KR102251548B1

KR102251548B1 - 구성요소의 검사를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102251548B1
Application number: KR1020167017629A
Authority: KR
Inventors: 유리 알렉세예비치 플로트니코브; 다니엘 존 누난; 존 에드워드 맥러드; 알레시오 안돌피; 리카르도 카타스티니
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2021-05-14
Also published as: EP3077807A1; KR20160096124A; CN105940297A; US9435766B2; PL3077807T3; US20150160164A1; CN105940297B; EP3077807B1; BR112016012662A8; WO2015084530A1; BR112016012662B1; BR112016012662A2

Abstract

휴대용 자동 검사 시스템은 검사할 구성요소를 유지하기 위한 부품 유지부(part holder) 및 이 부품 유지부에 결합되는 회전식 액추에이터를 포함한다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은 구성요소의 스캔 및 와전류 신호의 제공을 위한 와전류 프로브를 더 포함한다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은, 와전류 프로브에 결합되는 자가 정렬 유닛으로서, 구성요소의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 와전류 프로브의 축선을 정렬시키도록 그리고 구성요소의 상기 표면과의 일정한 접촉을 유지하도록 구성되는 자가 정렬 유닛을 더 포함한다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은, X 축, Y 축, 및 Z 축을 따라 와전류 프로브를 이동시키기 위해 상기 자가 정렬 유닛에 결합되는 선형 액추에이터를 더 포함한다. 스캔 계획에 따라 구성요소 주위에서 상기 프로브를 이동시키기 위한 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 제어하기 위해, 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터에는 이동 제어 유닛이 결합된다.

Description

구성요소의 검사를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTION OF COMPONENTS}

본원에 개시되는 주제 대상은 대체로 구성요소의 비파괴 검사에 관한 것이다. 구체적으로, 이러한 시스템은, 회전식 기계 내의 코팅된 구성요소에 대한 현장 와전류(on-site eddy current) 기반의 검사에 관한 것이다.

이상(anomaly)의 존재에 관한 구성요소의 검사는 회전식 기계에서의 조기 고장을 방지한다. 이러한 구성요소에서의 결함의 조기 탐지는, 정기적인 유지보수 일정 중에 구성요소의 교정 또는 교체에 도움이 된다. 보호용 코팅이 마련된 구성요소에 관한 통상적인 유지보수 절차는, 기본 재료에서의 크랙(crack)을 탐지하기 위해 보호용 코팅을 벗겨내는 것, 그리고 FPI(Fluorescent Penetrant Inspection)를 수행하는 것을 포함한다. 추가적으로, 로터의 버킷(bucket)과 같은 구성요소는 통상적으로 현장에서 분해되며 검사 장소로 운송된다. 종래의 검사 기법은, 심지어 크랙을 표면에서 볼 수 없을 때에도 모든 구성요소의 검사를 필요로 한다. 이러한 요건으로 인해, 기계 작동의 불연속성 및 유지보수 비용의 상승이 초래된다.

비파괴(NDI; Non-Destructive Inspection) 기법에서는, 구성요소의 표면을 스캔함으로써 데이터가 획득되며, 구성요소 내의 결함은 획득된 데이터의 분석을 행함으로써 탐지된다. 가스 터빈 내의 에어포일(airfoil) 및 열차의 디젤 엔진 내의 코팅된 터보 구성요소와 같이 검사되는 구성요소는 3차원 기하학적 형상을 가질 수 있고, 구성요소의 복잡한 표면으로부터의 데이터 획득은 만족스럽지 않을 수 있다. 또한, 스캔용 프로브(scanning probe)는 스캔 중에 완벽한 위치에 있지 않을 수도 있고, 이에 따라 리프트오프(lift-off) 및 틸팅(tilting)으로 인해 여러 가지 유형의 노이즈(noise)를 발생시키게 된다. 더욱이, 이러한 구성요소의 에지 부근에서의 데이터 획득은 더 어렵고 추가적인 노이즈 성분을 발생시킬 수 있다. 또한, 구성요소의 크랙 탐지는 시간 소모적이며, 정상 작동의 중단을 연장시킬 수 있다.

따라서, 구성요소의 검사를 위한 개선된 시스템 및 방법에 대한 요구가 존재한다.

본 발명에 따른 시스템의 일 양태에 따르면, 휴대용 자동 검사 시스템이 개시된다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은 검사할 구성요소를 유지하기 위한 부품 유지부(part holder) 및 이 부품 유지부에 결합되는 회전식 액추에이터를 포함한다. 상기 회전식 액추에이터에 의해 구성요소의 회전이 제공된다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은 구성요소의 스캔 및 와전류 신호의 제공을 위한 와전류 프로브를 더 포함한다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은, 와전류 프로브에 결합되는 자가 정렬 유닛으로서, 구성요소의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 와전류 프로브의 축선을 정렬시키도록 그리고 구성요소의 상기 표면과의 일정한 접촉을 유지하도록 구성되는 자가 정렬 유닛을 포함한다. 상기 휴대용 자동 검사 시스템은, X 축, Y 축, 및 Z 축을 따라 와전류 프로브를 이동시키기 위해 상기 자가 정렬 유닛에 결합되는 선형 액추에이터를 더 포함한다. 스캔 계획에 따라 구성요소 주위에서 상기 프로브를 이동시키기 위한 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 제어하기 위해, 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터에는 이동 제어 유닛이 결합된다.

