JP2017096941A - 構成部品の歪を監視するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品の歪を監視するためのシステムを提供する。【解決手段】システム２３は、複数のフィデューシャルマーカと、フィデューシャルマーカを解析するための光学スキャナ２４と、プロセッサ２６とを含む。複数のフィデューシャルマーカは、構成部品１０の外部表面１４上にあってよい。プロセッサは、光学スキャナと動作可能に通信状態にあり、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ってフィデューシャルマーカを測定するために動作可能であってよい。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する。【選択図】図５

Description

本開示は、一般に、構成部品の歪を監視するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、構成部品上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカをスキャンし測定するシステムおよび方法に関する。

種々の工業用途全体を通して、装置の構成部品は、多数の極端な条件（例えば、高温、高圧、大きな応力負荷等）にさらされる。経時的に、装置の個々の構成部品は、構成部品の使用可能寿命を減少させる場合があるクリープおよび／または変形を受ける場合がある。こうした懸念は、例えば、一部のターボ機械に当てはまる場合がある。

ターボ機械は、発電および航空機エンジン等の分野で広く利用される。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機セクション、燃焼器セクション、および少なくとも１つのタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを通って流れるときに空気を圧縮するように構成される。空気は、その後、圧縮機セクションから燃焼器セクションに流れ、燃焼器セクションにて、空気は、燃料と混合され、燃焼し、ホットガス流を生成する。ホットガス流は、タービンセクションに提供され、タービンセクションは、ホットガス流からエネルギーを抽出することによってホットガス流を利用して、圧縮機、発電機、および他の種々の負荷に動力を供給する。

ターボ機械の動作中に、タービンブレード等、ターボ機械内の、特に、ターボ機械のタービンセクション内の種々の構成部品は、高い温度および応力によるクリープにさらされる場合がある。タービンブレードの場合、クリープは、所定の部分のまたは全体のブレードを伸長させるため、ブレード先端が固定構造、例えばタービンケーシングに接触し、動作中の好ましくない振動および／または性能低下をもたらす可能性がある。

したがって、構成部品はクリープがあるか監視される場合がある。構成部品のクリープを監視する１つのアプローチは、構成部品上に歪センサを構成し、クリープ歪に関連する変形があるかを監視するために種々の間隔で歪センサを解析することである。しかし、こうした変形は、一般に、歪センサにおいて監視されなければならない。歪センサの移動は、構成部品と無関係に、または構成部品よりも過度に起こる場合がある。更に、歪センサ自体が、損傷したり、経時的に監視することが難しい場合がある。

したがって、構成部品の歪を監視するための代替のシステムおよび方法が、当技術分野で所望される。特に、離散的な歪センサを構成部品上に構成することを要求しないシステムおよび方法が有利であろう。

本発明の態様および利点は、以下の説明において部分的に述べられるか、または説明から明らかになるか、または本発明の実施を通して学習することができる。

米国特許出願公開第２０１３／０２０２１９２号明細書

本開示の一実施形態によれば、構成部品を監視するためのシステムが提供される。
システムは、複数のフィデューシャルマーカと、フィデューシャルマーカを解析するための光学スキャナと、プロセッサとを含む。複数のフィデューシャルマーカは、構成部品の外部表面上にあってよい。プロセッサは、光学スキャナと動作可能に通信状態にあり、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ってフィデューシャルマーカを測定するために動作可能であってもよい。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する。

本開示の別の実施形態によれば、構成部品を監視するための方法が提供される。方法は、構成部品の外部表面上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカを光学的にスキャンするステップと、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ってフィデューシャルマーカを測定するステップとを含む。測定するステップは、第１のＸ軸データポイントセット、第１のＹ軸データポイントセット、および第１のＺ軸データポイントセットを取得してもよく、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する。

本発明の上記および他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付特許請求の範囲を参照してよりよく理解されるであろう。本明細書に組込まれまた本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、また、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

当業者を対象とする本発明の最良モードを含む本発明の完全でかつ実施可能な開示は、添付図を参照する本明細書において述べられる。

本開示の１つまたは複数の実施形態による複数のフィデューシャルマーカを含む例示的な構成部品の斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による構成部品の歪を監視するためのシステムの斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による複数のフィデューシャルマーカの上面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による複数のフィデューシャルマーカの上面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による構成部品の歪を監視するためのシステムの斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による構成部品の歪を監視するためのシステムの斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による構成部品の変形を監視するための方法を示すフローチャートである。 本開示の１つまたは複数の実施形態による構成部品の変形を監視するための方法を示すフローチャートである。

