KR20150045503A

KR20150045503A - 오프라인 산업용 가스 터빈들 및 다른 발전 기계류의 시각적 검사 및 3ｄ 백색광 스캐닝용 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150045503A
Application number: KR1020157007373A
Authority: KR
Inventors: 클리포드 주니어 해처; 야쿱 젠시; 리차드 해틀리; 안톤 쉬크
Original assignee: 지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-04-28
Also published as: WO2014031957A1; CN104718446B; EP2888577B1; EP2888577A1; CN104718446A; JP2015534046A; EP2888577A4; KR101649103B1

Abstract

가스 또는 증기 터빈들의 내부 구성요소들은 터빈, 예컨대 가스 터빈 연소기 노즐 포트를 통해 삽입되고 위치 설정되는 3D 스캐닝 카메라 검사 시스템에 의해 검사된다. 3D 내부 구성요소 측정들은 스트라이프 프로젝터 및 3D 백색광 매트릭스 카메라에 의해 생성된 투사된 광 패턴들을 이용하여 실행된다. 실시간 입체 정보가 물리적 접촉 없이 모여지며, 이는 스캐닝된 구조들에 대한 오프 라인 엔지니어링 정보를 추출하는 것을 돕는다. 바람직하게는 추가의 시각적 이미지들을 갖는 예시적 3D 스캔들은, 인간 개입에 의해 또는 인간 개입 없이 가스 터빈 연소기 지지 하우징, 연소기 바스켓 및 트랜지션의 가스 경로 측에서 실행된다.

Description

오프라인 산업용 가스 터빈들 및 다른 발전 기계류의 시각적 검사 및 3Ｄ 백색광 스캐닝용 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR VISUAL INSPECTION AND 3D WHITE LIGHT SCANNING OF OFF-LINE INDUSTRIAL GAS TURBINES AND OTHER POWER GENERATION MACHINERY}

동시 계류중인 출원들에 대한 참조

본 출원은 2012년 1월 31일자로 출원되어 일련 번호 13/362,352호가 할당된 발명의 명칭이 "관절 결합식 다축 검사기에 의한 산업용 가스 터빈들 및 다른 발전 기계류의 자동화 광학 검사를 위한 시스템 및 방법(System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Articulated Multi-Axis Inspection Scope)"인 미국 실용 특허 출원의 계속 출원(CIP)이다.

본 출원은 2012년 8월 23일자로 출원되어 일련번호 61/692,409호가 할당된 발명의 명칭이 "시각적 검사 및 계측용 비전 스코프-3D 스캐너 팁(Vision Scope - 3D Scanner Tip for Visual Inspection and Measurement)"인 동시 계류중인 미국 가특허 출원의 이익을 주장하며, 이는 본원에 인용에 의해 포함된다.

본 출원은 또한, 하기 공동 계류중인 미국 특허 출원들의 이익을 주장한다: 2012년 1월 31일자로 출원되어 일련 번호 13/362,417호가 할당된 발명의 명칭이 "산업용 가스 터빈들 및 다른 발전 기계류의 자동화 광학 검사를 위한 시스템 및 방법(System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery)"인 미국 실용 특허 출원; 2012년 1월 31일자로 출원되어 일련 번호 13/362,387호가 할당된 발명의 명칭이 "다축 검사기에 의한 산업용 가스 터빈들 및 다른 발전 기계류의 자동화 광학 검사를 위한 시스템 및 방법(System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Multi-Axis Inspection Scope)"인 동시 계류중인 미국 실용 특허 출원; 차례로, 2012년 8월 23일자로 출원되어 일련 번호 61/692,393호가 할당된 발명의 명칭이 "터빈 블레이드들이 터닝 기어(1 - 1OOO rpm) 상에 있으면서 1열 터빈 블레이드를 검사하기 위해 또한 사용될 수 있는 하이브리드 스코프-터빈 연소기 하드웨어 시각적 검사 툴링(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 - 1OOO rpm))"인 공동 계류중인 미국 가특허 출원의 이익을 주장하는, 2013년 8월 21일자로 지멘스 도켓 번호 2013P09380US와 동반하여 일련 번호 13/971,938호로 출원된 발명의 명칭이 "터닝 기어 모드에 있으면서 산업용 가스 터빈들 및 다른 발전 기계류의 오프 라인 광학 검사를 위한 시스템 및 방법(System And Method For Optical Inspection Of Off-Line Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery While In Turning Gear Mode)"인 동시 계류중인 미국 실용 특허 출원. 상기 인용된 모든 동시 계류중인 인용 출원들은 본원에 인용에 의해 포함된다.

본 발명은, 비제한적인 예시로서 가스 터빈들 및 증기 터빈들 및 발전기들을 포함하는, 산업용 터빈들 및 다른 발전 기계류의 실시간 치수 측정 및 비파괴 내부 검사를 위한 광학 카메라 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 양태들은, 가스 터빈 연소기 노즐 및 트랜지션을 통해 카메라 시계(field of view (FOV))를 수동으로 또는 자동으로 위치 설정하고, 인간의 개입에 의해 또는 인간의 개입 없이 대응하는 연소기 지지 하우징, 연소기 바스켓 및 트랜지션의 가스 경로 측의 3D 입체 데이터, 바람직하게는 추가의 시각적 이미지들을 포착할 수 있는 광학 카메라 검사 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 실시간 치수 측정을 가능케 하며, 이는 스캐닝된 구조들에 대한 오프 라인 엔지니어링 정보 추출을 돕는다. 3차원 피사체 형상 측정은, 스트라이프 프로젝터 및 매트릭스 카메라에 의해 생성된 투사된 광 패턴(light pattern)들을 이용하여 실행된다. 본 발명의 검사기는 3D 백색광 스캐닝 단독으로 또는 시각적 스캐닝과 조합하여 실행되도록 구성될 수 있다. 자동 카메라 위치 설정 및 이미지 포착은 자동적으로 또는 작업자 허락의 수신 후에 개시될 수 있다.

증기 또는 가스 터빈들과 같은 발전 기계류은 종종 계획된 검사 및 보수 주기들을 갖고 종종 연속적으로 작동되며, 이러한 때에 터빈은 중단되고(taken of line) 정지된다(shut down). 예로서, 가스 터빈 엔진은 종종 대략 4,000 시간 동안 연속적으로 전력을 발생하도록 작동될 것이며, 이때 정기적인 보수, 검사 및 검사 동안 확인된 임의의 구성요소들의 수리를 위해 중단된다. 계획된 보수를 위해 가스 터빈을 중단시키고 결과적으로 이를 완전 정지시키는 것은 여러 날(multi-day)이 소요되는 투사(project)이다. 터빈 로터 섹션(turbine rotor section)과 같은 몇몇의 터빈 구성요소들은 1000 ℃(1832 ℉)를 초과하는 온도들에서 작동된다. 터빈은 구성요소의 뒤틀림(warping) 또는 다른 변형의 가능성을 감소시키기 위해서 완전 정지 이전에 주위 온도를 달성하기 위해 48 내지 72 시간의 냉각 시간을 요구한다. 정지 단계(shutdown phase) 동안, 터빈 로터 회전 속도는 대략 3600 RPM의 작동 속도로부터, 보조 구동 모터에 의해 로터가 외부 구동되는 "터닝 기어 모드"에서 대략 120 RPM 또는 그 미만의 속도로 스풀 다운되어, 로터 뒤틀림의 가능성을 감소시킨다. 터빈 하우징(turbine housing)과 같은 다른 터빈 구성요소들은 또한 주위 온도로 천천히 냉각된다.

터빈이 일단 대략 최대 72 시간의 코스에 걸쳐 주위 온도로 냉각되면, 이제 고정(static) 터빈의 내부 구성요소들은 광학 카메라 검사 시스템들에 의해 검사될 수 있다. 공지된 광학 카메라 검사 시스템들은 터빈 주변 주위에 위치된 검사 포트들 안으로 삽입되는 강성 또는 가요성 광 보어 기기(optical bore scope)들을 이용한다. 보어 기기는, 그의 시계(field of view)가 하나 또는 그 초과의 베인(vane)들 또는 블레이드(blade)들, 연소기 바스켓(combustor basket)들 등과 같은 터빈 내의 해당 구역을 포함하도록, 수동으로 위치된다. 보어 기기에 광학적으로 결합된 카메라는 검사자에 의한 원격 시각화 및 (필요하다면) 파일 보관(archeiving)을 위해 시계 내의 해당 피사체(object)들의 이미지들을 포착한다.

