像を提供することができる。例えば、いくつかの実施形態では、本開示によるデータ取得装置１０２は、約１５ミクロンまでの解像度、０．００１ミリメートルまでの総合精度、および／あるいは、５マイクロひずみまたは０．０００００５ｉｎｃｈ／ｉｎｃｈまでの測定精度を有する画像を提供することができる。このような画像を提供するために、かつ本明細書で説明されるように、本開示によるデータ取得装置１０２は、有利には、例えば、最適な光源のスタンドオフ距離および光角度をもたらす機能、ならびにひずみセンサ４０等の、画像化される基準オブジェクトに対して、最適で一貫した撮像角度をもたらす機能等の、いくつかの画像最適化機能を含む。
ここで図３〜図７を参照すると、本開示によるデータ取得装置１０２の実施形態が提供される。本開示による装置１０２は、前端１０６と後端１０８との間で画定され、長手方向軸線１０４に沿って延びている。前端１０６は、撮像用に、通常はタービン部品１０の外面１１等の、表面に接触する端部であってもよい。本明細書で説明されるように、装置１０２は、前端１０６が外面１１等の表面と接触するように配置することができ、さらにひずみセンサ４０等の基準オブジェクトが、装置１０２ののぞき窓１０９内にあるように配置される。のぞき窓１０９は、通常、装置１０２のレンズ組立体１１０で見える領域として画定することができる。光は、次に、画像を生成するために、画像取り込み装置１２０によって受けられて処理され、これらの画像は、本明細書で説明されるように解析することができる。
装置１０２は、したがって、例えば、レンズ組立体１１０および画像取り込み装置１２０を備える。レンズ組立体１１０は、通常、長手方向軸線１０４に沿って、前端１１２と後端１１４との間に延びることができ、画像取り込み装置１２０で処理するために、レンズ組立体１１０が見る画像を拡大することができる。いくつかの実施形態のレンズ組立体１１０は、例えば、適切なカメラレンズ、テレスコープレンズ等であってもよく、必要な倍率をもたらすために離間された１つ以上のレンズを含んでいてもよい。特に、本明細書で説明されるような用途に必要な倍率は、必ずしもきわめて大きいものである必要はなく、例えば、約０．５〜２倍以上の倍率であってもよい。
画像取り込み装置１２０は、通常は、レンズ組立体１１０から光を受けて処理するために、レンズ組立体１１０と通信して画像を生成する。例示的な実施形態では、例えば、画像取り込み装置１２０は、一般的に理解されているように、デジタル画像等の画像を生成するために、カメラレンズから光を受けて処理するカメラセンサであってもよい。特に、本明細書で説明されるような用途に必要な解像度は、必ずしもきわめて大きいものである必要はなく、例えば、約１．５メガピクセル以上であってもよい。
画像取り込み装置１２０はまた、通常は、画像取り込み装置１２０および装置１０２からの画像を記憶および解析するための、例えば適切な有線または無線接続を介して、適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアと通信することができる。このようなハードウェアおよび／またはソフトウェアは、例えば通常は、上述したように、変形やひずみが発生しているかどうかを判定するために、ひずみセンサ４０を解析することができる。
装置１０２は、例えば、光源１３０をさらに備えることができる。光源は、通常、撮像の目的でひずみセンサ４０等の基準オブジェクトを照らすために、光を供給することができる。光源１３０は、示されている例示的な実施形態では、装置１０２の前端１０６から離間されている。例えば、光源１３０は、レンズ組立体１１０の前端１１２に近接して配置することができ、装置１０２の前端１０６から離間されてもよい。光源１３０は、例えば、１つ以上の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）その他の発光部品１３２を含むことができる。発光部品１３２は、例えば、環状の配列で離間されていてもよい。光源１３０は、発光部品１３２が取り付けられて配置される、リング１３４をさらに備えることができる。光源１３０および発光部品１３２は、通常、選択的に起動することができ、起動すると、のぞき窓１０９内を照らす光を供給することができる。