次いで、本発明の実施形態を詳細に参照し、実施形態の１つまたは複数の例が図面に示される。各例は、本発明の制限ではなく、本発明の説明として提供される。実際には、種々の修正および変形が、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おいて行われる可能性があることが当業者に明らかになる。例えば、一実施形態の一部として示され述べられる特徴は、別の実施形態と共に使用されて、なお更なる実施形態をもたらす可能性がある。そのため、本発明が、添付特許請求項およびその均等物の範囲内に入るこうした修正および変形を包含することが意図される。

図１および図２を参照すると、構成部品１０が、複数のフィデューシャルマーカ１２が構成部品の外部表面１４上に位置決めされた状態で示される。構成部品１０（および、より具体的には、全体の構成部品１０の基材１１）は、例えば、高温用途で利用される構成部品（ニッケルまたはコバルトベース超合金を含む構成部品）等の、種々の異なる用途で使用される種々のタイプの構成部品を含む可能性がある。幾つかの実施形態において、構成部品１０は、燃焼構成部品またはホットガス経路構成部品等の工業ガスタービンまたは蒸気タービン構成部品を含んでもよい。幾つかの実施形態において、構成部品１０は、タービンブレード、圧縮機ブレード、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んでもよい。他の実施形態において、構成部品１０は、ガスタービン、蒸気タービン等用の任意の他の構成部品等の、タービンの任意の他の構成部品を含んでもよい。幾つかの実施形態において、構成部品は、限定はしないが、自動車構成部品（例えば、車、トラック等）、航空宇宙構成部品（例えば、飛行機、ヘリコプタ、スペースシャトル、アルミニウム部品等）、機関車またはレール構成部品（例えば、列車、列車トラック等）、構造的、社会基盤的または土木工学的構成部品（例えば、橋、建物、建設機械等）、および／または、発電プラントまたは化学処理構成部品（例えば、高温用途で使用されるパイプ）を含んでもよい。

構成部品１０は、フィデューシャルマーカ１２が位置決めされる外部表面１４を有する。図１に示す例の構成部品１０の実施形態は、タービンブレードを含むタービン構成部品を備える。しかし、構成部品１０は、上述したように、種々の更なる構成部品または代替の構成部品を含む可能性がある。フィデューシャルマーカ１２は、一般に、外部表面１４にわたって長さＬおよび幅Ｗ（図３参照）を有する識別可能なターゲットである。或るフィデューシャルマーカ１２の実施形態は、外部表面１４に対する厚さを更に含み、それにより、持ち上がったマーカ表面を形成してもよい。マーカ１２は、１つまたは複数の印刷方法によって外部表面１４に塗布されてもよい。例えば、マーカ１２は、直接的セラミックインクジェット印刷、エーロゾルジェット印刷、または別の適した方法によって構成部品１０の外部表面１４に印刷されてもよい。更なるまたは代替の実施形態において、フィデューシャルマーカ１２は、オプションのセラミック熱障壁層によって塗布されてもよく、および／または、オプションのセラミック熱障壁層内に位置決めされてもよい。構成部品１０上へのフィデューシャルマーカ１２の直接の塗布は、耐久性を増加させ、光学スキャナが経時的にマーカ１２を測定できなくなることになるリスクを減少させる場合がある。幾つかのフィデューシャルマーカ１２の実施形態において、各マーカ１２は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：ｙｔｔｒｉａ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｚｉｒｃｏｎｉａ）を含む。更に、フィデューシャルマーカ１２が熱障壁コーティング１６内に位置決めされる実施形態において、熱障壁コーティング１６は、視覚的に目立ちかつフィデューシャルマーカ１２と光学的に対照的な部分を備えてもよい。例えば例示的な実施形態において、熱障壁コーティング１６は、実質的に黒い色を有するように形成されてよく、一方、各マーカ１２は、実質的に白い色を有する。

更なるまたは代替の実施形態において、フィデューシャルマーカ１２は、外部表面１４上に配設または印刷されたナノ球要素から形成されてもよい。ナノ球要素はそれぞれ、５０００ナノメートルを超えない全体的に球状の本体を含んでもよい。幾つかのこうした実施形態において、各フィデューシャルマーカ１２は、１つまたは複数のナノ球要素を含み、各ナノ球要素は設定直径を含む。オプションの実施形態において、ナノ球要素の設定直径は１００ナノメートルと１０００ナノメートルとの間である。