주어진 터빈 검사 포트 내의 상이한 해당 구역들의 일련의 상이한 이미지들이 요구된다면, 작업자는 시계와 해당 내부 구역의 요구되는 상대 정렬을 달성하기 위해 카메라 검사 시스템 보어 기기를 수동으로 재위치 설정해야 한다. 상대 정렬은 물리적으로 보어 기기를 이동시킴으로써 달성될 수 있어서 그의 시야 포트(viewing port)는 해당 고정 구역의 가까이에 위치된다. 고정 터빈 구성요소와 보어 기기의 이러한 상대 이동의 예들은 고정 연소기 내의 상이한 배향들로의 또는 터빈 섹션 내의 베인과 블레이드 열(row) 사이의 공간의 내외로(in and out of)의 방사상으로의 보어 기기의 삽입에 의한 것이다. 상대 정렬은 보어 기기 시야 포트를 고정 위치로 유지하고 해당 터빈 내부 구성요소를 고정 시계 안으로 이동시킴으로써 또한 달성될 수 있다. 고정 보어 기기와 터빈 내부 구성요소의 상대 이동의 예는 터빈 로터를 순차적으로(sequentially) 몇도 수동으로 회전시키고 블레이드의 이미지를 포착하는 것에 의한 블레이드 열 내의 상이한 블레이드들의 검사이다. 로터는 카메라 시계 내에 열 내의 각각의 요구되는 개별 블레이드를 정렬시키기 위해 순서대로 회전된다.

완전한 터빈 검사는 인간 검사자에 의한 카메라 검사 시스템 시야 포트와 터빈 내의 해당 구역들 사이의 다중 수동 상대 재위치 설정 시퀀스들을 필요로 한다. 검사 품질 및 생산성은 검사자 및 검사 팀의 검사 및 조작 스킬들에 따른다. 검사 장치 위치 설정은 가스 터빈 내의 구성요소들 사이의 복잡한 조작 경로들로 인해 어렵다. 예컨대, 제 1 열의 베인들의 리딩 에지(leading edge) 또는 관련 지지부들을 검사하기 위해 연소기 검사 포트를 통한 보어 기기의 삽입은 복합 조작들을 필요로 한다. 터빈 내의 검사 장치의 부적절한 위치 설정은 잠재적으로 터빈 내부 구성요소들을 손상시킬 수 있다. 종종 다수의 작업자들의 검사 팀은 공지된 검사 방법들 및 장치를 사용하는 수동 검사를 수행할 필요가 있다. 요컨대, 공지된 수동 카메라 검사 과정들 및 검사 시스템 조작은 시간 소비적이고, 본질적으로 반복적이며, 종종 다수의 인원의 검사 팀의 보조를 필요로 한다. 공지된 수동 카메라 검사 과정들 및 검사 시스템 조작을 위해 필요한 "인적 요소(human factor)"는 인간의 스킬 레벨 차이들에 기초하여 바람직하지 않은 검사 프로세스 편차들을 유도한다. 주어진 인간 스킬 편차들로 인해, 몇몇의 검사 팀들은 다른 팀들보다 더 적은 시간에 검사들을 완료할 수 있고 더 양호한 이미지 품질을 달성하며 더 낮은 검사 손상 위험을 갖는다. 이상적으로 높은 성능의 검사 팀의 스킬들이 모든 팀들에 의해 사용을 위해 포착될 수 있다.

또한, 오프-라인 엔지니어링 연구들에 유용한 구조 정보의 추출을 위한 산업용 가스 터빈 검사 내에서 가스 사이드 내부 구조들을 포함하는, 가스 또는 증기 터빈들에 대한 치수 정보를 획득하는 것이 요망된다. 예컨대, 가스 터빈의 가스 사이드 내에서 가스 사이드 연소기 및 트랜지션 컴포넌트들에 대한 구조 정보를 획득하며, 엔지니어링 데이터 파일들이 입수가능하지 않을 때 CAD 또는 다른 컴퓨터 이미지들을 생성하는 것이 요망된다. 이전의 구조 정보는 쿨 다운 사이클의 완료 후에 터빈을 분해하고(tearing down) 이후에 좌표 측정 시스템들과 같은 측정 도구들에 의해 컴포넌트들을 물리적으로 검사함으로써 얻어졌다. 이후, 물리적 측정 데이터는 엔진 쿨 다운 이후에 CAD 또는 다른 데이터 파일들을 길게 구축(construct)하기 위해 사용되었으며, 이에 의해 보수 스케줄에 지연을 추가한다.

터빈을 분해하기 이전에 이러한 구조 데이터를 모음으로써, 교체(replacement) 구성요소들이 엔진 분해 후의 시각적 및/또는 물리적 검사를 위한 대기시간보다 오히려 보수 작업들의 시작과 병행하여 주문 또는 제작될 수 있음이 바람직하다. 터빈 내부 구성요소들의 입체 데이터(바람직하게는 시각적 데이터를 가짐)가 쿨 다운 사이클(예컨대, 로터가 쿨 다운 사이클의 긴 터닝 기어 모드 파트에서 스피닝할 때)의 가능한 가장 이른 단계들에서 조기에 그리고 쉽게 얻어질 수 있다면, 수리를 요하는 구성요소들은 터빈 로터가 테스트 완료되기 이전에 교체, 개장 및/또는 다른 수리 일(day)들 동안 우선적으로 처리될 수 있다(prioritized).

비제한적인 예시로서 증기 또는 가스 터빈들 및 발전기들을 포함하는, 발전 기계류에 대한 비파괴 내부 검사를 실행하고 내부 치수 정보를 수집하는데 필요한 전체 시간을 내부 구성요소들의 해체(dismantling) 및 물리적 측정을 필요로 하는 공지된 검사 장치 및 방법들에 의해 달성될 수 있는 것보다 감소시켜서, 상기 발전기관이 보수 사이클들 동안 더 신속하게 발전을 재개하기 위해 다시 작동 상태가 될 수 있는 광학 카메라 검사 시스템들 및 방법들에 대한 요구가 당 업계에 존재한다.

비제한적인 예시로서 증기 또는 가스 터빈들 및 발전기들을 포함하는 발전 기계류 내에 검사 장치를 공지된 수동 검사 및 구성요소 물리적 치수 측정 장치 및 방법들에 의해 달성되는 것보다, 기계 내부 구성요소에 대한 손상의 최소화된 위험, 높은 이미지 품질, 비물리적인 치수 측정 및 더 신속한 검사 사이클링 시간으로 개별 기계의 검사 사이클 내에서 또는 다수의 상이한 기계들의 검사 사이클들 내에서 일관되고 반복적으로 위치 설정할 수 있는 광학 카메라 검사 시스템들 및 방법들에 대한 다른 요구가 당 업계에 존재한다.

상이한 검사 팀들 중에서 검사 스킬 레벨 및 생산성을 동일화하는데 도움을 주는 광학 카메라 검사 시스템들 및 방법들에 대한 또 다른 요구가 업계에 존재한다.

사람의 개입에 의해 또는 사람의 개입 없이 증기 또는 가스 터빈 내부 구성요소들, 예컨대 대응하는 연소기 지지 하우징, 연소기 바스켓 및 가스 터빈 엔진에서의 트랜지션의 3D 입체 데이터를 포착할 수 있는 카메라 검사 시스템에 대해 당 업계에서 추가 요구가 존재한다. 이상적으로 요구되는 시스템은, 실시간 치수 측정을 가능케 하며, 이는 스캐닝된 구조들에 대한 오프-라인(off-line) 엔지니어링 정보를 추출하는 것을 돕는다. 바람직하게는, 요구되는 시스템은, 치수 정보의 추출을 용이하게 하는 한편, 터빈은 유지 보수 이전에 쿨 다운 모드에 있으며, 또한 다른 시각적(visual) 검사 정보의 수집을 용이하게 한다.

따라서, 본 발명의 잠재적 목적들(이들을 함께 또는 이들 중 수개)은 사람의 개입에 의해 또는 사람의 개입 없이 증기 또는 가스 터빈 내부 구성요소들, 예컨대 대응하는 연소기 지지 하우징, 연소기 바스켓 및 가스 터빈 엔진에서의 트랜지션의 3D 입체 데이터를 포착할 수 있는 발전 기계류(비제한적인 예시들로서, 증기 또는 가스 터빈들 및 발전기들을 포함함)용 광학 카메라 검사 시스템들 및 방법들을 만드는 것이다. 일부 실시예들에서, 요구되는 시스템은 실시간 치수 측정을 가능케 하며, 이는 스캐닝된 구조들에 대한 오프-라인 엔지니어링 정보를 추출하는 것을 돕는다. 일부 실시예들에서, 요구되는 시스템은, 치수 정보의 추출을 용이하게 하는 한편, 터빈은 유지 보수 이전에 쿨 다운 모드에 있으며, 또한 다른 시각적(visual) 검사 정보의 수집을 용이하게 한다.

가스 및 증기 터빈들 또는 발전기들과 같은 발전 기계류의 내부 구성요소들은 인간 개입 없이 미리 지정된 안내 경로를 따라 기관 내의 해당 구역들로 3D 스캐너 카메라 및 다른 시스템 카메라들 각각의 카메라 시계(FOV)를 자동적으로 위치 설정 하고 3D 및/또는 시각적 이미지들을 포착할 수 있는 광학 카메라 검사 시스템에 의해 검사된다. 자동 카메라 위치 설정 및 이미지 포착은 자동적으로 또는 작업자 허락의 수신 후에 개시될 수 있다. 미리 지정된 안내 경로는 전력 기계 또는 동일한 타입의 유사한 기계 내의 검사기의 작업자 수동 위치 설정, 및 나중의 반복(replication)을 위한 위치 설정 단계들의 시퀀스의 기록에 의해 규정될 수 있다. 안내 경로는 가상 시뮬레이션(virtual simulation)에 의해 또한 규정될 수 있다.