装置１０２は、例えば、光管１４０をさらに備えることができ、これは、光源１３０から光管１４０を通じて光を送るように動作可能である。光管１４０は、前端１４２と後端１４４との間の長手方向軸線１０４に沿って延び、光源から光管１４０を通じて光を送って、前端１４２から光を放射するように動作可能である。例えば、示されている例示的な実施形態では、光管１４０は、光管１４０と光源１３０とが接触するように、後端１４４で光源１３０に連結することができる。発光部品１３２は、例えば、光管１４０の後端１４４に画定された凹部１４５内に配置することができる。光が、例えば発光部品１３２等の光源１３０から放射されると、この光は、光管１４０を通って移動し、前端１４２から放射され得る。
光管１４０は、例えば、光管１４０を通じて光を移動させることが可能な、適切なプラスチックで形成することができる。例えば、例示的な実施形態では、光管１４０は、透明であっても透明でなくてもよい、半透明のプラスチックで形成することができる。いくつかの実施形態では、光管１４０は、約１０ｍＪ／ｃｍ2〜１４ｍＪ／ｃｍ2の臨界露光、および／または約５０ｍＪ／ｃｍ2〜６０ｍＪ／ｃｍ2の間に０．０１０インチの厚さを与える露光を有する材料で形成されてもよい。
すでに述べたように、光は後端１４４から前端１４２に向かって光管１４０を移動し、前端１４２から放射される。いくつかの例示的な実施形態では、光管１４０の外面１４６は、１つ以上の面取り部１４７を含むことができ、これは、光が光管１４０を通って移動する際に、最適な出力のために、焦点および照準を定めるのを補助することができる。外面１４６の各面取り部１４７は、長手方向軸線１０４に沿って、（光管１４０の内部１４９を画定する）内面１４８に向かって先細にすることができる。例えば、示されているように、面取り部１４７は、光が光管１４０に入った後に、まず光の焦点を合わせるために、後端１４４に近接して設けることができる。これに加えて、またはこれに代えて、面取り部１４７は、光管１４０の前部に設けることができる。この面取り部１４７は、前端１４２に近接していてもよく、あるいは前端１４２を含んでいてもよい。特に、この面取り部１４７が前端１４２を含むとき、この面取り部１４７は、のぞき窓１０９内での最適な配光のために、前端１４２から放射される際に焦点を合わせることができる。例えば、示されているような例示的な実施形態では、光は、約３０〜４５度等の、約２０度から約５０度までの入射角１５０で、前端１４２から放射されてもよい。この範囲内の入射角は、特にタービン部品の基準特徴を見るときに、のぞき窓１０９内に最適な配光をもたらすことができ、例示的な実施形態では、この入射角は、前端１４２を含む面取り部１４７によってもたらすことができる。
図示されている例示的な実施形態では、光管１４０は、通常は円筒形であり、したがって、円形の断面形状を有する。しかしながら、あるいは光管１４０は、楕円形、長方形、三角形その他任意適当な多角形の断面形状を有していてもよい。
特に、光管１４０はまた、のぞき窓１０９を画定する。詳細には、内面１４８および内部１４９が、のぞき窓１０９を画定する。装置１０２が、基準オブジェクトが構成されている面の所定の位置にあるとき、基準オブジェクトの画像は、レンズ組立体１１０から見え、示されているように、内部１４９を介して、画像取り込み装置１２０によって受け取られる。したがって、レンズ組立体１１０の前端１１２は、光管１４０の後端１４４に近接して配置することができる。
光が前端１４２に到達する前に、光管１４０から放射されることによる光の損失を防ぐために、例示的な実施形態では、外側シュラウド１６０および／または内側シュラウド１６２が、データ取得装置１０２に含まれていてもよい。シュラウド１６０、１６２はそれぞれ、光管１４０の外面１４６および内面１４８に近接して、かつ必要に応じてこれらと接触するように配置され、光管１４０を通じて光が通るのを防ぐ不透明材料で形成することができる。したがって、光管１４０を通って移動する際にシュラウド１６０、１６２にぶつかる光は、逃げることなく、光管１４０内で向きを変えることができる。例えば、例示的な実施形態では、シュラウド１６０、１６２のうちの１つまたは両方が、アルミニウム等の適切な金属で形成されてもよい。外側シュラウド１６０は、光管１４０の外面１４６の少なくとも一部を囲むことができ、内側シュラウド１６２は、光管１４０の内面１４８の少なくとも一部を囲むことができる。
のぞき窓１０９の位置の最適な照射をさらに容易にするために、装置１０２は、光管１４０の前端１４２に近接して配置された、１つ以上のスペーサ１７０をさらに含むことができる。例示的な実施形態では、装置１０２が、外面１１等の両平面の表面、および非平面の表面で最適なバランスをとれるように、３つのスペーサ１７０が用いられている。しかしながら、任意適当な数のスペーサが、本開示の範囲および精神に含まれることが理解されるべきである。