ここで図１〜図４を参照すると、フィデューシャルマーカ１２は、構成部品１０の外部表面１４の一部分上に位置決めされる。フィデューシャルマーカ１２は、一般に、少なくとも２つの離散的マーカ（例えば、１２ａおよび１２ｂ）を備え、２つの離散的マーカは、前記少なくとも２つのマーカ１２ａと１２ｂとの間の距離Ｄを測定するために使用される可能性がある。当業者にとって当然のことながら、これらの測定は、構成部品１０のその領域における歪の量、歪レート、クリープ、疲労、応力等を決定するのに役立つ可能性がある。少なくとも２つの離散的マーカ１２ａおよび１２ｂは、両者間の距離Ｄが測定できる限り、特定の構成部品１０に応じて種々の距離および種々の場所に配設されることが可能である。任意選択で、フィデューシャルマーカ１２は、特定の基準パターン１８で位置決めされてもよい。例えば、フィデューシャルマーカ１２は、図３および図４に示すように、構成部品１０の外部表面１４の規定された部分にわたるマトリクスグリッドとして配置されてもよい。マトリクスグリッドは、予め選択された列間隔２０および予め選択された行間隔２２を含んで、それぞれの隣接するマーカ１２の間の距離Ｄを規定する。更に、複数の構成部品または構成部品の所定の部分は、個別化された所定の基準パターン１８を含んでもよい。換言すれば、１つの構成部品１０または所定の部分の所定の基準パターン１８は、別の構成部品１０または所定の部分の所定の基準パターン１８から識別可能でありかつ異なってもよい。これにより、離散的な構成部品および／または所定の部分を、構成部品１０の寿命全体を通して識別し追跡することを可能にしてもよい。

フィデューシャルマーカ１２は、一貫して識別可能である限り、またフィデューシャルマーカ１２間の距離Ｄを測定するために使用できる限り、ドット、ライン、円、長方形、或は任意の他の幾何学的または非幾何学的形状を含んでもよい。フィデューシャルマーカ１２は、異なるように形状が作られ、サイズ決定され、位置決めされた種々のフィデューシャルマーカ１２を組込むこと等によって、種々の異なる構成および断面を形成してもよい。例えば、各フィデューシャルマーカ１２は、一致した形状を含んでも、またはユニークな形状を含んでもよい。幾つかの実施形態において、各マーカ１２は、別のフィデューシャルマーカに対して同じである（すなわち、一致している）かまたはユニークである、円形状、長方形形状、または直線形状を規定してもよい。図示するように、フィデューシャルマーカ１２の１つの例示的な実施形態は、単一のマーカ直径ＭＤを有する円である、一致した形状を含む。幾つかの実施形態のマーカ直径は、１フィート未満であってよい。或る実施形態のマーカ直径は、約５マイクロメータと約５ミリメートルとの間であってよい。

それにより、フィデューシャルマーカ１２は、種々の構成部品の種々の場所の１つまたは複数内に位置決めされてもよい。例えば、先に論じたように、フィデューシャルマーカ１２は、タービンブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピース、またはケーシング上に位置決めされてよい。こうした実施形態において、フィデューシャルマーカ１２は、エーロフォイル、プラットフォーム、先端、若しくは任意の他の適した場所、またはそれらの近傍等、ユニットの動作中に種々の力を受けることがわかっている１つまたは複数の場所に構成されてもよい。更に、フィデューシャルマーカ１２は、温度上昇を受けることがわかっている１つまたは複数の場所に配設されてもよい。例えば、フィデューシャルマーカ１２は、ホットガス経路内および／または燃焼構成部品１０上に位置決めされてもよい。幾つかの実施形態は、構成部品１０の全体の外部表面１０を実質的にカバーするパターンで位置決めされたフィデューシャルマーカ１２を含んでもよい。こうした実施形態は、選択的な可変の下位部分（例えば、２つの隣接するマーカ１２の間の領域）にわたる局所歪の光学的検出、および／または、構成部品１０にわたる大域的歪の検出を可能にしてもよい。

ここで図２〜図６を参照すると、構成部品の変形を監視するためのシステムの種々の実施形態が提供される。本開示によるこうしたシステムは、３つの軸（慣例的に、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸と呼ばれ、互いに直交する）に沿ってフィデューシャルマーカ１２を測定することによって、局所的歪および／または大域的歪解析の改善を促進する場合がある。フィデューシャルマーカ１２の移動Ｍは、システム２３が、図４に示すように、各マーカの相対的変位を測定し、それにより構成部品１０の変形を測定するときに各平面内で追跡されてもよい。更に、所定の基準パターン１８を含む実施形態において、所定の基準パターン１８からの測定される使用前偏差が、構成部品および／または構成部品製造プロセス内の故障指標として観測または検出されてもよい。

本開示による或るシステムおよび方法は、表面計測技法を利用して、３つの軸に沿うフィデューシャルマーカ１２の測定値を取得してもよい。特に、非接触表面計測技法が例示的な実施形態において利用されてもよい。３つの軸に沿う測定を幾つかの実施形態に従って実施することができるため、２次元画像内のコントラストに基づく一軸に沿う推測式測定は必要とされない場合がある。