이들 및 다른 목적들은 가스 또는 증기 터빈의 내부 검사를 위한 시스템에 의해 본 발명에 따라 성취된다. 검사기의 본 발명에 따른 실시예들에서, 베이스는 오프 라인 가스 터빈 연소 섹션에 부착되며, 검사기는 연소기 파일럿 노즐 포트를 통해, 트랜지션을 통해 삽입되고, 검사기 카메라 헤드에 부착된 3D 스캐너 카메라 시계 및 임의의 다른 시각적 검사 카메라들은 연소기 및 트랜지션을 포함하는 가스 사이드 연소 섹션 내부 구성요소들의 이미지들을 포착하도록 배향된다.

본 발명의 일 실시예는 터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사를 위한 시스템을 특징으로 한다. 시스템은 터빈 검사 포트에 부착을 위한 베이스를 포함한다. 연장가능한 기다란 바디를 갖는 검사기는 중심 축을 규정하고, 베이스에 회전식으로 커플링되는 선단부를 갖는다. 검사기는 또한 터빈 검사 포트 내에 삽입을 위한 말단부를 갖는다. 이 시스템은 중심 축을 규정하며, 터빈 검사 포트 내에 삽입을 위한 카메라 하우징을 갖는다. 하우징은, 검사기 말단부에 커플링되는 선단부 및 하우징 말단부를 갖는다. 하우징에는, 터빈 내측 내에서 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역(band)을 투사하기 위한 스트라이프 프로젝터, 및 검사 표면 상에 투사되었던 반사된 광자들의 이미지들을 포착하기 위한 광학 경로를 갖는 매트릭스 카메라를 갖는 구조화된 광 3D 스캐너가 커플링된다.

본 발명의 다른 실시예는, 터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사를 위한 시스템을 특징으로 한다. 시스템은 터빈 검사 포트에 부착을 위한 베이스를 포함한다. 연장가능한 기다란 바디를 갖는 검사기는 중심 축을 규정하고, 베이스에 회전식으로 커플링되는 선단부를 갖는다. 검사기는 또한 터빈 검사 포트 내에 삽입을 위한 말단부를 갖는다. 제 1 관절 결합 조인트는 검사기 말단부에 회전식으로 커플링되는 제 1 관절 결합 선단부를 갖는다. 제 1 관절 결합 조인트는 검사기 바디 중심 축에 대해 선택적인 회전이 가능하다. 제 1 관절 결합 조인트는, 또한 검사기 바디 중심 축에 대해 반경 방향 변위를 가능케 하는 제 1 관절 결합 조인트 말단부를 갖는다. 중심 축을 한정하는 카메라 하우징은, 터빈 검사 포트 내에 삽입가능하고, 제 1 관절 결합 조인트 말단부에 커플링되는 선단부를 가지며 카메라 하우징 말단부를 규정한다. 하우징은, 터빈 내측 내에서 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역(band)을 투사하기 위한 스트라이프 프로젝터, 및 검사 표면 상에 투사되었던 반사된 광자들의 이미지들을 포착하기 위한 광학 경로를 갖는 매트릭스 카메라를 갖는 구조화된 광 3D 스캐너를 포함한다. 제 1 카메라는, 카메라 하우징에 커플링되며, 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 평행한 제 1 카메라 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있다. 제 2 카메라는, 또한 카메라 하우징에 커플링되며, 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 측방향으로 정렬된 제 2 카메라 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있다. 이 시스템은, 제 1 관절 결합 조인트에 커플링되는 검사기 중심 축에 반경 방향으로 그리고 평행하게 카메라 하우징 중심 축에 관절 결합하기 위한 제 1 관절 결합 구동부를 갖는다. 이 시스템은, 또한 제 1 관절 결합 구동부, 구조적 광 3D 스캐너, 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 커플링되며, 해당 내부 표면에 대해 터빈 내에서 안내 경로를 따라 각각의 카메라 광학 경로들 및 검사기를 위치 설정하고 내부 표면의 각각의 카메라 이미지들을 선택적으로 포착하기 위한 제어 시스템을 포함한다.

본 발명의 또다른 실시예는, 터빈의 내부 치수 측정 검사를 실행하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 터빈 검사 포트로의 부착을 위한 베이스; 및 중심 축을 한정하는 연장가능한 기다란 바디를 갖는 검사기, 상기 베이스에 커플링되는 선단부 및 터빈 검사 포트 내에 삽입을 위한 말단부를 포함하는 3D(3차원) 스캐닝 시스템에 의해 실행된다. 이 방법을 실행하기 위해서 사용된 시스템은, 터빈 검사 포트 내에 삽입을 위해서 중심 축을 규정하고 검사기 말단부에 커플링되는 선단부를 갖는 카메라 하우징 및 구조화된 광 3D 스캐너를 포함한다. 3D 스캐너는, 터빈 내측 내에서 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역(band)을 투사하기 위한 스트라이프 프로젝터, 및 검사 표면 상에 투사되었던 반사된 광자들의 이미지들을 포착하기 위한 광학 경로를 갖는 매트릭스 카메라를 포함한다. 이 방법은 터빈 검사 포트에 베이스를 부착함으로써 스캐닝 시스템에 의해 실행된다. 검사기 및 카메라 하우징은 삽입 포트 내로 삽입된다. 터빈은 안내 경로를 따라 검사기 및 카메라 하우징을 위치설정하고, 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역을 투사하며, 검사 표면의 매트릭스 카메라 이미지들을 포착함으로써 검사된다. 검사된 터빈의 내부 치수 측정들은 매트릭스 카메라 이미지들에 의해 판정된다.

본 발명의 목적들 및 특징들은 당업자에 의해 임의의 조합 또는 하위 조합(sub-combination)으로 연관되어 또는 각기 적용될 수 있다.

본 발명의 교시들은 첨부된 도면들과 관련한 이후의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 그의 연소 섹션을 포함하는 공지된 가스 터빈의 부분 개략 횡단면도이고;
도 2는 연소기 노즐 포트 내로의 본 발명에서 설명된 광학 카메라 검사 시스템의 부분 삽입을 도시하는 공지된 가스 터빈의 부분 개략 횡단면도이며;
도 3은 도 2의 광학 카메라 검사 시스템에 의해 연소기 내부 구성요소들의 검사를 수행하는 공지된 가스 터빈의 부분 개략 횡단면도이고;
도 4는 본 발명의 3D 스캐닝 검사 시스템에 의해 트랜지션 구성요소 치수들의 3D 스캐닝 검사를 수행하는 공지된 가스 터빈의 부분 개략 횡단면도이며;
도 5는 이용 가능한 운동 자유도(Ω, T, Φ, E 및 θ)들을 도시하는, 도 2의 실시예의 광학 카메라 검사 시스템의 사시 개략도이고;
도 6은 도 2의 접힌 삽입 위치에서, 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 사시 개략도이며;
도 7은 도 3의 잠금된 검사 위치에서, 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 사시 개략도이고;
도 8은 운동 자유도(Ω 및 T)들을 도시하는, 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 연장 튜브 메커니즘 부분(extension tube mechanism portion)의 사시 개략도이며;
도 9는 터빈 검사 포트에 부착되는 본 발명의 어댑터 링(adapter ring)의 개략적인 사시도이고,
도 10은 운동 자유도(Φ 및 θ)들을 도시하는, 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 카메라 헤드 관절 결합 및 회전 (팬; pan) 메커니즘의 개략적인 입면도이며;
도 11은 도 10의 카메라 헤드 관절 결합 및 회전 (팬) 메커니즘의 개략적인 평면도이고;
도 12는 운동 자유도(E)를 도시하는, 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 카메라 헤드 연장 메커니즘의 개략적인 입면도이며;
도 13은 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 카메라 헤드의 개략적인 사시도이고;
도 14는 도 5의 광학 카메라 검사 시스템의 카메라 헤드의 개략적인 분해 사시도이며;
도 15는 도 14의 카메라 헤드의 개략적인 부분 조립 사시도이고;
도 16은 도 5의 광학 카메라 검사 시스템을 위한 콘트롤 박스 및 제어 시스템의 블록도이며;
도 17은 본 발명에 설명된 검사 시스템의 작업자 원격 감시(monitoring) 및 제어를 위한 태블릿 컴퓨터(tablet computer) 인간 기계 인터페이스(human machine interface; HMI)의 실시예의 사시 개략도이고;
도 18은 각각의 검사 포트들의 2 개의 별개의 터빈 섹션 열들 안으로의 본 발명에 설명된 다른 광학 카메라 검사 시스템 실시예의 삽입을 도시하는 공지된 가스 터빈의 부분 개략 횡단면도이며;
도 19는 이용 가능한 운동 자유도(T, θ 및 Φ)들을 도시하는, 도 18의 광학 카메라 검사 시스템 실시예의 사시 입면도이고;
도 20은 도 18의 검사 시스템에 대한 운동 자유도(Φ)를 위한 스윙 프리즘 관절 결합 메커니즘(swing prism articulation mechanism)의 입면도이며;
도 21은 본 발명의 검사 시스템에 의해 수행된 비접촉 3D 치수 스캐닝의 작동 원리들을 도시하는 개략적 사시도이고;
도 22는 본 발명의 비접촉 3D 치수 스캐닝 검사 시스템의 카메라 헤드의 운동의 범위의 사시도이며;
도 23은 도 22의 검사 시스템의 카메라 헤드 관절 결합 조인트 메커니즘의 개략적 분해도이고;
도 24는 도 22의 검사 시스템의 카메라 헤드 말단 팁(distal tip)의 개략적 입면도이며;
도 25는 도 22의 검사 시스템의 카메라 헤드의 개략적인 축방향 부분 단면도이고;
도 26은 도 22의 광학 카메라 검사 시스템을 위한 콘트롤 박스 및 제어 시스템의 블록도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 동일한 참조 부호들은 가능하다면 도면들에서 공통인 동일한 요소들을 지정하는데 사용되었다.