본 발명에 따른 다른 양태에 따르면, 자동식 현장 검사 방법이 개시된다. 상기 자동식 현장 검사 방법은, 검사되는 구성요소를 부품 유지부에 결합시키는 단계 및 회전식 액추에이터를 통해 부품 유지부를 회전시키는 단계를 포함하여, 스캔 계획에 따라 구성요소의 표면이 와전류 프로브에 대해 실질적으로 수직하게 정렬되도록 위치하게 한다. 상기 자동식 현장 검사 방법은, 프로브의 축선이 구성요소의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 위치하게 되도록 하기 위해 자가 정렬 유닛을 통해 와전류 프로브를 정렬시키는 단계를 더 포함한다. 상기 자동식 현장 검사 방법은, 구성요소의 표면을 스캔하기 위해 적어도 하나의 X 선형 축, Y 선형 축, 및 Z 선형 축을 따라 선형 액추에이터를 통해 프로브를 이동시키는 단계를 더 포함한다. 와전류 프로브는 구성요소의 복수 개의 스캔 위치 각각에 대해 복수 개의 와전류 신호를 발생시킨다. 상기 자동식 현장 검사 방법은, 이동 제어 유닛을 통해 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 제어하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예의 이러한 특징 및 양태 그리고 다른 특징 및 양태는, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면부호는 동일한 부분을 나타내는 것인 첨부 도면을 참고하여 이하의 상세한 설명을 읽을 때 더욱 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 휴대용 자동 와전류 검사 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 실시예에 따른 액추에이팅 서브시스템(actuating subsystem)의 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 검사 중에 구성요소를 유지하기 위한 부품 유지부의 사시도를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 자가 정렬 유닛이 마련되는 와전류 프로브를 도시한 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 구성요소의 볼록한 표면에 대해 와전류 프로브를 위치시키기 위한 스프링 로딩식 메커니즘을 도시한 것이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라 구성요소의 오목한 표면에 대해 와전류 프로브를 위치시키기 위한 스프링 로딩식 메커니즘을 도시한 것이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라 와전류 프로브에 의한 검사를 가능하게 하기 위해 구성요소에 결합되는 프로브 런아웃 가이드(probe runout guide)를 도시한 것이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 구성요소의 현장 검사를 위한 기법을 예시하는 플로우 차트이다.

본 발명에 따른 시스템의 실시예는, 회전식 기계 장치 및 엔진의 구성요소 내의 결함을 탐지하기 위한 검사 기법에 관한 것이다. 일례에서, 상기 검사 기법은, 검사될 구성요소를 부품 유지부에 결합시키는 단계 및 회전식 액추에이터를 통해 상기 부품 유지부를 회전시키는 단계를 포함하여, 구성요소의 표면이 구성요소를 스캔하기 위한 프로브를 향하도록 위치시킨다. 상기 검사 기법은, 프로브의 축선이 구성요소의 표면에 대해 수직하게 위치하게 되도록 하기 위해 자가 정렬 유닛을 통해 프로브를 정렬시키는 단계, 및 이 단계 이후에 구성요소의 표면의 스캔을 위해 복수 개의 선형 축선을 따라 선형 액추에이터를 통해 프로브를 구동시키는 단계를 더 포함한다. 일례에서의 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터는 이동 제어 유닛에 의해 제어된다.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 와전류 검사 기법을 이용하여 구성요소를 검사하기 위한 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)은, 자가 정렬 유닛(104)에 결합되어 검사 중에 구성요소(106)를 스캔하는 데 사용되는 프로브(102)를 포함한다. 자가 정렬 유닛(104)은 선형 액추에이터(108)에 결합되며, 이 선형 액추에이터에 의해 X 축, Y 축 및 Z 축 중 적어도 하나의 축선을 따르는 프로브(102)의 선형 이동이 제공된다. 검사 중인 구성요소(106)는 예컨대 터빈의 에어포일 또는 디젤 엔진의 터보 구성요소 등일 수 있다. 구성요소(106)에는 통상적으로 보호용 코팅(121)이 마련될 수 있으며, 이러한 구성요소는 보호용 코팅(121) 아래에 있는 구성요소의 표면 상에서 크랙과 같은 결함을 발생시킬 수 있다. 시스템(100)은 검사될 구성요소(106)를 유지하기 위한 부품 유지부(110)를 포함한다. 이러한 예에 있어서, 부품 유지부(110)는, 구성요소(106)의 표면이 구성요소(106)의 스캔을 위한 프로브(102)를 향하도록 위치시키기 위해 부품 유지부(110)를 회전시키는 회전식 액추에이터(112)에 결합된다. 이러한 예에서 선형 액추에이터(108) 및 회전식 액추에이터(112)는 이동 제어 유닛(114)에 의해 제어된다.

제시된 예시적인 실시예에 있어서, 프로브(102)는 와전류 기기(ECI; Eddy Current Instrument; 116)로부터의 전기 신호를 수신하는 데 사용되는 와전류 프로브이다. ECI(116)는 또한 프로브(102)로부터의 와전류 신호를 수신하도록 구성된다. ECI(116)는, 프로브(102)에 전달되는 전기 신호를 발생시키기에 적절한 회로(도시되어 있지 않음)를 구비하는 프로세서 기반의 장치일 수 있다. ECI(116)는 구성요소(106)의 검사 중에 프로브(102)로부터 발생되는 와전류를 수신하기 위해 센서(도시되어 있지 않음)에 결합된다. 일례에서 ECI(116)는 디스플레이 및 처리 유닛(118)에 결합된다. 디스플레이 및 처리 유닛(118)은 ECI(116)로부터 와전류 신호를 수신하며 제어 신호를 이동 제어 유닛(114)에 송신한다. 디스플레이 및 처리 유닛(118)은 ECI(116)로부터 수신된 와전류 신호로부터 와전류 이미지를 구성하며, 이미지 노이즈를 감소시키는 것과 같은 이미지 처리 작업을 행한다. 디스플레이 및 처리 유닛(118)은 또한 와전류 이미지 및 이미지 처리 작업의 결과를 디스플레이한다. 이동 제어 유닛(114)은 선형 액추에이터(108)를 통해 프로브(102)를 구동시킨다. 변형예에서는, 이동 제어 유닛(114) 그리고 디스플레이 및 처리 유닛(118) 중 적어도 하나가 ECI(116)에 통합될 수 있다. 시스템(100)은, 구성요소(106)의 에지를 넘어 프로브(102)가 이동할 수 있도록 하기 위해 구성요소(106)의 에지에 결합되는 프로브 런아웃 가이드(120)를 더 포함한다.