システム２３は、例えば、先に論じたように、１つまたは複数の構成部品の外部表面１４上に位置決めされる複数のフィデューシャルマーカ１２を含んでもよい。更にシステム２３は、フィデューシャルマーカ１２を解析するための光学スキャナ２４および光学スキャナ２４と動作可能に通信状態にあるプロセッサ２６を含んでもよい。

一般に、本明細書で使用されるとき、用語「プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」は、コンピュータ内に含まれているものとして当技術分野で参照される集積回路を指すだけでなく、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、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路もまた指す。プロセッサ２６は、同様に、光学スキャナ２４等の、プロセッサ２６が通信状態にある種々の他の構成部品から入力を受信し、そこに制御信号を送信するための種々の入力／出力チャネルを含んでもよい。プロセッサ２６は、光学スキャナ２４からの入力およびデータを格納し解析するための、また、本明細書で述べる方法ステップを全体的に実施するための適したハードウェアおよび／またはソフトウェアを更に含んでもよい。

特に、プロセッサ２６（または、その構成部品）は、光学スキャナ２４内に統合されてもよい。更なるまたは代替の実施形態において、プロセッサ２６（または、その構成部品）は、光学スキャナ２４から分離していてもよい。例示的な実施形態において、例えば、プロセッサ２６は、光学スキャナ２４によって受信されるデータを最初に処理するための光学スキャナ２４内に統合された構成部品、および、フィデューシャルマーカ１２を測定し、かつ／または、データから最新の３次元プロファイルを組立て、これらのプロファイルを比較するための光学スキャナ２４から分離している構成部品を含む。

一般に、プロセッサ２６は、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ってフィデューシャルマーカを測定するために動作可能である。先に論じたように、軸は互いに直交する。Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントは、フィデューシャルマーカ１２の測定に関連する次元データポイントである。例えば、データポイントは、構成部品１０の外部表面１４等の基準表面に対して、または、互いに対して、１つまたは複数の軸における表面の場所を示してもよい。

選択された時間に測定されたデータポイント、または或るプロファイルに関連するデータポイントは、まとまってデータポイントセットを形成する。例えば、第１の時間に測定されるＸ軸データポイントは、Ｘ軸データポイントセットを形成する。第１の時間に測定されるＸ軸データポイントは、同様に、Ｙ軸データポイントセットおよびＺ軸データポイントセットを形成してもよい。一部のデータポイントは、プロセッサ２６によって収集され、データポイントセットとして編成されてもよい。更なるまたは代替のデータポイントセットが、離散的ソースまたはメモリユニットからプロセッサ２６に提供されてもよい。

幾つかの実施形態において、プロセッサ２６は、複数のフィデューシャルマーカ１２の１つまたは複数の下位部分を識別するよう更に動作可能である。例えば、１つまたは複数のデータポイントサブセットは、Ｘ軸データポイントサブセット、Ｙ軸データポイントサブセット、およびＺ軸データポイントサブセットを含むように取得または形成されてもよい。サブセットデータセットは、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸データポイントセットに含まれるデータポイントのサブセクションを含んでもよい。一般に、下位部分は、全体の複数のフィデューシャルマーカ１２よりも少ない１つまたは複数のフィデューシャルマーカ１２に従って識別されてもよい。下位部分は、ユーザによって選択されるか、または事前に決定されてもよい。更なるまたは代替の実施形態において、プロセッサは、１つまたは複数の所定の基準（例えば、１つまたは複数の隣接する下位部分に対する１つの下位部分の移動）に基づいて下位部分を能動的にかつ自動的に識別するように動作可能であってよい。幾つかの実施形態において、識別される下位部分は、サイズが可変であってよい（すなわち、全体の複数のフィデューシャルマーカから可変数のフィデューシャルマーカを含む可能性がある）。複数のフィデューシャルマーカの下位部分を識別することにより、より正確な局所的測定値を取得し、大域的測定値、すなわち、より大きな下位部分または複数のフィデューシャルマーカ１２全体にわたる測定値と比較することが可能になってもよい。

一般に、３次元でフィデューシャルマーカ１２を光学的に識別する任意の適した光学スキャナ２４が利用されてもよい。例示的な実施形態において、光学スキャナ２４は、非接触表面計測技法を利用する非接触デバイスである。更に、例示的な実施形態において、本開示による光学スキャナ２４は、約１ナノメートルと約１００マイクロメートルとの間の、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿う解像度を有する。したがって、また例示的な方法によれば、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントは、約１ナノメートルと約１００マイクロメートルとの間の解像度で取得される。