하기 설명을 고려한 후에, 당업자는 본 발명의 교시들이 예컨대 가스 터빈 연소기 노즐 포트를 통해 터빈 내에 삽입되고 위치되는 3D 스캐닝 카메라 검사 시스템에 의해 가스 또는 증기 터빈들의 내부 구성요소들의 검사를 위해서 쉽게 활용될 수 있다는 것을 명백하게 깨달을 것이다. 3D 내부 구성요소 측정들은, 스트라이프 프로젝터(stripe projector) 및 3D 백색광 매트릭스 카메라(white light matrix camera)에 의해 생성된 투사된 광 패턴들을 사용하여 실행된다. 실시간 치수 정보는, 물리적 없이 수집되며, 이는 스캐닝된 구조들에 대한 오프-라인(off-line) 엔지니어링 정보를 추출하는 것을 돕는다. 바람직하게는 추가의 시각적 이미지들을 갖는 예시적 3D 스캔들은, 인간의 개입에 의해 또는 인간의 개입 없이 가스 터빈 연소기 지지 하우징, 연소기 바스켓 및 트랜지션의 가스 경로 측에서 실행된다. 바람직하게는, 가스 및 증기 터빈들의 내부 구성요소들은, 또한 3D 스캐너에 선택적으로 포함된 광학 카메라 검사 시스템에서 시각적으로 검사될 수 있다. 본 발명의 시스템은, 선택적으로, 인간 개입에 의해 또는 인간 개입 없이 미리 지정된 안내 경로를 따라 터빈 내의 해당 구역들로 각각의 카메라 시계(FOV)를 자동적으로 또는 수동적으로 위치 설정하고 이미지들을 포착할 수 있다. 상기 카메라 위치 설정 및 이미지 포착은 자동적으로 또는 작동자의 허락 수신 후에 개시될 수 있다. 검사 시스템은, 가스 터빈 엔진 연소기 노즐 억세스 포트, 연소기 및 트랜지션 또는 터빈들의 많은 유형의 내부 구성요소들을 통해 삽입될 수 있는 광학 카메라를 갖는 관절 결합식 다축 검사기를 포함한다.

일부 실시예들에서, 광학 카메라 검사 시스템은 인간 개입 없이 기관 내의 해당 구역들로 각각의 3D 및 광학 카메라 시계(FOV)를 자동적으로 위치 설정하고 이미지들을 포착 가능하다. 자동 카메라 위치 설정 및 이미지 포착은 자동적으로 또는 작동자의 허락 수신 후에 개시될 수 있다. 대안적으로, 시스템은 "수동" 모드에서 인간에 의해 작동될 수 있다.

카메라 검사 시스템 개요

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들은 연소 섹션 연소기들 및 트랜지션(34)들을 포함하는 가스 터빈(30) 내부 구성요소들의 자동 오프 라인 원격 3D 치수 스캐닝 및 선택적인 시각적 검사를 용이하게 한다. 도 2 내지 도 4 및 도 21 내지 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 검사 시스템의 실시예들은 연소기 노즐 포트(36)와 같은 터빈 검사 포트들에 원격 가동되는 3D 스캐너 및 선택적인 카메라 검사기 탐침(60)들을 부착시키고, 예컨대 트랜지션 구성요소 내부 표면(37)의 시각적 및/또는 3D 스캐닝 데이터를 획득함으로써 완전히 주위 온도로 냉각되지 않은 터빈들의 오프 라인 검사를 가능하게 한다. 부착 시에 검사기 탐침(60)들은 운동 제어 시스템의 명령하에 있는 내부 운동 제어 서보 모터들을 통하여 선택적으로 (작업자에 의해 수동적으로 또는 작업자 없이 자동적으로) 위치된다. 3 개의 입체 스캔 및 선택적인 시각적 이미지 데이터가 획득되고 포착되며, 요구된다면 추가의 분석을 위해 파일 보관된다(archived).

관절 결합식 검사기

도 2 내지 도 4는 검사 포트로서 기능하는 연소기 노즐 포트(36) 안으로의 관절 결합식 검사기 실시예(60)의 삽입에 의한(도 2) 오프 라인 가스 터빈의 검사를 도시한다. 가스 터빈 설비의 한계들에 대한 검사기(60)의 조종 여유(maneuvering clearance)를 위해, 검사기(60)는 접이식 너클(folding knuckle)을 가져서, 이 검사기가 기다란 검사기인 한, 일반적으로 L 형상 프로파일로 대략 절반이 접혀질 수 있다. 일단 검사기(60)가 검사 포트(36) 내에 위치되면, 너클은 도 3 에 도시된 것과 같이 똑바르게 된다(straightened). 검사기(60)가 검사 포트(36)에 부착된 후에, 이 검사기는 회전함으로써 그리고 그 검사기의 카메라 헤드를 연장함으로써 연소기 및 트랜지션 내부 구성요소들을 검사하는데 이용될 수 있다. 도 4 에서는, 후속하여 도 21 내지 도 26을 참조하여 본원에서 보다 상세히 설명되는 3D 스캐닝 시스템 실시예 검사기(60)가 더 연장되고 그의 카메라 헤드가 관절 결합될 때, 연소 섹션 트렌지션 내부 표면(37)의 입체 데이터 및 선택적인 이미지들이 획득될 수 있다.

도 5를 참조하면, 검사기(60)는 3 개의 주요 구성요소 섹션들을 가지며: 이들은 연장 튜브 섹션(62)(도 5 내지 도 9 참조); 모터 캔(motor can; 64)(도 5, 도 10 내지 도 12 참조); 그리고 이하의 5 개의 운동 자유도를 수행할 수 있는 카메라 팁(66) 또는 헤드(도 5, 도 12 내지 도 15 및 도 22 내지 도 25 참조)이다.

Ω - 총 회전(gross rotation);

T - 신축 자재식 연장(telescoping extension);

Φ - 카메라 헤드 관절 결합;

E - 카메라 헤드 팁 연장; 및

θ - 카메라 헤드 회전/팬.

연장 튜브 섹션(62)은 연소기 노즐 포트(36)와 같은 검사 포트에 부착되는 장착 튜브(70) 및 장착 칼라(mounting collar; 72)를 갖는다. 모터 하우징(74)은 장착 칼라(72)로부터 멀리 있는 장착 튜브(70)의 대향 단부에 부착되고 운동 자유도(Ω 및 T)를 수행하는데 필요한 서보 모터들을 수납한다. 3 개의 신축 자재식 튜브(75 내지 77)들이 T 방향 운동을 제공하기 위해 장착 튜브(70) 안으로 포개진다.

도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이, 스프링 부하식 잠금 너클(80)은 전체 검사기(60)가 도 2에 도시되고 상기에 설명된 것과 같이, 터빈(30)에 대한 콤팩트한(compact) 조종(maneuvering)을 위해 접혀지는 것을 가능하게 한다. 잠금 슬리브(77A)가 신축 자재식 튜브(77) 위에서 미끄러지며 검사기(60)가 도 7에 도시된 것과 같이 그의 잠금된 검사 위치에 있을 때 내부에서 너클(80)을 제약한다.

도 5에 도시된 것과 같이, 모터 캔(64)은 운동 자유도(Φ), 카메라 헤드 신축 자재식 연장부(84, 86)들을 통하여 카메라 헤드(66) 헤드 연장부 운동(E) 및 카메라 헤드(88) 회전/팬 운동 자유도(θ)를 제공하는 모터식 관절 결합 조인트(82)를 위치시키는데 필요한 서보 모터들을 수납한다. 카메라 헤드(88)는 각각의 축방향 및 측방향 시계(FOV)들을 위한 카메라 포트(90, 92)들을 포함한다.