スペーサ１７０は、基準オブジェクトに最適な照射がもたらされ、画像取り込み装置１２０がレンズ組立体１１０から最適な画像を受け取るように、装置１０２が、基準オブジェクトが構成されている面と接触する動作位置にあるときに、光管１４０と外面１１との間に最適な間隔をもたらす大きさにされて配置される。例えば、例示的な実施形態では、各スペーサは、複数のスペーサ１７０のそれぞれの前端１７２と、光管１４０の前端１４２との間の、長手方向軸線１０４に沿う距離１７４が、約０．４〜０．５インチ等の、約０．２５インチから約０．７５インチの間になるような大きさにしてもよい。したがって、各スペーサ１７０は、装置１０２が、タービン部品１０その他の物体の外面１１と接触した動作位置にあるときに、長手方向軸線１０４に沿って、約０．４〜０．５インチ等の、約０．２５から０．７５インチの間の距離１７６で、光管１４０の前端１４２を、タービン部品１０その他の物体の外面１１から離間する大きさにしてもよい。
装置１０２は、例示的な実施形態では、アクチュエータ１８０をさらに含む。アクチュエータ１８０は、装置１０２の他の部品を起動するように動作可能な、例えばボタン、スイッチその他の適切な部品であってもよい。例えば、アクチュエータ１８０は、（適切な有線または無線接続を介して）画像取り込み装置１２０および光源１３０と通信することができる。画像取り込み装置１２０および光源１３０を起動するように、アクチュエータ１８０が作動すると、発光部品１３２は、光を放射するために起動し、画像取り込み装置１２０は、１つ以上の画像を受け取るように起動することができる。これらの部品は、次に、アクチュエータ１８０の追加的な作動により、自動的に、あるいは手動のいずれかで動作を停止される。
装置１０２は、通常は装置１０２の様々な他の部品を囲んで収容するシェル１９０をさらに含む。例えば、シェル１９０は、レンズ組立体１１０、画像取り込み装置１２０、光源１３０、および光管１４０を囲むことができる。シェル１９０は、シェル１９０を介して作動できるアクチュエータ１８０をさらに囲んでもよく、あるいはアクチュエータ１８０は、シェル１９０を介して突出していてもよい。特に、スペーサ１７０の前端１７２は、装置１０２が上述したような動作位置にあるときに、シェル１９０を表面から離間するように、長手方向軸線１０４に沿って、シェル１９０から外向きに延びていてもよい。
例示的な実施形態では、本明細書で説明されるような装置１０２は、本明細書で説明されるような画像解析のために、手動で操作できる手持ち式装置であることに留意するべきである。しかしながら、本開示は、手持ち式装置に限定されないことが理解されるべきである。むしろ、例えば自動化装置、および／または例えば、手動で動作されるかまたは自動化された、ロボット装置等に取り付けられた装置を含む、任意適当な装置は、本開示の範囲および精神に含まれる。
ここで図８および図９を参照すると、本開示はさらに、ひずみセンサ４０等の基準オブジェクトを解析する方法３００に関する。例示的な実施形態では、画像取り込み装置１２０は、本開示による方法３００を介して解析された画像を取得するために使用することができる。しかしながら、本開示は、画像取り込み装置１２０、およびそこから取り込まれる画像に限定されることはなく、むしろ、本開示によれば、基準オブジェクトの任意適当な画像が解析できることが理解されるべきである。
上述したように、画像取り込み装置１２０は、通常は、画像取り込み装置１２０および装置１０２からの画像を記憶および解析するための、例えば適切な有線または無線接続を介して、適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアと通信することができる。したがって、画像取り込み装置１２０は、このような適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる、プロセッサ２００をさらに備えていてもよい。例示的な実施形態では、プロセッサ２００は、本明細書で説明される、様々な方法３００のステップを実行することができる。
概して、本明細書で用いる「プロセッサ」という用語は、当該技術分野においてコンピュータに含まれるものと言われている集積回路を指すのみならず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路その他のプログラマブル回路を指す。プロセッサ２００はまた、入力を受けて様々な他の部品に制御信号を送信するための、様々な入出力チャネルを含み、これにより、プロセッサ２００は、レンズ組立体１１０、光源１３０、画像取り込み装置１２０等と通信する。