일례에 있어서, 선형 액추에이터(108) 및 회전식 액추에이터(112)는, 스캔 패턴을 개시하기 위해 알려진 기준점을 구축하는 홈 위치(home position)에서 시작하도록 조정 및 동기화된다. 선형 액추에이터(108) 및 회전식 액추에이터(112)가 스캔을 위한 정확한 배향을 나타낼 수 있도록 하는 리밋 스위치(limit switch)(도시되어 있지 않음) 및 다른 메커니즘이 존재한다. 선형 액추에이터(108) 및 회전식 액추에이터(112)는 스캔 패턴을 따라 회전하여, 구성요소(106)의 스캔 커버리지(scanning coverage)를 제공한다. 이러한 예에 있어서, 시스템(100)은 사전에 정해진 스캔 패턴을 가지며, 이러한 사전에 정해진 패턴은, 홈 위치에서 시작하여 전체 구성요소(106)를 횡단하고, 이때 고밀도 스캔이 이루어지며 효율적인 방식으로 전체 구성요소(106)의 완전한 커버리지가 달성된다.

변형예에 있어서, ECI(116)는 적어도 하나의 제어기, 범용 프로세서, 또는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함할 수 있다. ECI(116)는, 제어 패널 또는 컴퓨터 시스템의 키보드와 같은 임의의 다른 입력 장치를 통해 사용자로부터의 추가 입력을 받아들일 수 있다. ECI(116)는, 한정하는 것은 아니지만 RAM(Random Access Memory) 모듈 및 ROM(Read Only Memory) 모듈을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 메모리 모듈에 액세스하도록 구성된다. 기억 매체는, 검사 중에 구성요소(106)를 스캔하기 위해 프로브(102), 선형 액추에이터(108) 및 회전식 액추에이터(112)에 대한 제어 신호를 발생시키는 단계의 시퀀스(sequence)를 가능하게 하도록 ECI(116)에 명령을 내리게 프로그램으로 인코팅될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 시스템 구성요소들은 키트(kit)로서 운송되며 현장 검사를 위한 위치에서 용이하게 조립된다. 시스템 키트 구성요소는 선형 액추에이터(108), 회전식 액추에이터(112), 이동 제어 유닛(114), 디스플레이 및 처리 유닛(118), ECI(116), 자가 정렬 유닛(104) 및 프로브를 포함한다. 부품 유지부(110) 및 프로브 런아웃 가이드(120)는 통상적으로 구성요소(106)에 적합하도록 어느 정도 커스터마이징(customizing)된다.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 시스템(100)(도 1에 도시된 시스템)의 액추에이팅 서브시스템(200)의 사시도이다. 액추에이팅 서브시스템(200)은 플랫폼(206) 상에 장착되는 회전식 액추에이터(112) 및 선형 액추에이터(108)를 포함한다. 플랫폼(206)이 도시되어 있지만, 플랫폼(206)은 임의의 비교적 평평하고 안정적인 베이스(base)로서, 그 위에 액추에이터(108, 112)가 기계적으로 결합될 수 있는 것인 베이스일 수 있다. 액추에이팅 서브시스템(200)은 컴팩트한 구성을 가지며, 일 실시예서는 고객측 위치 또는 검사할 부품의 현장 위치에서 구성요소의 검사가 행해질 수 있도록 하기 위해 휴대용일 수 있다.

제시된 실시예에 있어서, 선형 액추에이터(108)는 각각 X 축(202), Y 축(203) 및 Z 축(204)를 따라 정렬되는 복수 개의 선형 가이드(208, 210, 212)를 포함한다. 복수 개의 선형 가이드(208, 210, 212)는 각각 고정 레일 및 이 고정 레일을 따라 이동 가능한 슬라이더(slider)를 포함한다. 가이드(210)는 고정 레일(216) 상에서 이동 가능하게 장착되는 슬라이더(218)를 포함한다. 가이드(208)는 고정 레일(222) 상에서 이동 가능하게 장착되는 슬라이더(220)를 포함한다. (도 1에 도시된) 자가 정렬 유닛(104)에 사용되는 유지부(214)가 가이드(212) 상에 장착된다. 가이드(212) 상에 장착되는 유지부(214)는 Z 축을 따라 이동 가능하며, 이에 따라 Z 축을 따르는 프로브의 선형 이동을 제공한다. 제시된 실시예에 있어서, 가이드(212)는 가이드(208) 상에 장착되며, X 축을 따라 이동 가능하다. 가이드(208)는 가이드(210) 상에 장착되며, Y 축을 따라 이동 가능하다. 작업을 위한 기준점을 제시하기 위해 선형 액추에이터(108) 및 회전식 액추에이터(112)에 의해 사용되는 다수의 리밋 스위치(도시되어 있지 않음)가 존재한다. 일례에 있어서, 홈 위치를 구현하는 데 도움이 되는 리밋 스위치가 액추에이팅 서브시스템(200)의 모든 축선 상에 존재하며, 상기 홈 위치는 스캔 패턴을 실행하기 위해 이동 제어 유닛에 의해 사용된다.