도 8은 회전 허브(100) 내의 2 개의 동축으로 놓이고(nested), 독립적으로 구동되는 대직경 및 소직경의 기어들을 도시하는 모터 하우징(74)의 상세도이다. 회전 구동 기어(102)는 회전 허브(100)에서 더 큰 직경의 기어를 회전시킴으로써 Ω 운동을 실행시키기 위해, 회전 서보 모터(104)에 의해 구동된다. 신축 자재식 연장 구동 스크류(106)는 회전 허브(100) 내에서 더 작은 직경 기어에 단단하게 커플링되고 차례로 연장 구동 기어(108)와 맞물린다. 연장 서보 모터(110)는 회전 허브(100) 내에서 더 작은 직경을 회전시킴으로써 T 운동의 실행을 담당한다. 장착 칼라(72)는 어댑터 링(112)에 부착되고, 즉, 차례대로 연소기 노즐 검사 포트(36)와 같은 검사 포트에 부착된다. 도 9에 도시된 것과 같이, 어댑터 링은 장착 칼라(72) 내의 정합(mating) 내부 나사산들과 맞물리는 복수의 둘레 나사산(114)들을 포함한다. 어댑터 링(112)은 테이퍼형 헤드 머신 스크류(118)들의 수용을 위해 장착 홀(116)들을 갖는다. 스크류(118)들은 어댑터 링(112) 내에 감금식으로(captively) 장착될 수 있다. 어댑터 링의 다른 구성들 또는 검사기를 검사 포트에 부착하는 베이스의 다른 형태들이 어댑터 링(112)을 대체할 수 있다.

도 10을 참조하면, 모터 캔(64)은 한 쌍의 이격된 귀-형(ear-like) 모터 캔 피봇(122)들이 구비된 모터 캔 하우징(120)을 갖는다. 관절 결합 운동 서보 모터(124)는 구동 스크류(126)를 회전시키며 이는 카메라 피봇팅 허브(128)를 티핑(tipping)함으로써 Φ 관절 결합 운동을 부여한다. 티핑(tipping) 운동 축(132)은 모터 캔 피봇(122)에 회전식으로 커플링되는 카메라 허브 피봇(130) 사이에 설정된다. 오프셋 링크(133)는 구동 스크류(126)에 커플링되고 선형 운동을 티핑 운동 축(132)을 중심으로 하는 회전 운동으로 전환한다.

또한, 모터 캔 하우징(120)은 도 11에 도시된 것과 같이 카메라 헤드(66) 상에 θ 운동 자유도를 부여하는 카메라 팬/회전 서보 모터(134)를 포함한다. 서보 모터(134)는 베벨 기어 트레인(136)을 구동하며, 이는 차례로 회전 허브(129)를 회전시키기 위해, 카메라 피봇팅 허브(128) 내에서 회전식으로 포착되는 피동(driven) 베벨 기어를 차례로 포함한다. 회전 허브(129)는 카메라 헤드 신축 자재식 연장부(84)에 단단하게 커플링된다. 카메라 선단 신축 자재식 연장부(84 및 86)들은, 차례로 선형 구동 스크류(142)와 맞물리는 연장 서보 모터(140)에 의해 E 운동 자유도로 연장되고 수축된다. 선형 구동 스크류(142)는 구동 풀리(144)를 포함하며, 그 위로 장력을 갖는(tensioned) 케이블(146)이 지나간다. 슬레이브 풀리(slave pulley; 148)가 카메라 헤드(88)에 부착되고 또한 케이블(146)에 커플링된다. 코일 스프링(150)은 카메라 헤드(88)와 회전 허브(129) 사이에 끼워지고, 이들을 서로 멀어지도록 편향시키며, 이에 의해 케이블(146)에 장력을 부여한다(tensioning). 연장 서보 모터(140)에 의한 구동 스크류(142)의 선택적인 병진 운동은 카메라 헤드(88)를 도면에서 좌측 및 우측으로 이동시키는 것(운동 E)이 뒤따른다.

도 13 내지 도 15는 카메라 헤드 하우징(152) 및 선택적으로 제거 가능한 커버(154)를 구비한 클램쉘(clamshell) 구조를 갖는 카메라 헤드(88)를 도시한다. 카메라(156)는 카메라 헤드(88)의 중앙 축을 따라 연장하는 "카메라 1" 포트(90)를 통하는 시계(FOV)를 갖는다. 카메라(158)는 카메라 헤드(88)의 중앙 축에 측방향으로 또는 수직으로 연장하는 "카메라 2" 포트(92)를 통하는 시계(FOV)를 갖는다. 카메라(156)는 프리즘(160)을 통하여 그의 이미지를 발생시킨다. 카메라(156, 158)들은 개인용 컴퓨터들과 일상적으로 사용되는 타입의 공지된 오토-포커싱(auto-focusing) USB 카메라들이다. 발광 다이오드(LED; 162 및 164)들은 발전 기계류의 내부 검사 동안 카메라(156, 158)들을 위한 조명을 제공한다. 상이한 해상도(resolution) 및 포커스(focus) 특징들을 갖는 하나 또는 두 개의 카메라들이 오토 포커싱 USB 카메라들을 위해 대체될 수 있다. 유사하게, 카메라 헤드 조명 시스템은 비제한적인 예시를 통해, 정상 상태 또는 스트로브 조명, 가변적이거나 흐릿하게 할 수 있는 강도 출력들을 포함하는 소망하는 출력 강도 또는 다른 특징들의 다른 조명원들 또는 LED들을 적용할 수 있다.

3차원 스캐닝 카메라 검사기

본 발명에서, 3D 스캐닝 카메라 검사기(60)는 물리접 접촉 없이, 터빈 내의 내부 구성요소, 이를 테면 가스 터빈 트랜지션(37)의 3D 형상을 측정한다. 도 21을 참조하면, ａｕｘｖ 픽셀 매트릭스를 갖는 스캐닝 카메라(310) 및 투사된 스트라이프(302)들의 2 차원 어레이 S_N을 갖는 스트라이프 프로젝터(301)에 의해 발생된 투사된 광 패턴들의 공지된 원리들을 적용함으로써, 3D 스캐너(300)에 의해 구성요소 형상 측정이 실행된다. 입체 형상(dimensional shpae)을 갖는 표면, 이를 테면 트랜지션(37) 상으로 프로젝터(301)에 의한 협대역의 광(light)S_N을 투사하는 것은, 프로젝터(301)의 시각과 다른 시각(perspectives)으로부터 왜곡되어(distorted) 나타나는 조명 라인(303)을 발생시킨다. 예컨대, 조명 라인(303)은 트랜지션(37)의 형상 표면 상에 피사체 픽셀(304)을 조명시키고, 그의 반사(reflection)가 카메라 픽셀(312)로서 매트릭스 카메라(310)에 의해 포착된다. 반사를 포착하는 대응하는 일련의 카메라 픽셀들이 표면 형상의 정확한 기하학적 재구축을 위해 사용되며, 공지된 상업적으로 입수가능한 하드웨어 및 재구축 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다. 예컨대, 도 21에서, 조명 라인(303)을 따라 피사체 픽셀(304)들의 라인의 3D 형상은, 카메라 픽셀(312)들의 대응하는 포착된 이미지의 위치들, 삼각측량 베이스 거리(triangulation base distance)(B) 및 광학 경로(O.P.)를 따른 입사 및 반사각(α)에 의해 판정된다.

본 발명의 3D 스캐닝 카메라 검사기는 도 10 내지 도 15에서 이전에 설명된 모터 캔(64), 팁 또는 헤드(66) 및 관절결합 조인트(82)(구동장치와 연관됨)를 도 22 내지 도 25에 도시된 대안의 예시적 실시예의 모터 캔(64'), 카메라 팁 또는 헤드(66') 및 관절결합 조인트(82')(구동장치와 연관됨)로 대체한다. 카메라 헤드(66')는 카메라 허브(128')에 커플링되며, 이는 관절결합 조인트(82')의 말단부를 형성한다. 카메라 허브(128')는 조인트(130')에서 한 쌍의 팰러렐 링크(131')들의 개별 말단부들에 선회 커플링된다. 링크(131')들의 선단부들은, 모터 캔(64') 및 카메라 팁 또는 헤드(66')의 기계적 커플링을 위한 모터 캔 피벗(122')들에 선회식으로 커플링된다.

아치형(arcuate)) 운동(

)의 범위를 구동시키기 위해서, 관절 결합 조인트(82')의 상류의 모터 캔(64') 및 이전에 설명된 검사기 시스템 튜브 섹션(62) 구성요소들의 수정된 버전이 대안의 실시예의 카메라 헤드(66')에 의해 활용되며, 이는 도 23에서 분해도로 도시된다. 모터(124')는 구동 장치 스크류(126')를 회전시킨다. 크랭크 조립체(127')는 구동장치 스크류(126') 회전 운동을 아치형 운동(

)으로 전환한다. 크랭크 조립체(127')의 말단 팁은, 오프셋 링크(133')의 선단부에 회전식으로 커플링된다. 오프셋 링크(133')의 말단부는 카메라 허브(128')에 선회식으로 커플링된다. 모터 캔(64') 및 카메라 헤드(66')에 대한 팰러렐 링크(131')들, 오프셋 링크(133')의 운동학적 기하학 형상 및 이들 각각의 상대적 선회 연결 위치(122', 130' 및 133'')는, 양 중심 축들이 아치형 운동(

)의 범위 전체를 통해 서로 평행하게 유지되도록 선택되는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 운동학적 기하학 형상들이 활용될 수 있다.