方法３００は、例えば、画像３１２の第１の解析を実行することによって、（ひずみセンサ４０等の）基準オブジェクトの画像３１２内で、（ひずみセンサ部分３１４等の）基準オブジェクト部分３１４を、背景部分３１６に対して配置するステップ３１０を含むことができる。第１の解析は、通常、色深度の相違に基づいて、基準オブジェクト部分３１４を背景部分３１６と区別する解析である。第１の解析は、画像３１２を画定する個々のピクセル３１８、またはピクセルのグループ３１９で実行することができる。例えば、例示的な実施形態では、マルチピクセルグループ３１９で、バイナリ色深度解析が行われる。バイナリ解析が発生するために、画像のｂｐｐ（ｂｉｔｓ−ｐｅｒ−ｐｉｘｅｌ）、すなわち１２８、２５６等は、２つのグループ（通常は、明るい色深度を含むグループと、暗い色深度を含むグループと）に分割される。各グループは、基準オブジェクト部分３１４、または背景部分３１６に分類される。例えば、バイナリ色深度解析によって、暗い色深度のピクセルまたはマルチピクセルのグループ３１９を、基準オブジェクト部分３１４を示すものとして分類することができ、明るい色深度のピクセルまたはマルチピクセルのグループ３１９を、背景部分３１６を示すものとして分類することができる。
代替的な実施形態では、第１の解析は、バイナリ解析である必要はない。例えば、第１の解析は、本明細書で説明される適切なグレースケール解析か、または画像３１２を画定するピクセル３１８の色深度の、他の適切な比較であってもよい。
ステップ３１０では、通常、画像３１２内で、基準オブジェクト部分３１４を配置することができる。さらに、いくつかの実施形態では、第１の解析から得られた情報は、次に、閾値が満たされているかどうかを判定するために、このような情報の所定の閾値と比較することができる。所定の閾値は、例えば、基準オブジェクトの１つ以上の寸法、画像３１２の平面における、基準オブジェクト部分３１４の所望の位置および配向等を含むことができる。いくつかの実施形態では、所定の閾値が満たされている場合は、このような充足を知らせるために、装置１０２にフィードバック信号を提供することができる。例えば、表示灯１９５を点灯させてもよい。
方法３００は、例えば、（画像３１２全体、または基準オブジェクト部分３１４等の）画像３１２の第２の解析を実行することによって、基準オブジェクト部分３１４の、（ひずみセンサの表示等の）基準オブジェクト表示を識別するステップ３２０をさらに含むことができる。ひずみセンサ４０に対して、ひずみセンサの表示は、例えば、基準点４１、４２、固有の識別子４７その他のひずみセンサ４０の識別可能な構成要素を含むことができる。一般に、基準オブジェクト表示は、基準オブジェクトの識別可能な構成要素であり、基準オブジェクトに関するいくつかの情報を提供する。
第２の解析は、通常、色深度の相違に基づいて、基準オブジェクト部分３１４を背景部分３１６とさらに区別し、かつ様々な基準オブジェクト表示を区別する解析である。第２の解析は、画像３１２を画定する、個々のピクセル３１８、またはピクセルのグループ３１９で実行することができる。例えば、例示的な実施形態では、単一のピクセル３１８で、バイナリ色深度解析が行われる。代替的な実施形態では、第２の解析は、バイナリ解析である必要はない。例えば、第２の解析は、本明細書で説明される適切なグレースケール解析か、または画像３１２を画定するピクセル３１８の色深度の、他の適切な比較であってもよい。
ステップ３２０では、通常、画像３１２内で、基準オブジェクト部分３１４をさらに配置することができ、画像３１２が撮られた基準オブジェクトからの情報の収集をさらに容易にすることができる。例えば、基準点４１、４２の存在を確認することができ、基準オブジェクトの情報の識別は、固有の識別子４７から収集することができる。さらに、いくつかの実施形態では、第２の解析から得られた情報は、次に、閾値が満たされているかどうかを判定するために、このような情報の所定の閾値と比較することができる。所定の閾値は、例えば、基準点４１、４２等の、表示の所定のレベルを含むことができ、これは、確認することができる。