도 3은 예시적인 실시예에 따라 검사 중에 구성요소(106)를 유지하기 위한 부품 유지부(110)를 구비한, 시스템(100)(도 1에 도시된 시스템)의 일부(300)를 제시하는 사시도이다. 부품 유지부(110)의 일측은 회전식 액추에이터(112) 상에 장착되며, 부품 유지부(110)의 타측은 구성요소(106)에 결합된다. 이러한 예에 있어서, 부품 유지부(110)는, 부품 유지부(110)가 회전식 액추에이터(112)에 의해 회전하게 될 때 구성요소(106)를 견고하게 유지하기 위해 구성요소(106)의 대응하는 돌출부(305)와 짝을 이루는 리세스(recess; 302)를 갖는다. 제시된 실시예에 있어서, 구성요소(106)는 터빈의 내부에 근접하게 위치하는 버킷(bucket) 또는 블레이드(blade)이다. 터빈마다 46 내지 52 개와 같이 다수의 버킷이 존재할 수 있다. 부품 유지부(110)의 크기 및 구조는, 검사 하에서의 구성요소(106)의 크기 및 형상에 적합하게 되도록 하는 방식으로 구성된다. 일 실시예에 있어서, 부품 유지부(110)는 에어 포일을 견고하게 유지하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 부품 유지부(110)는 엔진의 코팅된 구성요소를 견고하게 유지하도록 구성된다.

도 4는, 예시적인 실시예에 따라 검사 중에 구성요소의 표면에 대해 대략적으로 수직하게 프로브(102)를 위치시키는 데 사용되는 자가 정렬 유닛(104)의 사시도이다. 자가 정렬 유닛(104)은, 프로브(102)의 복수 개의 레그(leg)가 구성요소의 표면에 확실하게 맞닿도록 하기 위해 선형 방향(414)을 따라 압력을 제공하기 위한 스프링(402)을 포함한다. 자가 정렬 유닛(104)은, 구성요소의 표면에 대한 프로브(102)의 이동에 대해 복수 개의 자유도를 제공하기 위한 회전 가능한 지지부로서 마련되는 피봇식 포크(pivoting fork; 404, 406)를 포함한다. 피봇식 포크(404, 406)이 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 프로브(102)의 이동에 대해 복수 개의 자유도를 제공하기 위해 짐벌 베어링(gimbal bearing)이 채용된다. 자가 정렬 유닛(104)의 제1 피봇식 포크(404)는, 제1 방향(410)을 따르는 프로브(102)의 이동에 대해 하나의 자유도를 가능하게 한다. 제2 피봇식 포크(406)는, 제2 방향(412)을 따르는 프로브(102)의 이동에 대해 하나의 자유도를 가능하게 한다. 이러한 예에 있어서, 제1 방향(410) 및 제2 방향(412)은, 프로브(102)가 구성요소의 표면을 따라 이동할 때 심지어 작은 크랙도 탐지할 수 있도록 프로브(102)의 이동에 대한 2개의 자유도를 제공한다. 브레이크 어웨이 핀(break-away pin; 420)은, 과도한 압력 또는 토크가 존재하는 경우 프로브(102) 및 조립체의 나머지 부분을 보호할 수 있도록 한다. 변형예에서는, 자가 정렬 유닛(104)에서 다른 회전 가능한 지지 메커니즘이 사용될 수 있다.

자가 정렬 유닛(104)은, 프로브(102)가 구성요소의 표면과 일정한 접촉을 유지하는 것을 가능하게 하는 스프링 로딩식 메커니즘(408)을 더 포함한다. 구성요소의 표면은 볼록한 표면, 평평한 표면, 또는 오목한 표면일 수 있다. 스프링 로딩식 메커니즘(408)은, 구성요소의 표면에 대해 대략 수직하게 프로브(102)의 축선(416)을 정렬시킬 수 있도록 한다. 스프링 로딩식 메커니즘(408)의 구조는 후속 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명된다.

도 5는 예시적인 실시예에 따라 구성요소의 볼록한 표면(506)에 대해 와전류 프로브(102)를 위치시키는 데 사용되는 스프링 로딩식 메커니즘(408)에 대한 개략도(500)이다. 제시된 실시예에 있어서, 프로브(102)는 케이싱(502) 내에서 이동 가능하게 지지된다. 프로브(102)가 스캔 과정 전반에 걸쳐 볼록한 표면(506)과 일정하게 접촉하게 되도록 하기 위해, 구성요소의 볼록한 표면(506)과 접촉하기 위한 복수 개의 핀 또는 레그(leg; 504)가 케이싱(502)에 결합된다. 예시적인 실시예에서는, 약 120 도의 각도만큼 핀(504)들이 서로 분리되도록 하기 위해 3개의 핀(504)이 케이싱(502)에 결합된다. 다른 실시예에서는, 약 90 도의 각도만큼 핀(504)들이 서로 분리되도록 하기 위해 4개의 핀(504)이 케이싱(502)에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서는, 프로브(102)가 구성요소의 표면(506)과 일정하게 접촉하도록 유지하는 동일한 기능을 수행하기 위해, 케이싱(502)에 결합된 원형 부재 또는 다각형 부재로 상기 레그(504)가 대체된다. 일례에서의 레그(504)는 어느 정도의 굴곡을 갖는 비강성 구조이다.

프로브(102)의 일단부(510)과 케이싱(502) 사이에는 스프링(508)이 배치된다. 스프링(508)은 압력을 제공하여, 프로브(102)의 타단부(512)가 볼록한 표면(506)과의 접촉을 유지하게 하며 구성요소의 볼록한 표면(506) 주위에서의 프로브(102)의 이동을 가능하게 한다.