도 22 내지 도 25는 카메라 허브(128'), 다른 하우징(88') 및 말단 팁(89')을 포함하는 카메라 헤드(66')를 도시한다. 전방의 시각적 검사 카메라(156')는 카메라 헤드(66')의 중심 축을 따라 연장하는 "카메라 1" 포트(90')를 통해 시계(FOV)(156')를 갖는다. 측방향에서 보는 시각적 검사 카메라(158')는 카메라 헤드(66')의 중심 축을 따라 측방향으로 또는 수직으로 연장하는 "카메라 2" 포트(92')를 통해 시계(FOV)(158')를 갖는다. 카메라(156')는 프리즘(160')을 통해 그의 이미지를 생성한다. 유사하게, 카메라(158')는 스캐닝 카메라(310)와 공유하는 빔 분할기(161')를 통해 광학 경로(O.P.)를 따라 그의 이미지를 생성한다. 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 카메라(158', 310)들은 작동의 별개의 각각의 시각적 및 3D 스캐닝 모드들에서 활용되어, 공통의 광학 경로를 공유하는 것이 카메라 헤드(66')의 내부 용적을 유리하게 감소시킨다. 카메라(156', 158')들은 개인용 컴퓨터들과 일상적으로 사용되는 타입의 공지된 오토-포커싱(auto-focusing) USB 카메라들이다. 상이한 해상도(resolution) 및 포커스(focus) 특징들을 갖는 카메라들이 오토 포커싱 USB 카메라들에 대체될 수 있다.

카메라 헤드(66') 내에서 3D 스캐닝 시스템(300) 구성요소들은 프로젝터(301) 및 3D 카메라(310)를 포함한다. 예시적 프로젝터들 및 3D 카메라들은 미국 콜로라도 골든(Golden, Colorado, USA)에 소재하는 지메아 코프(XIMEA Corp.)로부터 입수가능하다. 프로젝터(301)는 어퍼쳐(92')를 통해 카메라 헤드 외부 하우징(88')을 나가는 프리즘(305)을 통한 광학 경로를 따라 광 빔을 투사한다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 프로젝터(301) 및 3D 카메라(310)는, 투사된 입사광이 10°의 각도(α) 및 3.94 인치(100 mm)의 광학 경로(O.P.) 길이로 카메라(310)에서 수렴하도록 배향된다. 입사 및 수렴 광은 하우징(88') 내에 형성된 광학 포트(92')를 통해 통과한다. 검사 표면, 이를 테면 트랜지션(37)으로부터 100 mm의 소망하는 거리에서의 카메라 헤드의 정렬을 보조하기 위해서, 다이오드 레이저(320)(즉, 카메라 하우징(88') 내에 형성된 레이저 포트(93')와 영상 통신(visual communication)함)는 트랜지션(37) 표면 상에서 포커스 도트(focus dot)(321)를 투사한다. 100 mm의 소망하는 광학 경로(O.P.) 거리는, 레이저 도트가 카메라(310)의 포커스 내에 있을 때 성취된다. 카메라 헤드(66')는 관절 결합 조인트 메커니즘(82')을 관절 결합 각도(Φ)로 관절 결합함으로써 트랜지션(37) 표면에 대해 정렬된다. 이는, 차례로 도 4 및 도 22에 도시된 바와 같이 방향(R)을 따라 검사기(60) 중심 축에 대해 반경 방향으로 카메라 헤드(66')를 병진이동시킨다. 검사 시스템은, 레이저 스폿(321)이 집속될 때까지 공지된 피드백 루프를 통해 반경 방향(R)을 따라 카메라 헤드(66')를 자동으로 배향할 수 있다. 소망하는 레이저 스폿(321) 집속을 성취하자마자, 레이저(320)에 의한 스폿 투사(spot projection)가 3D 스캐닝 절차의 개시 이전에 중단된다.

발광 다이오드들(LED 광(162', 164')들)의 쌍들을 포함하는 것으로 도시된 조명 시스템은, 카메라 헤드(66') 중심 축에 동축으로 그리고 횡방향으로 각각 장착된다. 이들은 발전 기계류의 내부 시각적 검사 동안 카메라(156', 158')들을 위해 조명을 제공한다. LED 광(162', 164')들은 카메라 헤드(66') 중심 축에 대해 임의의 소망하는 위치로 배향될 수 있다. 카메라 헤드 조명 시스템은, 비제한적인 예시를 통해, 정상 상태 또는 스트로브 조명, 가변적이거나 흐릿하게 할 수 있는 강도 출력들을 포함하는 소망하는 출력 강도 또는 다른 특징들의 다른 조명원들 또는 LED들을 적용할 수 있다. 조명 시스템은, 3D 스캐닝 시스템(300)에 의한 입체 스캔들을 실행할 때 또는 레이저(320)에 의한 포커스 스폿(321)을 투사할 때 활용되지 않는다. 이에 따라, 소망한다면, 조명 시스템 LED 광(162', 164')들 및 레이저(320)는 공통의 전원 및 라이팅 제어 시스템(예컨대, 도 26 참조)을 공유할 수 있다.

검사기 냉각 시스템

검사기(60)(카메라 헤드 실시예(66 또는 66')들 중 어느 하나를 활용함)는, 바람직하게는, 냉각 공기 라인(170) 및 가압된 냉각 공기원(172)(예컨대, 압축된 공기)에 의해 외부적으로 냉각되며, 도 15 및 도 25의 개별 실시예들에서 개략적으로 도시된다. 장비로부터 멀리 열을 전달하기 위해 냉각 공기가 검사기(60)를 통과하고, 여기서 냉각 공기는 카메라 포트(90, 92, 90', 92')들, 레이저 포트(93'), 프리즘(160, 160', 164')들, 카메라(156, 158, 156', 158', 310)들 주위 및 LED(162, 164, 162', 164')들과 같은 검사기 외부 표면 내의 갭(gap)들을 통하여 배출된다. 이러한 갭들은 냉각 공기 배출 포트들로서 효과적으로 기능한다. 냉각 공기를 배출하는 다양한 냉각 포트들은 검사기(60)로부터 열을 전달하는 것을 돕고, 완전히 냉각되지 않은 터빈(30) 내부 온도보다 비교적 더 차가운 카메라 헤드(88, 88') 주위의 열 배리어(thermal barrier)를 생성하는 것을 돕는다. 이러한 방식으로, 검사기(60)는 터빈이 주위 공기 온도로 냉각되기 이전에 많은 시간 동안 여전히 고온인 정지된(shut-down) 터빈 안으로 삽입될 수 있다. 이러한 방식으로, 공지된 검사 시스템들에 의해 허용 가능했던 것보다 많은 시간(그리고, 가능하게는 여러 날) 더 이르게, 검사가 개시될 수 있다. 이에 따라, 검사 프로세스는 개시될 수 있고, 과거에 가능했던 것보다 터빈 서비스 주기 내에서 더 일찍 완료되며, 가능하게는 전체 보수 사이클 시간을 감소시킨다.

카메라 검사기 제어 및 작동

그의 5 개의 운동 자유도를 따라 위치 설정하는 검사기(60)는 5 개의 이전에 설명된 정밀 운동 제어 서보 모터[104(Ω), 110(T), 134(θ), 124(Φ), 및 140(E)]들을 활성시킴으로써(energizing) 달성된다. 서보 모터들은 공지된 운동 제어 시스템의 제어 장치에 의한 사용을 위해 모터 위치 정보 피드백을 제공하는 연관된 엔코더(encoder)들을 갖는다. 도 16은 도 13 내지 도 15의 카메라 헤드(66)에 의해 활용되는 본 발명의 예시적인 운동 제어 시스템의 블록도이다. 도 21 내지 도 25의 카메라 헤드(66')를 위한 대응하는 블록도가 도 26에 도시된다. 도 16 및 도 26 양자 모두에서, 공통 구성요소들 및 기능은 동일한 도면 부호로 나타내고 하기 공통 작동 설명을 포함한다. 이전에 설명된 검사기(60) 하드웨어는, 파선(60)에 의해 표시되었고, 또한 파선에 의해 표시된 콘트롤 박스(180)와 다중 경로 케이블(192) 및 개별 카메라 케이블들과 같은 공지된 통신 경로(communication pathway)들에 의해 통신한다.