方法３００は、例えば、（画像３１２全体、または基準オブジェクト部分３１４等の）画像３１２の第３の解析を実行することによって、基準オブジェクト部分３１４の品質解析を実施するステップ３３０をさらに含むことができる。第３の解析は、通常、色深度の相違に基づいて、基準オブジェクト部分３１４を背景部分３１６とさらに区別し、かつ様々な基準オブジェクト表示をさらに区別する解析である。例示的な実施形態では、第３の解析は、第１の解析よりも高いビット深度を用いる。さらに、いくつかの実施形態では、第３の解析は、第２の解析よりも高いビット深度を用いる。第３の解析は、個々のピクセル３１８、または個々のピクセルのサブセクションで実行することができる。例えば、ピクセル３１８は、１００のサブセクション、１０００のサブセクション、１０，０００のサブセクションその他任意適当な数のサブセクションに分割することができ、第３の解析は、個々のサブセクションで実行することができる。例示的な実施形態では、画像のｂｐｐ、すなわち１２８、２５６等で、グレースケール解析が行われる。例えば、いくつかの実施形態では、２５６ｂｐｐのグレースケール解析が行われる。したがって、各ピクセル３１８、またはそのサブセクションは、１２８、２５６等の色深度スケール毎に、特定の色深度を有するものとして分類される。
ステップ３３０では、通常、例えば、隣接するピクセル３１８またはそのサブセクション同士のコントラストを解析することによって、画像３１２の強度を解析できるようにすることができる。例えば、基準オブジェクト部分３１４の端部またはその表示等の、基準オブジェクト部分３１４の特徴の境界におけるピクセル間のコントラストは、通常は高いことが望ましく、これによって、基準オブジェクト部分３１４またはその表示と、背景部分３１６等との間の区別を示す。さらに、ステップ３３０では、通常、例えば、基準オブジェクト部分３１４の様々な特徴の、ピクセル３１８またはそのサブセクションの幅を解析することによって、画像３１２の鮮明度を解析できるようにすることができる。例えば、基準オブジェクト部分３１４の端部またはその表示等の、基準オブジェクト部分３１４の特徴の幅は、通常は小さいことが望ましく、これによって、背景部分３１６等に対する、基準オブジェクト部分３１４またはその表示の、画像の鮮明度を示す。さらに、いくつかの実施形態では、第３の解析から得られた情報は、次に、閾値が満たされているかどうかを判定するために、このような情報の所定の閾値と比較することができる。所定の閾値は、例えば、所定の強度および鮮明度のレベルを含むことができる。
ステップ３１０、３２０および／または３３０は、通常、画像３１２が本明細書で説明されているような、後のひずみ解析等のその後の解析のために保存するのに十分な品質かどうかを判定するために用いることができる。例えば、説明されているように、いくつかの実施形態では、各ステップ３１０、３２０、３３０の色解析から得られた情報は、様々な所定の閾値と比較することができる。例示的な実施形態では、方法３００は、配置するステップ３１０、識別するステップ３２０、および／または実施するステップ３３０のそれぞれが必要とされる所定の閾値を満たすときに、画像３１２を保存するステップ３４０をさらに含むことができる。このような画像３１２は、後の基準オブジェクトの解析に使用することができる。
いくつかの実施形態では、方法３００は、保存した画像３１２を、１つ以上の予め保存された画像３１２と比較するステップ３５０をさらに含むことができる。予め保存された画像３１２は、通常は、基準オブジェクト解析の同様の反復の中で、すなわち特定の期間中に画像を取得するための、装置１０２およびプロセッサ２００の同様の動作中に、保存された画像３１２である。通常、その表示の相違等の、基準オブジェクト部分３１４同士の間の相違は、解析することができる。画像は、１回のみの反復中に撮られるため、最適には、相違がないか、あってもわずかであるべきである。通常、閾値は、閾値ひずみ等の、特定の相違に対して設定することができる。例えば、閾値ひずみは、５マイクロひずみ、１０マイクロひずみ、２０マイクロひずみ等であってもよい。相違が閾値を超える場合は、これは、外部の力が画像の精度に影響しているのを示している可能性があり、したがってユーザは、解析を中止して、関連するシステム１００、装置１０２、プロセッサ２００等の品質検査を行うことができる。
本明細書で説明されるステップ３１０、３２０、および／または３３０は、例示的な実施形態では、プロセッサ２００が画像取り込み装置１２０から画像を受信したときに、リアルタイムで行えることに留意するべきである。