도 6은 예시적인 실시예에 따라 구성요소의 오목한 표면(606)에 대해 와전류 프로브(102)를 위치시키기 위해 사용되는 스프링 로딩식 메커니즘(408)에 대한 개략도(600)이다. 제시된 실시예에 있어서, 프로브(102)는 케이싱(502) 내에서 이동 가능하게 지지된다. 구성요소의 오목한 표면(606)에 접촉하기 위한 복수 개의 핀(504)이 케이싱(502)에 결합된다. 예시적인 실시예에서는, 케이싱(502)에 3개의 핀(504)이 결합된다. 프로브(102)의 일단부(510)와 케이싱(502) 사이에는 오목한 표면(606)을 향해 그리고 오목한 표면으로부터 멀리로 프로브(102)의 이동을 가능하게 하기 위한 스프링(508)이 배치되어, 프로브(102)의 타단부(512)가 오목한 표면(606)과 일정한 접촉을 유지하도록 한다.

도 7은 예시적인 실시예에 따라 검사 중에 구성요소(106)(예컨대, 터빈 블레이드)에 결합되는 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)를 도시하는 사시도(700)를 제시한 것이다. 구성요소(106)는 상측 에지(702), 선행 에지(706), 후미 에지(704) 및 플랫폼(708)을 구비하고 있다. 프로브 런아웃 가이드(120)는 구성요소(106)의 상측 에지(702)에 결합되며, 프로브 런아웃 가이드(122)는 구성요소(106)의 후미 에지(704)에 결합되고, 프로브 런아웃 가이드(124)는 구성요소(106)의 플랫폼(708)에 결합된다. 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는 보다 효율적인 검사를 가능하게 하여, 프로브(106)가 스캔 패턴을 따를 수 있도록 하고, 에지를 포함하는 구성요소(106)를 충분히 스캔할 수 있도록 한다. 에지에 인접한 크랙은 탐지가 곤란하며, 통상적인 시스템은 에지 부근에서 처리를 느리게 수행한다. 이러한 에지 처리는 프로브가 더욱 느리게 진행하도록 하기 때문에, 전술한 통상적인 스캔은 느리고 비효율적이다.

이러한 예에 있어서, 구성요소(106)는, 도 3에 도시된 바와 같은 회전식 액추에이터에 결합되는 부품 유지부 상에 장착된다. 일례에 따르면, 부품 유지부는 특히 구성요소를 견고하게 유지하기 위해 특정 구성요소(106)와 쌍을 이루도록 구성된다. 일례에서의 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는, 감속을 행할 필요 없이 구성요소(106)의 에지(702, 704) 너머로 프로브의 이동이 가능하게 한다. 일 실시예에 있어서, 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는 플라스틱으로 제조되며, 구성요소(106)에 고정되도록 하기 위해 구성요소(106)의 에지(702, 704)와 맞닿도록 구성된다. 변형예에 있어서, 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는 임의의 다른 합성 재료로 제조될 수 있다. 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는, 중단 없이 검사 중에 프로브가 구성요소(106)의 에지 너머로 원할하게 이동할 수 있도록 한다. 여기서는, 많은 경우에, 구성요소(106) 상의 크랙이 구성요소(106)의 에지(702, 704)로부터 또는 구성요소의 에지를 향해 성장할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 예시적인 실시예에 있어서, 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는 보다 큰 신호 대 잡음 비(SNR; Signal to Noise Ratio)로 프로브에 의해 감지되는 와전류 신호의 품질을 유지한다. 예를 들어, 약 0.3 내지 0.8 cm의 직경을 갖는 프로브에 있어서, 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는 프로브가 스캔 속도를 변경하지 않으면서 약 1 cm만큼 에지(702)를 넘어 진행하게 할 수 있다. 프로브 런아웃 가이드(120, 122, 124)는 효율적이고 시기적절한 방식으로 에지 스캔을 가능하게 하기 위해 임의의 에지 상에 채용될 수 있다.

도 8은 예시적인 실시예에 따른 자동식 현장 검사 방법에 수반되는 단계를 제시하는 플로우 차트(800)이다. 구성요소의 현장 검사는 도 1의 와전류 검사 시스템(100)을 이용하여 행해진다. 이러한 예에 있어서, 검사되는 에어포일 또는 버킷과 같이 코팅된 구성요소는 현장 장비로부터 제거되며(802), 부품 유지부에 결합되는 스탠드 또는 플랫폼에 장착된다(804).

통상적으로, 와전류 검사 시스템의 프로브를 이용하여 검사되는 구성요소에 대해 개발된 스캔 계획이 존재한다. 여기서, 스캔 계획이란, 구성요소를 충분히 스캔하기 위해 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 통해 프로브가 이동하는 것을 포함하는 것을 가리킨다. 회전식 액추에이터 및 선형 액추에이터는, X 축, Y 축, 및 Z 축 그리고 회전 방향에서의 상호 이동을 포함하는 스캔 계획에 따라 이동 제어 유닛에 의해 제어된다. 통상적으로, 구성요소 표면에 대한 프로브의 일정한 접촉 및 실질적인 수직 배향을 유지하면서 가장 신속한 표면 커버리지(surface coverage)를 제공하기 위해 특정 구성요소에 대한 스캔 계획이 개발된다. 스캔 계획은, 구성요소에 걸쳐 그리고 구성요소의 와전류 이미지의 구성을 위해 균일한 와전류 커버리지(eddy current coverage)를 제공한다.

여기 도시되는 프로세스 흐름은 순차적인 것으로 도시되어 있지만, 표면 스캔은 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터 중 적어도 하나를 채용하는 스캔 계획에 따라 이루어진다. 예를 들면, Z 축을 따르는 표면 스캔은 대부분 선형이며, 비교적 빠른 속도로 행해질 수 있다. 프로브에 대한 둘레방향 이동 증분은 회전식 액추에이터 및 선형 액추에이터 양자 모두에 의해 구현될 수 있다.