図２、図５、および図６は、本開示による光学スキャナ２４の種々の実施形態を示す。例えば、図２は、スキャナが構造化光スキャナである光学スキャナ２４の一実施形態を示す。構造化光スキャナは、一般に、含まれる発光ダイオード３０または他の適した光発生装置から光２８を放出する。例示的な実施形態において、構造化光スキャナによって利用される放出光２８は、青色光または白色光である。一般に、放出光２８は、全体的に特定のパターンでフィデューシャルマーカ１２および構成部品１０上に投影される。光２８がフィデューシャルマーカ１２および構成部品１０に接触すると、構成部品およびフィデューシャルマーカ１２の表面輪郭が光２８を歪ませる。この歪は、カメラ３２によって撮られる画像に取込まれる。フィデューシャルマーカ１２（および周囲の外部表面１４）に接触する光２８の画像は、例えば、プロセッサ２６によって受信される。プロセッサ２６は、その後、受信画像に基づいて、例えば、光パターンの歪を予想される歪と比較することによって、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントを計算する。特に、例示的な実施形態において、プロセッサ２６は、こうした光学スキャナ２４を実施し動作させて、種々の先に論じたステップを実施する。

図５に示すように、光学スキャナ２４は、幾つかの例示的な実施形態においてはレーザスキャナである。レーザスキャナは、一般に、レーザ３４を含み、レーザ３４は、これらの実施形態において一般にフィデューシャルマーカ１２および構成部品１０等の対象物に向かってレーザビームの形態の光３６を放出する。光３６は、その後、スキャナのセンサ３８によって検出される。例えば、幾つかの実施形態において、光３６は、その後、光３６が接触する表面から反射され、スキャナのセンサ３８によって受信される。光３６がセンサ３８に達するラウンドトリップタイムが利用されて、種々の軸に沿う測定値を決定する。これらのデバイスは、通常、飛行時間デバイスとして知られている。幾つかの実施形態において、センサ３８は、光３６が接触する表面上の光３６を検出し、センサ３８の視野内の光３６の相対的場所に基づいて測定値を決定する。これらのデバイスは、通常、三角測量デバイスとして知られている。その後、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントが、述べたように、検出された光に基づいて計算される。特に、例示的な実施形態において、プロセッサ２６は、こうした光学スキャナ２４を実施し動作させて、種々の先に論じたステップを、独立してまたは組合せて実施する。

幾つかの実施形態において、レーザ３４によって放出される光３６は、単一行のフィデューシャルマーカ１２等、測定される対象物の一部分から反射するのに十分なだけの幅のバンドで放出される。これらの実施形態において、レーザ３４を移動させるためのステッパモータまたは他の適した機構が利用されて、測定される対象物全体から光３６が反射されるまで、レーザ３４および放出されるバンドを必要に応じて移動させてもよい。

図６は、スキャナ２４が顕微鏡である光学スキャナ２４の別の実施形態を示す。顕微鏡は、一般に、１つまたは複数のレンズを含む可能性があるレンズ組立体４０を含み、また、フィデューシャルマーカ１２および外部表面１４から種々の距離４４、４６にレンズ組立体４０を移動させるためのステッパモータ４２または他の適した機構を更に含む。一般に理解されるように、レンズ組立体４０は、一般に、レンズ組立体４０を通して目に見える画像を拡大するために利用される。したがって、こうした拡大画像は、データポイントを計算するときに使用するために、プロセッサ２６等によって受信されてもよい。特に、画像は、第１の距離４４および第２の距離４６等、フィデューシャルマーカ１２および外部表面１４から種々の距離で受信されてもよい。ステッパモータ４２は、例示的な実施形態において約１ナノメートルと１，０００ナノメートルとの間であってよい種々の距離４４と４６との間でレンズ組立体４０をステップ移動するように動作してもよい。種々の距離４４と４６で受信された画像は、その後、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントを計算するために利用されてもよい。例えば、各画像において、種々のフィデューシャルマーカ１２は焦点が合っており、一方、種々の他のフィデューシャルマーカ１２は焦点がずれている場合がある。焦点が合ったマーカ１２および焦点がずれたマーカ１２は、フィデューシャルマーカ１２および外部表面１４からのレンズ組立体４０の距離４４、４６に応じて変動する。したがって、これらの部分を距離４４、４６に相関付けて、例えばＺ軸データポイントを取得することができ、一方、Ｘ軸およびＹ軸のデータポイントは、従来通り測定することができる。特に、例示的な実施形態において、プロセッサ２６は、こうした光学スキャナ２４を実施し動作させて、種々の先に論じたステップを実施する。