方法３００は、基準オブジェクトを解析するために、装置１０２等の装置を最初に動作させる様々なステップをさらに含むことができる。例えば、方法３００は、光源１３０等の光源を起動するステップ３６０を含むことができる。光源１３０は、自動化システム内で自動的に、またはユーザがアクチュエータ１８０を押下する等の、ユーザによる入力に応答して手動で、（例えばプロセッサ２００によって）起動することができる。さらに、方法３００は、画像を解析するために、プロセッサ２００を起動するステップ３７０を含むことができる。このステップによれば、プロセッサ２００は、ステップ３１０、３２０および／または３３０が行われるモードに入ることができる。このような起動は、自動化システム内で自動的に、またはユーザがアクチュエータ１８０を押下する等の、ユーザによる入力に応答して手動で、（例えばプロセッサ２００によって）発生してもよい。さらに、方法３００は、基準オブジェクトが構成されている、タービン部品１０の外面１１等の外面に、装置１０２等の装置を接触させるステップ３８０を含むことができる。本明細書で説明される例示的な実施形態では、スペーサ１７０は、外面１１に接触することができる。このような接触は、（プロセッサ２００によって）自動化システム内で自動的に、またはユーザが手動で発生させてもよい。特に、例示的な実施形態では、ステップ３７０は、ステップ３６０の後に発生してもよい。ステップ３１０〜３５０は、このようなステップの後に発生してもよい。
ここに記載された説明は、最良の態様を含む本発明を開示するため、また、任意の装置またはシステムの作成および使用、ならびに任意の組み合わせられた方法の実行を含み、当業者が本発明を実施できるようにするために例を用いる。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言とごくわずかしか異ならない同等の構成要素を含む場合は、特許請求の範囲内であることが意図される。
１０ タービン部品
１１ 外面
４０ ひずみセンサ
４１ 第１の基準点
、４２ 第２の基準点
４５ 負の空間
４７ 固有の識別子
１００ システム
１０２ 装置
１０４ 長手方向軸線
１０６ 前端
１０８ 後端
１０９ のぞき窓
１１０ レンズ組立体
１１２ 前端
１１４ 後端
１２０ 画像取り込み装置
１３０ 光源
１３２ 発光部品
１３４ リング
１４０ 光管
１４２ 前端
１４４ 後端
１４５ 凹部
１４６ 外面
１４７ 面取り部
１４８ 内面
１４９ 内部
１５０ 入射角
１６０ 外側シュラウド
１６２ 内側シュラウド
１７０ スペーサ
１７２ 前端
１７４、１７６ 距離
１８０ アクチュエータ
１９０ シェル
１９５ 表示灯
２００ プロセッサ
３００ 方法
３１０ ステップ
３１２ 画像
３１４ 基準オブジェクト部分、ひずみセンサ部分
３１６ 背景部分
３１８ ピクセル
３１９ マルチピクセルグループ
３２０ ステップ
３２１ ステップ
３２２ ステップ
３２３ ステップ
３２４ ステップ
３２５ ステップ
３２６ ステップ
３２７ ステップ
３２８ ステップ
３２９ ステップ
３３０ ステップ
３３１ ステップ
３３２ ステップ
３３３ ステップ
３３４ ステップ
３３５ ステップ
３３６ ステップ
３３７ ステップ
３３８ ステップ
３３９ ステップ
３４０ ステップ
３４１ ステップ
３４２ ステップ
３４３ ステップ
３４４ ステップ
３４５ ステップ
３４６ ステップ
３４７ ステップ
３４８ ステップ
３４９ ステップ
３５０ ステップ
３６０ ステップ
３７０ ステップ
３８０ ステップ

Claims (15)

  1. 基準オブジェクト（４１、４２）を解析するデータ取得装置（１０２）であって、前記データ取得装置（１０２）は、長手方向軸線（１０４）を有し、かつ
    レンズ組立体（１１０）と、
    画像（３１２）を生成するために、前記レンズ組立体（１１０）から光を受けて処理する、前記レンズ組立体（１１０）と通信する画像取り込み装置（１２０）と、
    光源（１３０）と、
    後端（１４４）で前記光源（１３０）に連結され、前端（１４２）と前記後端（１４４）との間で、前記長手方向軸線（１０４）に沿って延びる光管（１４０）であって、前記光管（１４０）は、前記光源（１３０）から光管（１４０）を通じて光を送り、前記光を前記前端（１４２）から放射するように動作可能な、光管（１４０）と、
    前記画像取り込み装置（１２０）、および前記光源（１３０）を起動するように動作可能なアクチュエータ（１８０）とを備える、データ取得装置（１０２）。