이러한 프로세스는, 통상적으로 구성요소의 표면 주위에서 프로브의 배향을 구현하는 것으로 시작하는 스캔 계획을 실행하는 단계(805)를 포함한다. 일례에 있어서, 시스템은, 홈 위치와 같은 다양한 위치가 형성되도록 하기 위해 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터 상에 리밋 스위치를 채용한다. 일례에서, 스캔 계획은, 홈 위치로부터 시작하며, 스캔 계획에 따라 구성요소의 전체 표면을 계속 스캔한다. 다른 실시예에 있어서, 스캔 계획은 스캔되는 구성요소의 영역에 따라 복수 개의 홈 위치를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 구성요소의 표면 상에서 알려진 기준점을 구축하기 위해 대안적인 배향 기법이 사용된다. 예를 들면, 구성요소는 기준점을 구축하기 위한 마킹 또는 다른 표시를 포함할 수 있다.

이러한 예에 있어서, 부품 유지부는, 구성요소의 표면이 스캔 계획에 따라 구성요소를 스캔하기 위한 프로브를 향하도록 스캔되는 구성요소의 표면을 위치시키기 위해 회전식 액추에이터에 의해 회전하게 된다(806). 일 실시예에 있어서, 스캔 계획은 홈 위치로부터 시작되며, 부품 유지부는 스캔 계획에 따라 회전하게 된다. 일례에서, 스캔 계획은 약 45도의 일정한 둘레방향 증분으로 부품 유지부의 회전을 특정할 수 있다. 다른 예에서, 스캔 계획은 약 90도의 둘레방향 증분으로 부품 유지부의 회전을 특정한다.

프로브는, 프로브의 축선이 구성요소의 표면에 대해 대략 수직하게 위치하게 되도록 하기 위해 자가 정렬 유닛을 통해 정렬된다(808). 스캔 중에, 와전류 프로브의 자가 정렬 유닛은 구성요소의 표면에 대한 프로브의 적절한 접촉을 보장한다. 구체적으로, 자가 정렬 유닛은 프로브의 축선을 구성요소의 표면에 대해 대략 수직하게 정렬시키며, 프로브는 표면 근처에서 유지된다.

프로브는 구성요소의 표면을 스캔하기 위해 복수 개의 선형 축선을 따라 선형 액추에이터를 통해 이동하게 된다(810). 일 실시예에 있어서, 통상 평평한 표면에 대해, 선형 액추에이터의 Z 축을 따르는 신속한(2 내지 10 cm/s의 속도의) 표면 스캔을 포함하는 스캔 계획에 따라 검사가 행해진다. 더욱이, 구성요소의 표면에 대한 스캔은 선형 액추에이터의 X 축 및 Y 축을 따라 프로브를 이동시킴으로써 행해진다. 구성요소의 표면을 따라 프로브의 각각의 스캔 위치에서, 와전류 신호가 획득된다(812). 예로서, 스캔 계획은 비교적 평평한 표면의 초기 스캔을 매우 신속하게 행한 이후에 만곡된 표면의 스캔 중에는 좀 더 느리게 이동할 수 있다.

검사의 완료가 점검되며(814), 스캔이 완료되지 않았거나 또는 스캔 프로세스에 오류가 있으면 예시적인 단계(806, 808, 810, 812)가 반복된다.

예시적인 실시예에 있어서, 직경이 4 mm인 와전류 코일이 사용되고, 이때 전체 구성요소를 검사하기 위한 스캔 증분은 1 mm이며, 이에 따라 전체 구성요소가 스캔된다. 다른 실시예에 있어서, 구성요소의 스캔을 행하기 위해 와전류 센서의 어레이가 사용된다. 프로브의 와전류 코일의 크기보다 작은 크랙을 탐지하기 위해, Y 축을 따라 2차원 래스터 스캔(raster scan)이 사용된다. 일 실시예에 있어서, 와전류 프로브는 500 kHz 내지 800 kHz의 주파수 범위를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 와전류 프로브는, 신호 대 잡음 비를 개선하기 위해, 그리고 구성요소의 사전에 정해진 깊이에서 코팅 아래에 있는 결함 및/또는 크랙을 탐지하기 위해, 2가지 주파수(예컨대, 500 kHz 및 1200 kHz)의 조합을 이용한다.

일 스캔 작업에 따르면, 평평한 영역이 만곡된 영역보다 더 빠른 속도로 스캔될 수 있기 때문에, 스캔은 우선 구성요소의 평평한 영역에 대해 행해진 후 만곡된 영역으로 이동하게 된다.

구성요소의 표면을 따라 기계적인 스캔 중에 과도한 마모로부터 프로브를 보호하기 위해 프로브의 활주 표면 상에 보호용 비전도성 플라스틱 필름이 마련될 수 있다. 변형예에 있어서, 이러한 보호용 비전도성 플라스틱 필름은 또한 검사 중인 구성요소 상에 배치될 수도 있다. 다른 예에서의 프로브는, 슬라이드, 휠, 그리고 프로브가 구성요소 표면 주위에서 자유롭게 이동하면서도 프로브를 마모로부터 보호하는 것을 가능하게 하는 다른 보호 메커니즘을 포함한다.

코팅된 구성요소의 검사에 의해 생성되는 와전류 이미지는, 구성요소의 표면 상의 크랙과 같은 결함을 결정하기 위해 복수의 이용 가능한 기법 중에서 적절한 방법을 채용함으로써 분석된다(816). 와전류 이미지는 스캔 중에 또는 스캔 이후에 구축되며, 여기서 표면 상의 프로브의 위치는 이미지의 픽셀의 좌표에 대응하며, 강도 및 색상은 대응하는 지점에서의 와전류 신호에 대응한다.