콘트롤 박스(180)는 운동 제어 장치(186) 및 운동 제어 장치 모터 구동부(188)에 전력을 공급하기 위한 제 1 및 제 2 전력 공급 장치(182, 184)들을 포함한다. 모든 구성요소(182 내지 188)들은 산업용 운동 제어 시스템들에 사용되는 공지된 설계이다. 운동 제어 장치(186)는 검사기(60) 서보 모터[104(Ω), 110(T), 134(θ), 124(Φ), 및 140(E)]들을 활성화시키고 역전시키기(reversing) 위해 운동 제어 장치 모터 구동부(188)에 명령들을 지시한다. 간결함을 위해, 이러한 모든 모터들은 "서보 모터들"로서 집합적으로 참조된다. 각각의 서보 모터들은 그 각각의 운동 범위 내의 검사기 위치를 나타내는 엔코더 신호들을 발생하는 연관된 엔코더들을 갖는다. 예컨대, 서보 모터(104)와 연관된 엔코더는 연장 튜브 부분(62)의 총 회전 위치(Ω)를 나타내는 회전 위치 신호를 발생한다. 각각의 엔코더로부터의 위치 신호 정보는 운동 제어 장치(186)에 의해 억세스된다. 운동 제어 장치(186)는 검사기(60) 공간 위치에 의한 각각의 모터 엔코더 신호들과 상호 관련한다. 디지털 광 제어 장치(190)는 LED(162, 164 또는 162', 164'), 조명 출력 및 온(on)/오프(off)(적용가능하다면, 스트로브 기능을 포함), 3D 스캐닝 시스템(300) 스트라이프 프로젝터(310) 및 포커스 스폿 발생 레이저(320)를 제어한다. 또한, 디지털 광 제어 장치(190)는 운동 제어 장치(186) 및 호스트 제어 장치(200)와 통신한다. 운동 제어 장치(186)는 또한 검사기(60) 안으로의 그리고 이를 통한 냉각 공기 유동, 예컨대 냉각 포트(174)로부터의 유량(flow rate)을 제어한다.

운동 제어 장치(186)는 선택적인 무선 통신 가능부(194)를 갖는다. 예컨대 이더넷 프로토콜(Ethernet protocol)에 따르는 통신 신호들을 전달하는 케이블인, 하드웨어 내장형(hardwired) 데이터 경로(198)는 호스트(host) 제어 장치(200)와 통신한다. 예시적인 호스트 제어 장치(200)는 내부 메모리 용량 그리고 요구된다면 외부 메모리(202)를 구비한 개인용 컴퓨터이다. 호스트 제어 장치 컴퓨터(200)는 또한 카메라(156/156')(USB 카메라 1) 및 카메라(158/158')(USB 카메라 2) 및 3D 스캐닝 시스템 카메라(310)로부터 이미지 데이터를 수용하고 처리한다. 3D 스캐닝 시스템 카메라(310)의 이미지 데이터는, 스캐닝된 표면에 관한 입체 데이터, 이를 테면 공지된 이미지 처리 소프트웨어를 사용하는 도 4 및 도 21의 트랜지션(37)의 입체 데이터를 발생시키도록 처리된다. 예시적 3D 스캐닝 이미지 처리 소프트웨어는, "National Research Council of Italy Visual Computing Lab"으로부터 인터넷을 통해 다운로드 가능한 오픈 소스 소프트웨어의 "MeshLab" 패키지이다. 예시적인 3D 스캐닝 이미지 처리 소프트웨어의 다른 소스는 미국 노스캐롤라이나(North Carolina, U.S.A.)에 소재하는 "Geomagic of Research Triangle Park"이다. 호스트 제어 장치 컴퓨터(200)는 메모리(202)에 원본의 또는 처리된 이미지 데이터를 파일 보관하거나 다른 방식으로 저장할 수 있다. 검사기(60)는 조이스틱(joystick; 204) 및/또는 HMI 시야/터치 스크린(206)을 통하는 것과 같은 인간 명령 및 제어 하에서 위치될 수 있다. 카메라(156/156', 158/158', 310)들로부터의 개별 시각적 및 재구축된 치수 이미지들은 HMI 시야 스크린(206)에 의해 볼 수 있거나 공지된 통신 경로들을 통해 다른 이미지 시야 또는 데이터 처리 시스템에 통신될 수 있다.

선택적으로 컴퓨터(200)는 예컨대 다른 컴퓨터들과 통신하기 위해 무선 통신 가능부를 가질 수 있으며, 이는 예컨대 태블릿 컴퓨터와 같은, HMI를 갖춘 태블릿 컴퓨터(210)를 포함한다. 도 17은 카메라 1 이미지 디스플레이(212), 카메라 2 이미지 디스플레이(214), 탐침 위치 정보 디스플레이(216) 및 검사기(60) 위치들을 조작하기 위한 HMI 제어 인터페이스(218)를 포함하는 예시적인 태블릿 컴퓨터 HMI 디스플레이 스크린을 도시한다. 태블릿 컴퓨터(210)는 호스트 제어 장치 컴퓨터(200)를 통하여 통신할 필요 없이, 운동 제어 장치(186)와 직접 통신 가능부를 가질 수 있다.

블레이드/베인 검사기

블레이드/베인 검사기(220) 실시예가 도 18 내지 도 20에 도시된다. 이 실시예는 가스 터빈(30) 터빈 섹션(38)의 한계들 내의 회전 블레이드들과 고정 베인들 사이의 열들 사이의 검사를 위해 특히 적절하다. 도 18은 각각의 1 열의 검사 포트(50)와 2 열의 검사 포트(52)에 각각 장착되는 한 쌍의 검사기(220)들을 도시한다. 하지만, 검사 팀의 재량에 따라, 단일 검사기(220)가 선택된 검사 포트에 장착될 수 있거나 2 개 초과의 검사기(220)들이 검사 과정 동안 동시적으로 터빈(30)에 장착될 수 있다. 유사하게, 검사 팀은 그의 재량으로 또한 임의의 검사 과정에서 검사기(220) 실시예와 함께 또는 검사기(220) 실시예 없이 하나 또는 그 초과의 검사기(60) 실시예들을 또한 동시적으로 작동시킬 수 있다.

도 19 및 도 20에 도시된 것과 같이, 검사기(220) 실시예는 장착 플랜지(222)에 의해 가스 터빈 검사 포트(여기서 1 열의 검사 포트(50))에 장착된다. 연관된 서보 모터 및 엔코더를 구비한 선형 구동부(224)는 신축 자재식 연장 위치 운동 자유도(T)로 검사기를 병진운동시킨다. 연관된 서보 모터 및 엔코더를 구비한 회전 구동부(226)는 카메라 회전/팬 운동 자유도(θ)로 검사기를 회전시킨다. 보어 기기(228)는 선형 구동부(224) 및 회전 구동부(226)에 기계적으로 커플링되고, 그의 시계(FOV) 내에서 포착하는 카메라 헤드(230)를 갖는다. 카메라 헤드(230)는 피봇팅 프리즘(232)을 포함하며 그의 관절 결합 운동 자유도(Φ)로의 운동은 연관된 서보 모터 및 엔코더에 의해 부여된다. 보어 기기(228)는 공지된 구조이며 광섬유 렌즈(234)들 및 조명을 비추고 카메라 헤드 시계 내의 이미지들을 카메라(236)로 전달하는 보조 외부 라이팅(도시되지 않음)을 포함한다. 카메라(236)는 도 16에 도시된 것과 같이, 운동 제어 시스템에 커플링되는 오토 포커싱 USB 카메라일 수 있다. 검사기(220)의 그 운동 자유도(Φ, θ 및 T)들을 따른 일반적인 운동 제어 및 위치 설정 및 카메라 이미지 포착은 검사기 실시예(50)에 대하여 이전에 설명된 것과 같이 수행된다.

검사기(220)는 터빈 섹션(30)이 여전히 최대 대략 150 ℃의 상승된 온도를 가질 때 터빈(30) 냉각 단계 내의 검사를 위한 외부 냉각 시스템을 포함한다. 검사기 실시예(50)에 대하여 설명되었던 것과 같이, 냉각 시스템은 카메라 헤드(230) 주위와 같은, 하나 또는 그 초과의 기능적 냉각 공기 배출 포트들을 통하여 냉각 공기원으로부터 얻어지는 냉각 공기를 방출하는 보어 검사기(228)에 평행하게 또는 그 내부에 이어진(running) 공기 라인(170)을 포함한다.