  2. 前記光管（１４０）の外面（１４６）の少なくとも一部を囲む外側シュラウド（１６０）をさらに備える、請求項１に記載のデータ取得装置（１０２）。
  3. 前記光管（１４０）の内面（１４８）の少なくとも一部を囲む内側シュラウド（１６２）をさらに備える、請求項１乃至２のいずれか１項に記載のデータ取得装置（１０２）。
  4. 前記光管（１４０）の前記外面（１４６）が、面取り部（１４７）を有し、前記面取り部（１４７）が、前記長手方向軸線（１０４）に沿って、前記光管（１４０）の前記内面（１４８）に向かって先細になっている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデータ取得装置（１０２）。
  5. 前記面取り部（１４７）が、前記前端（１４２）を有する、請求項４に記載のデータ取得装置（１０２）。
  6. 光が、約２０〜５０度の入射角（１５０）で、前記光管（１４０）の前記前端（１４２）から放射される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデータ取得装置（１０２）。
  7. 前記光管（１４０）の前記前端（１４２）に近接して配置された複数のスペーサ（１７０）をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデータ取得装置（１０２）。
  8. 基準オブジェクト部分（３１４）を、前記基準オブジェクト部分（３１４）の画像（３１２）内で、前記画像（３１２）の第１の解析を実行することによって、背景部分（３１６）に対して配置し、
    前記画像（３１２）の第２の解析を実行することによって、前記基準オブジェクト部分（３１４）の基準オブジェクト表示を識別し、
    前記画像（３１２）の前記基準オブジェクト部分（３１４）の第３の解析を実行することによって、前記基準オブジェクト部分（３１４）の品質解析を実施し、前記第３の解析は、前記第１の解析よりも高いビット深度を使用するように構成された、
    プロセッサ（２００）をさらに備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のデータ取得装置（１０２）。
  9. ひずみセンサ（４０）を解析する方法であって、
    ひずみセンサ部分（３１４）を、前記ひずみセンサ（４０）の画像（３１２）内で、前記画像（３１２）の第１の解析を実行することによって、背景部分（３１６）に対して配置するステップと、
    前記画像（３１２）の第２の解析を実行することによって、前記ひずみセンサ部分（３１４）のひずみセンサ表示を識別するステップと、
    前記画像（３１２）の前記ひずみセンサ部分（３１４）の第３の解析を実行することによって、前記ひずみセンサ部分（３１４）の品質解析を実施するステップであって、前記第３の解析は、前記第１の解析よりも高いビット深度を使用する、実施するステップとを含む、
    方法。
  10. 前記第１の解析が、前記画像の前記ひずみセンサ部分（３１４）のマルチピクセルグループのバイナリ解析である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記第２の解析が、前記画像（３１２）の前記ひずみセンサ部分（３１４）の単一のピクセルのバイナリ解析である、請求項９乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記第３の解析が、２５６ｂｐｐのグレースケール解析である、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法（３００）。
  13. 光源（１３０）を起動する前記ステップをさらに含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の方法（３００）。
  14. 前記配置するステップ、前記識別するステップ、および前記実施するステップのそれぞれが所定の閾値を満たすときに、前記画像（３１２）を保存するステップをさらに含む、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法（３００）。
  15. 前記画像（３１２）を予め保存された画像（３１２）と比較するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法（３００）。
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