표면 상의 결함 그리고 코팅 아래의 베이스 재료에서의 결함의 존재를 탐지하기 위해, 배경 노이즈를 감소시키기 위한 이미지 처리가 행해질 수 있다. 일례에 있어서, 특정 변동을 제거하기 위해 그리고 전체적인 처리 결과를 개선하기 위해, 수직 방향으로 피크 투 피크(peak-to-peak) 공제가 행해진다. 일례에서의 이미지 처리는 로우 패스 필터링, 밴드 패스 필터링 및 하이 패스 필터링 중 적어도 하나를 포함한다.

검사 하에서의 구성요소의 수리 가능성을 결정하기 위해 그리고 결함이 허용 가능한지 여부를 점검하기 위해, 결함의 심각성이 평가된다(818). 일례에서는, 이러한 결정을 보조하기 위해 결함 맵(defect map)이 구축된다. 일례에서의 허용 가능성 또는 수리 가능성은 필드 테스트 데이터(field test data)와 같은 이력 데이터에 기초하게 된다. 허용 가능성은 길이, 깊이 및 폭과 같은 값의 범위일 수 있다. 역치 작업(threshold operation)은 통상적으로 특정 레벨을 초과하는 신호가 결함으로서 기록될 때 행해진다.

크랙의 심각성이 높으면, 이때 구성요소는 스크레이핑(scrapping; 820)되거나 또는 그렇지 않으면 교체되어야 할 수 있다. 구성요소의 결함이 수리 가능하다면, 고객에 대한 수리 제안과 함께 수리에 관한 비용 평가가 제시된다. 고객으로부터 수리에 대한 승인을 수령한 이후에, 또는 이전의 지시에 기초하여, 구성요소는 서비스 센터로 운송된다. 구성요소의 보호용 코팅은 서비스 센터에서 벗겨지게 되며, 구성요소의 표면 상의 결함이 수리된다(822).

코팅된 구성요소를 검사하는 예시적인 기법의 기술적인 효과는, 고객 위치에서 예시적인 휴대형 자동 와전류 검사 시스템을 이용하여 행해지며, 이에 따라 서비스 센터로의 구성요소의 운송을 회피한다. 구성요소는, 구성요소의 보호용 코팅을 벗겨내지 않은 상태에서 현장에서 검사되며, 이에 따라 검사를 위해 필요한 시간을 단축시킨다. 수리 가능한 결함을 갖는 구성요소는 서비스 센터로 운송되며, 구성요소의 표면 상의 결함을 수리하기 직전에 코팅이 벗겨지게 된다.

스캔의 효율은 본 발명의 시스템의 한 가지 특징이다. 예를 들면, 하나의 터빈에 약 46개의 버킷이 존재하는 경우, 그리고 스캔을 완료하기 위해 버킷 당 약 25분이 소요되는 경우, 이때 버킷 당 몇 분씩만 단축하여도 시험에 있어서의 상당한 수고를 줄일 수 있다.

일례에서의 시스템은 휴대 가능하며, 현장 검사를 위해 원거리의 고객 위치까지 운반될 수 있다. 예시적인 자동 검사는, 긍정 오류(false positive) 및 부정 오류(false negative)를 초래할 수 있는 조작자에 의한 주관적인 결정에 비해 보다 객관적인 결정을 달성하게 된다.

일 실시예에 따르면, 버킷 또는 블래이드는, 이 분야에서 일반적인 디폿 레벨(depot level)의 검사에 비해, 현장에서 로터로부터 제거된다. 버킷은 코팅을 제거하지 않은 상태에서 검사되며, 이는 본 발명의 시스템의 다른 특징이다. 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 제어하기 위해 이동 제어 유닛을 이용하여 구성요소의 와전류 이미지를 획득하기 위한 스캔 계획이 채용된다. 자가 정렬 유닛은 대략 수직 방향으로 프로브가 구성요소의 표면과 일정한 접촉을 유지하도록 하는 데 도움이 된다. 스캔이 행해지고, 처리에 의해 표면 결함 및/또는 코팅 아래의 크랙이 탐지된다. 크랙 및/또는 표면 결함이 상당하면, 버킷은 스크레이핑된다.

크랙 또는 결함이 수리 가능하다면, 구성요소는 수리 제안을 발송하는 수리 과정을 거치게 된다. 이후 부품은 수리점으로 운송 또는 이송되며, 수리점은 코팅의 제거, 구성요소의 수리 및 구성요소의 재코팅을 수반한다. 이러한 방식으로, 오직 코팅을 벗겨낼 필요가 있는 버킷에서만 실제로 코팅이 벗겨지게 된다.

앞서 설명된 모든 목적 또는 장점이 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있어야 할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 예컨대, 당업자라면, 여기에서 설명된 시스템 및 기법은 본 명세서에서 교시 또는 제안될 수 있는 바와 같은 다른 목적 또는 장점을 달성할 필요 없이 본 명세서에서 교시된 바와 같은 일 장점 또는 장점들의 그룹을 달성 또는 개선하는 방식으로 구현 또는 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

단지 제한된 수의 실시예와 관련된 기술을 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 개시된 실시예로 한정되지 않는다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 오히려, 상기 기술은, 앞서 설명되지 않았지만 청구범위의 사상 및 범위에 상응하는 임의의 수의 변동, 변경, 대체 또는 등가의 구성을 포함하도록 변형될 수 있다. 추가적으로, 상기 기술의 다양한 실시예가 설명되어 있지만, 본 발명의 양태는 설명된 실시예 중 단지 일부만을 포함할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 이에 따라, 본 발명은, 이상의 설명으로 한정되는 것으로 이해되어서는 안 되며, 오히려 오직 첨부된 청구범위의 범위에 의해서만 한정된다. 청구범위는 신규한 것으로서, 미국 특허에 의해 보호받고자 하는 것이다.