述べたように、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットがフィデューシャルマーカ１２について取得された後、フィデューシャルマーカ１２の最新の３次元プロファイルが、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットに基づいてプロセッサ２６等によって組立てられてもよい。例えば、プロセッサ２６は、データポイントセットを収集し、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿う全てのデータポイントのプロットを出力してもよい。３次元プロファイルは、同様に、１つまたは複数のＸ軸サブセット、Ｙ軸サブセット、およびＺ軸サブセットに従って、フィデューシャルマーカ１２の１つまたは複数の下位部分について作られてもよい。

フィデューシャルマーカ１２が所定のパターン１８で位置決めされる実施形態において、標準プロファイルが、更に提供されてもよい。標準プロファイルは、データポイントセットまたはサブセットの基準グループ、例えば、基準のＸ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットに対応してもよい。このような実施形態は、標準化された３次元プロファイルを形成する。基準セットおよび／またはプロファイルは、構成部品の外部表面１４についての理想的な形状またはベースラインの形状並びに所定のパターンのフィデューシャルマーカ１２に基づいてもよい。例示的な実施形態において、標準プロファイルは、使用する前の構成部品１０のモデル形状に基づく。

更に、複数のプロファイルが、プロセッサ２６等によって比較されてもよい。例えば、複数のプロファイル間のフィデューシャルマーカ１２の種々の局所的または大域的特徴のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿う場所の差が、後続の歪計算において使用するために観測され測定されてもよい。更に、こうした歪計算が実施されてもよい。比較されるプロファイルは、離散的な時間に取得されたデータセットまたはサブセットに基づく複数の最新のプロファイルを含んでもよい。更にまたは代替的に、比較されるプロファイルは、構成部品１０のモデル形状に基づくプロファイルを含む、１つまたは複数の標準プロファイルを含んでもよい。

幾つかの例示的な実施形態において、フィデューシャルマーカ１２の１つの最新のプロファイルが、構成部品１０について異なる時間に全てが取得された、Ｘ軸データポイントセットまたはサブセット、Ｙ軸データポイントセットまたはサブセット、およびＺ軸データポイントセットまたはサブセットに基づく別のプロファイルと比較される。例えば、第１の最新の３次元プロファイルは第１の時間に取得されたデータポイントセットに基づいてもよく、第２の最新の３次元プロファイルは第２の時間に取得されたデータポイントセットに基づいてもよい。第１の時間は、ターボ機械のサービス若しくは他の運転で使用する前に生じてもよく、または、或る量のこうした運転後に生じてもよい。第２の時間は、或る量の構成部品の運転後に、また、例示的な実施形態においては、第１の時間が生じた後に生じてもよい。例えば、第１の時間は、新しく製造された構成部品１０について、ゼロであってよく、第２の時間は、構成部品１０のサービスの特定の期間後に生じてもよい。これらのいろいろな時間にフィデューシャルマーカ１２を測定することによって、サービス中の構成部品１０の使用による変形等および結果生じる歪が計算されてもよい。幾つかの実施形態において、複数のフィデューシャルマーカ１２の下位部分についての局所的歪は、複数のフィデューシャルマーカ１２の大きな部分について計算される大域的歪から計算され識別されてもよい。

更なるまたは代替的な例示的な実施形態において、フィデューシャルマーカ１２の１つまたは複数の最新のプロファイルは、標準プロファイルと比較される。標準プロファイルは、最新のプロファイルと同様の複数のモデルデータセットを含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態の標準プロファイルは、外部表面１４またはその一部分のモデルのまたは理想的な形状に基づく、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットを含む。データポイントは、それぞれの標準プロファイルセットを埋め、また、フィデューシャルマーカ１２が構成部品１０を使用する前に位置決めされるべき場所を示してもよい。標準プロファイルは、前もって組立てられてもよく、および／または、外部ソースからプロセッサ１０４に供給されてもよい。

１つの例示的な実施形態において、第１の最新の３次元プロファイルが、標準プロファイルと比較されてもよい。第１の最新のプロファイルは、ターボ機械のサービスまたは他の運転で使用する前に生じるかまたは或る量のこうした運転後に生じる第１の時間に取得されるデータポイントセットに基づいてもよい。標準プロファイルを、構成部品の使用前に生じる時間におけるプロファイルと比較することで、構成部品１０内の欠陥または変形を容易に検出できる可能性がある。標準プロファイルが構成部品１０のモデル形状に対応するとき、使用後に生じる時間についてのプロファイルとの比較は、同様に、使用によって結果的に生じる歪の計算を可能にする場合がある。幾つかの実施形態において、単一の標準プロファイルが、複数の離散的な構成部品１０（すなわち、同じタイプの構成部品の複数のユニット）のために使用されてもよい。こうした実施形態において、標準プロファイルは、同一の構成部品について複数のデータセットおよび／またはプロファイルを格納する必要性を減少させるか、またはなくすことができる。それにより、プロセッサ２６および／またはユーザについての格納およびコンピューティング要件が低減される場合がある。