Claims

휴대용 자동 검사 시스템으로서,
검사될 구성요소를 유지하기 위한 부품 유지부;
상기 부품 유지부에 결합되며, 상기 구성요소를 회전시키는 회전식 액추에이터;
상기 구성요소를 스캔하기 위한 그리고 복수 개의 와전류 신호를 제공하기 위한 와전류 프로브(eddy current probe);
상기 와전류 프로브에 결합되는 자가 정렬 유닛으로서, 상기 구성요소의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 와전류 프로브의 축선을 정렬시키도록 그리고 스캔 중에 구성요소의 상기 표면과의 일정한 접촉을 유지하도록 구성되는 자가 정렬 유닛;
상기 자가 정렬 유닛에 결합되는 선형 액추에이터로서, X 축, Y 축, 및 Z 축을 따라 와전류 프로브를 이동시키는 선형 액추에이터;
상기 선형 액추에이터 및 상기 회전식 액추에이터에 결합되는 이동 제어 유닛으로서, 스캔 계획에 따라 상기 구성요소 주위에서 상기 와전류 프로브를 이동시키기 위해 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 제어하는 이동 제어 유닛
을 포함하고,
상기 자가 정렬 유닛은,
상기 와전류 프로브를 위한 케이싱;
상기 케이싱으로부터 상기 구성요소의 표면으로 연장되는 복수 개의 핀;
상기 와전류 프로브의 일단부와 상기 케이싱 사이에 배치되는 스프링
을 포함하며, 상기 와전류 프로브의 타단부는 상기 구성요소의 표면과 맞닿는 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 와전류 신호로부터 와전류 이미지를 구축하기 위한 처리 유닛
을 더 포함하는 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 이동 제어 유닛은 스캔 계획에 따라 작동하여 회전식 액추에이터 및 선형 액추에이터를 구동하며, 상기 이동 제어 유닛은 스캔 계획에 따라 회전식 액추에이터와 선형 액추에이터의 이동을 동시에 제어하는 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 구성요소는 코팅을 갖는 버킷(bucket)인 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자가 정렬 유닛은, 압력을 제공하여 상기 와전류 프로브와 상기 구성요소의 표면 사이의 접촉을 유지하기 위해 스프링 로딩식 메커니즘을 포함하는 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 자가 정렬 유닛은 와전류 프로브에 피봇 지지를 제공하기 위한 제1 피봇식 포크(pivoting fork) 및 제2 피봇식 포크를 더 포함하는 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 구성요소의 적어도 하나의 에지를 넘는 와전류 프로브의 이동을 가능하게 하기 위해 상기 구성요소의 상기 에지에 결합되는 적어도 하나의 프로브 런아웃 가이드(probe runout guide)
를 더 포함하는 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 와전류 프로브는 상기 구성요소 전체를 스캔하는 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 휴대용 자동 검사 시스템은 키트(kit)로서 포장되어 현장에서 전개(deploy)되는 것인 휴대용 자동 검사 시스템.
자동 현장 검사 방법으로서,
검사될 구성요소를 부품 유지부에 결합시키는 단계;
스캔 계획에 따라 와전류 프로브에 대해 실질적으로 수직하게 정렬되도록 상기 구성요소의 표면을 위치시키기 위해 회전식 액추에이터를 통해 상기 부품 유지부를 회전시키는 단계;
상기 와전류 프로브의 축선이 상기 구성요소의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 위치하게 되도록 하기 위해 자가 정렬 유닛을 통해 상기 와전류 프로브를 정렬시키는 단계;
상기 구성요소의 표면을 스캔하기 위해 적어도 하나의 X 선형 축, Y 선형 축, Z 선형 축을 따라 선형 액추에이터를 통해 와전류 프로브를 이동시키는 단계로서, 상기 와전류 프로브는 상기 구성요소의 복수 개의 스캔 위치 각각에 대해 복수 개의 와전류 신호를 발생시키는 것인 단계;
이동 제어 유닛을 통해 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 정렬시키는 단계는, 상기 와전류 프로브와 케이싱 사이에 배치되는 스프링을 통해 상기 구성요소의 표면을 향해 그리고 상기 구성요소의 표면으로부터 멀리 와전류 프로브를 이동시키는 것을 포함하며, 상기 와전류 프로브는 상기 케이싱 내에 유지되는 것인 자동 현장 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 정렬시키는 단계는, 상기 구성요소의 표면에 대해 상기 자가 정렬 유닛의 복수 개의 레그(leg)를 접촉시키는 것을 포함하는 것인 자동 현장 검사 방법.
삭제
제11항에 있어서, 상기 정렬시키는 단계는, 상기 자가 정렬 유닛의 적어도 하나의 피봇식 포크를 통해, 상기 구성요소의 표면에 대해 와전류 프로브를 회전시키는 것을 포함하는 것인 자동 현장 검사 방법.
제11항에 있어서,
상기 구성요소의 에지에 프로브 가이드를 결합시키는 단계;
상기 구성요소의 에지 너머로 상기 프로브 가이드를 따라 와전류 프로브를 이동시키는 단계
를 더 포함하는 자동 현장 검사 방법.
제11항에 있어서,
상기 구성요소의 코팅 아래의 크랙을 탐지하는 단계
를 더 포함하는 자동 현장 검사 방법.
제11항에 있어서,
복수 개의 와전류 신호를 처리하는 단계;
와전류 이미지를 구축하는 단계
를 더 포함하는 자동 현장 검사 방법.
제17항에 있어서,
로우 패스 필터링, 밴드 패스 필터링, 및 하이 패스 필터링 중 적어도 하나에 의해 상기 와전류 이미지로부터 노이즈(noise)를 제거하는 단계
를 더 포함하는 자동 현장 검사 방법.