ここで図７および図８を参照すると、本開示は、構成部品の変形を監視するための方法２００、３００を更に対象とする。例示的な実施形態におけるこうした方法２００、３００は、先に論じたように、プロセッサ２６によって実施されてもよい。図７に示すように、１つの例示的な方法の実施形態２００は、構成部品１０の外部表面１４上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカ１２の光学画像を受信するステップ２１０を含んでよい。同様に、第１のＸ軸データポイントセット、第１のＹ軸データポイントセット、および第１のＺ軸データポイントセットを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ってフィデューシャルマーカ１２を測定するステップ２２０が含まれる。幾つかの実施形態において、測定することは、受信された画像に基づいて、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントを計算することを含む。任意選択で、測定すること２２０は、複数のフィデューシャルマーカ１２の１つまたは複数の下位部分を識別することを含んでもよい。幾つかの実施形態において、識別することは、上述したように、Ｘ軸データポイントサブセット、Ｙ軸データポイントサブセット、およびＺ軸データポイントサブセットを取得することを含む。更に、フィデューシャルマーカ１２の最新の３次元プロファイルを組立てるステップ２３０が含まれてもよい。

ステップ２１０および２２０は、第１の時間に生じてよく、３次元プロファイルは、先に論じたように第１の時間のＸ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットに基づいてよい。そのため、方法の実施形態２００は、例えば、ステップ２４０および２５０を更に含んでもよい。ステップ２４０は、複数のフィデューシャルマーカ１２の第２の光学画像を受信することを含んでよく、一方、ステップ２５０は、第２の時間に第２のＸ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットを取得するためフィデューシャルマーカ１２を測定することを含んでよい。第２のデータポイントセットのそれぞれは、更にまたは代替的に、複数のフィデューシャルマーカ１２の下位部分について１つまたは複数の対応するサブセットを含んでもよい。更に、第２の時間は、第１の時間と異なってよく、また、例示的な実施形態において、第１の時間の後であってよい。更に、方法の実施形態２００は、第２のＸ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットに基づいて第２の最新の３次元プロファイルを組立てるステップ２６０を含んでもよい。なお更に、方法の実施形態２００は、先に論じたように、第１の３次元プロファイルと第２の３次元プロファイルを比較するステップ２７０を含んでもよい。

図８に示すように、更なるまたは代替の方法の実施形態３００は、構成部品１０の外部表面１４上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカ１２の光学画像を受信するステップ３１０を含んでもよい。同様に、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ってフィデューシャルマーカ１２を測定するステップ３２０が含まれる。測定することは、受信された画像に基づいて、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントを計算することを含んでもよい。任意選択で、測定すること３２０は、複数のフィデューシャルマーカ１２の１つまたは複数の下位部分を識別することを含んでもよい。幾つかの実施形態において、識別することは、上述したように、Ｘ軸データポイントサブセット、Ｙ軸データポイントサブセット、およびＺ軸データポイントサブセットを取得することを含む。更に、フィデューシャルマーカ１２の最新の３次元プロファイルを組立てるステップ３３０が含まれてもよい。なお更に、方法の実施形態３００には、最新の３次元プロファイルを標準プロファイルと比較するステップ３４０が含まれてもよい。

この書面による説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイスまたはシステムを作り使用すること、および、組込まれる任意の方法を実施することを含む、本発明を当業者が実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含んでもよい。こうした他の例は、特許請求の範囲の逐語的言語と異ならない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の逐語的言語と非実質的相違を有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。

１０ 構成部品
１２（１２ａ、１２ｂ） フィデューシャルマーカ
１４ 外部表面
１６２ 熱障壁コーティング
１８１ 所定の基準パターン
２０ 予め選択された列パターン
２２ 予め選択された行パターン
２４ 光学スキャナ
２３ システム
２６ プロセッサ
２８ 光
３０ 発光ダイオード
３２ カメラ
３４ レーザ
３６ 光
３８ センサ
４０ レンズ組立体
４２ ステッパモータ
４４ 第１の距離
４６ 第２の距離
２００ 方法の実施形態
２１０ 方法ステップ
２２０ 方法ステップ
２３０ 方法ステップ
２４０ 方法ステップ
２５０ 方法ステップ
２６０ 方法ステップ
２７０ 方法ステップ
３００ 方法の実施形態
３１０ 方法ステップ
３２０ 方法ステップ
３３０ 方法ステップ
３４０ 方法ステップ
Ｄ 距離
Ｌ 長さ
Ｗ 幅
ＭＤ マーカ直径
Ｍ （フィデューシャルマーカの）移動

Claims (20)

1. 構成部品（１０）を監視するためのシステム（２３）であって、
   前記構成部品（１０）の外部表面（１４）上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカ（１２）と、
   前記フィデューシャルマーカ（１２）を解析するための光学スキャナ（２４）と、
   前記光学スキャナ（２４）と動作可能に通信状態にあるプロセッサ（２６）とを備え、前記プロセッサ（２６）は、Ｘ軸データポイントセット、Ｙ軸データポイントセット、およびＺ軸データポイントセットを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って前記フィデューシャルマーカ（１２）を測定するために動作可能であり、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、および前記Ｚ軸は互いに直交する、システム。
2. 前記プロセッサ（２６）は、前記Ｘ軸データポイントセット、前記Ｙ軸データポイントセット、および前記Ｚ軸データポイントセットに基づいて前記フィデューシャルマーカ（１２）の最新の３次元プロファイルを組立てるために更に動作可能である、請求項１記載のシステム（２３）。
3. 前記フィデューシャルマーカ（１２）はそれぞれ、イットリア安定化ジルコニアを含む、請求項１記載のシステム（２３）。
4. 前記フィデューシャルマーカ（１２）は、熱障壁コーティング（１６）内に位置決めされる、請求項１記載のシステム（２３）。
5. 前記フィデューシャルマーカ（１２）は、所定の基準パターン（１８）で位置決めされる、請求項２記載のシステム（２３）。
6. 前記基準パターンは標準プロファイルに対応する、請求項５記載のシステム（２３）。
7. 前記プロセッサ（２６）は、前記最新の３次元プロファイルを前記標準プロファイルと比較するために更に動作可能である、請求項６記載のシステム（２３）。
8. 前記構成部品（１０）はタービン構成部品である、請求項１記載のシステム（２３）。
9. 各フィデューシャルマーカ（１２）は、５マイクロメートルと５ミリメートルとの間の直径を有する、請求項８記載のシステム（２３）。
10. 前記光学スキャナ（２４）は構造化光スキャナを備える、請求項２記載のシステム（２３）。
11. 前記構造化光は青色光である、請求項１０記載のシステム（２３）。
12. 前記構造化光は白色光である、請求項１０記載のシステム（２３）。
13. 前記プロセッサ（２６）は、前記複数のフィデューシャルマーカ（１２）の下位部分を識別するために更に動作可能である、請求項１記載のシステム（２３）。
14. 外部表面（１４）を有する構成部品（１０）を監視するための方法であって、
    前記外部表面（１４）上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカ（１２）の光学画像を受信するステップと、
    第１のＸ軸データポイントセット、第１のＹ軸データポイントセット、および第１のＺ軸データポイントセットを取得するために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って前記フィデューシャルマーカ（１２）を測定するステップとを含み、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、および前記Ｚ軸は互いに直交する、方法。
15. 前記測定するステップは、前記受信された画像に基づいて、Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントを計算するステップを含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記測定するステップは、前記複数のフィデューシャルマーカ（１２）内の前記フィデューシャルマーカ（１２）の下位部分を識別して、Ｘ軸データポイントサブセット、Ｙ軸データポイントサブセット、およびＺ軸データポイントサブセットを取得するステップを含む、請求項１４記載の方法。
17. 前記Ｘ軸データポイントセット、前記Ｙ軸データポイントセット、および前記Ｚ軸データポイントセットに基づいて前記フィデューシャルマーカ（１２）の第１の最新の３次元プロファイルを組立てるステップを更に含む、請求項１４記載の方法。
18. 前記受信するステップおよび測定するステップは第１の時間に起こり、方法は、
    前記外部表面（１４）上に位置決めされた複数のフィデューシャルマーカ（１２）の別の光学画像を受信するステップと、
    第２のＸ軸データポイントセット、第２のＹ軸データポイントセット、および第２のＺ軸データポイントセットを取得するために、第２の時間に前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、および前記Ｚ軸に沿って前記フィデューシャルマーカ（１２）を測定するステップと、
    前記第２のＸ軸データポイントセット、前記第２のＹ軸データポイントセット、および前記第２のＺ軸データポイントセットに基づいて前記フィデューシャルマーカ（１２）の第２の最新の３次元プロファイルを組立てるステップとを更に含む、請求項１７記載の方法。
19. 前記第１の最新の３次元プロファイルと前記第２の最新の３次元プロファイルを比較するステップを更に含む、請求項１８記載の方法。
20. 前記第１の最新の３次元プロファイルを標準プロファイルと比較するステップを更に含む、請求項１７記載の方法。