블레이드/베인 검사기(220) 실시예의 3 개의 운동 자유도(Φ, θ 및 T)들은 터빈 로터가 터닝 기어 모드로 돌아가는(spinning) 동안 주어진 열 내의 모든 회전 터빈 블레이드들의 리딩 또는 트레일링(trailing) 측들의 완전한 이미지들을 얻기에 충분하다. 예컨대, 도 18에서 1 열의 터빈 블레이드(44)들의 각각의 리딩 측은 검사 포트(50)에 위치되는 검사기(220)에 의해 검사될 수 있다. 카메라 헤드(230) 시계 내에서 각각의 개별 블레이드가 회전함에 따라, 그의 이미지는 연관된 제어 시스템에 의해 포착된다. 부분적인 또는 전체의 일련의 블레이드 이미지들은 터빈(30)이 터닝 기어 모드에 있는 동안 단일 로터(40)의 회전 동안에 얻어질 수 있다. 단일 카메라 헤드(230) 시계는 터빈 블레이드의 해당 구역의 전체의 반경 방향 길이를 포착하지는 않을 것이다. 카메라 헤드 기울기 각도(Φ)를 재위치 설정하거나 T 자유도를 따라 보어 검사기(228)를 삽입/수축함으로써, 카메라 시계는 블레이드 또는 베인 길이를 따라 반경 방향으로 재위치 설정될 수 있다. 상이한 블레이드/베인의 반경 방향 위치들에서 포착된 이미지들은 전체 블레이드의 전체 이미지를 생성하기 위해 조합될 수 있다. 유사하게, 1 열 내의 각각의 블레이드(44)의 트레일링 에지의 이미지는 리딩 에지들에 대하여 행해졌던 것과 같이, 터빈 검사 포트(52) 내에 검사기(220)를 위치 설정함으로써 포착될 수 있다.

예시적인 터빈 검사 과정들

본 발명의 카메라 검사 시스템은, 인간 개입 없이 가스 터빈과 같은 터빈의 해당 구역에 대한 검사 카메라 시계의 자동 위치 설정 및 이미지 포착 능력을 제공한다. 검사기 위치 설정 시퀀스 정보가 시스템에 제공된 후에, 그 후의 검사들은 상이한 검사 팀들에 의해 이들의 개별 검사기 위치 설정 스킬 또는 검사 속도와 관계없이 반복 가능하다. 자동화 검사들은 공지된 검사 과정들과 비교할 때 인간 생성 에러들의 더 적은 가능성을 가지고, 더 신속하게 완료될 수 있다. 본 발명의 검사 방법들의 추가의 설명은 예시적인 산업용 가스 터빈의 검사를 참조할 것이다.

검사기 위치 설정 시퀀스 정보는 선택된 검사 포트에 본 발명의 검사기 실시예를 설치하고 모든 제어된 운동들을 초기화된 또는 "시작" 위치로 배향함으로써 얻어질 수 있다. 인간 검사자는, 예컨대 제어 시스템 제어 장치들/호스트 컴퓨터 중 하나 또는 양쪽 내에 기록되는 터빈 내의 안내된 경로를 통하여 조이스틱 또는 터치 스크린 패드의 사용에 의한 제어 시스템 HMI를 통해 검사기를 가이드한다. 안내 경로(navigation path)는 터빈 내부 구성요소들과 검사기의 바람직하지 않은 충돌을 야기하지 않으면서 해당 구역 내의 검사기 카메라 헤드 시계를 배향하도록 선택된다.

제어 시스템은 초기에 인간에 의해 제어된 검사로부터의 안내 경로 정보를 보유하고 그 후에 동일한 터빈 또는 동일한 내부 구조를 갖는 다른 터빈들의 나중의 검사 사이클들에 대해 검사기 위치 설정 시퀀스를 반복할 수 있다. 예컨대, 안내 경로 시퀀스는 단일 테스트 터빈 상에서 수행될 수 있고 시퀀스는 이 장소에 위치되는 동일한 구조의 가스 터빈을 검사하는 검사 팀들에 의한 사용을 위해서 다른 원격 장소들로 통신될 수 있다. 현장에서, 검사 팀은 다른 가스 터빈이 원래의 가스 터빈으로부터 내부 구조에서 편차(variation)들을 가질 수 있는지에 관심을 가질 수 있다. 현장의 팀은 검사를 수행하기 위해 현장의 설치 터빈을 위해 요구되는 임의의 경로 변동들을 수용하기 위해 국부적으로 중단하면서, 저장된 안내 경로를 개별적으로 단계적으로 리뷰할 수 있거나, 현장 위치 터빈 전용의 새로운 안내 경로를 프로그램하도록 선택할 수 있다.

안내 경로들은 대안적으로 인간 검사자가 모의 터빈 내의 안내 경로를 모의 실험하고 그리고 실제 터빈 검사들에서의 그 후의 사용을 위한 경로를 기록함으로써 가상 공간에서 결정될 수 있다. 다른 대안으로서, 검사기 검사 모의 프로그램이 인간 검사자에 의한 리뷰 및 승인을 위해 제안된 검사 안내 경로를 제조할 수 있다.

자동으로 또는 수동으로 제어되는 안내 경로 시퀀스는 해당하는 하나의 위치로부터 해당하는 다른 위치로 3D 스캐닝 시스템 카메라 헤드(66') 시계를 이동시킬 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 검사기(60)는 연소기 노즐 포트(36)에 부착될 수 있고, 이 때에 검사 시스템은 카메라(156' 및/또는 158')에 의해, 바람직하게는 조명 시스템(162', 164')으로부터의 조명과 함께, 연소기 및 트랜지션(37) 내의 내부 구성요소들의 시각적 이미지들을 포착하고 기록할 수 있다. 3차원 스캔 데이터는 시각적 이미지와 함께 또는 대안으로 카메라 헤드(66') 내에서 3D 스캐닝 시스템(300)에 의해 획득될 수 있다. 시각적 이미지 데이터 및 3D 스캔 데이터 양자 모두는 복합 이미지들로 조합될 수 있다.

안내 경로 위치에 있을 때, 카메라 헤드(66')는, 예컨대 소망하는 기준 위치로 축방향으로 카메라 헤드(66')를 삽입하고 그리고 이후에 트랜지션(37) 또는 그의 임의의 소망하는 원주 세그먼트의 전체 내부 둘레(inner circumference)를 중심으로 카메라 헤드를 360°회전/패닝함으로써, 동일한 기준 위치로부터 상이한 카메라 시계들로부터 이미지 정보를 얻도록 재위치설정될 수 있다. 동일한 기준 지점으로부터 취해진 다양한 시각적 및/또는 3D 스캐닝 이미지들은 구조 요소들의 복합 또는 "봉합형(stitched)" 뷰(view)를 얻기 위해, 또는 터빈 내측의 임의의 또는 모든 부분들의 가상 "시찰(tour)"을 위해 조합될 수 있다.

하나의 위치로부터 다른 위치로 검사기 카메라 헤드 시계를 이동시키는 것 외에, 고정 카메라 헤드의 시계 내로 해당 터빈 구성요소 구역들을 이동시키는 것이 또한 가능하다. 예컨대, 블레이드와 베인 열들 사이에 삽입되는 검사기는, 터빈이 터닝 기어 모드에 있든지 또는 작업자가 완전히 멈춘 터빈 로터의 각각의 블레이드를 순차적으로(sequentially) 카메라 헤드 앞에 수동으로 "마주하게(bump)" 하든지 간에, 카메라 시계 내에서 회전하는 각각의 블레이드의 이미지를 포착할 수 있다.

본 발명의 교시들을 포함하는 다양한 실시예들이 본원에서 상세하게 도시되고 설명되어 있지만, 당업자는 여전히 이러한 교시들을 포함하는 다른 변화된 실시예들을 쉽게 고안할 수 있다. 예컨대, 터빈 내부 구성요소의 "광학 이미지들"은 가시광 스펙트럼에서 또는 적외선 스펙트럼에서 얻어질 수 있다. 검사기 운동 자유도들은 서보 모터[104(Ω), 110(Τ), 134(θ), 124(Φ), 및 140(Ε)]들에 의해 가능한 이러한 예시적인 운동들로 제한될 필요는 없다. 검사기 운동은 서보 모터들에 의해 부여될 필요는 없으며, 공지된 대안적인 공압 또는 다른 운동 제어 시스템들을 포함할 수 있다.

Claims

터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템으로서,
터빈 검사 포트로의 부착을 위한 베이스,
중심 축을 한정하는 연장가능한 기다란 바디를 가지며, 선단부가 상기 베이스에 회전식으로 커플링되고 말단부가 터빈 검사 포트 내에 삽입되는 검사기; 및
중심 축을 규정하며, 터빈 검사 포트 내로 삽입을 위한 카메라 하우징을 포함하며,
상기 카메라 하우징은 상기 검사기 말단부에 커플링되는 선단부, 말단부 및 구조화된 광(light) 3D 스캐너를 포함하며,
상기 구조화된 광 3D 스캐너는 터빈 내측 내에서 해당 검사 표면 상에 광자(photon)들의 대역(band)을 투사하기 위한 스트라이프 프로젝터, 및 검사 표면 상에 투사되었던 반사된 광자들의 이미지들을 포착하기 위한 광학 경로(optical path)를 갖춘 매트릭스 카메라를 가지는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 카메라 하우징은, 3D 스캐너를 위한 거리 기준 포커스 도트(focus dot)를 투사하기 위한 레이저를 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 1 항에 있어서,
제 2 카메라 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있는 제 2 카메라 및 조명원을 더 갖춘 카메라 하우징을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 측방향으로 정렬된 공유된 광학 경로에서 제 2 카메라 광학 경로들 및 매트릭스를 광 커플링하는 빔 분할기; 및
상기 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 측방향으로 정렬된 광학 경로를 따라 광자들을 투사하기 위한 프로젝터에 광 커플링된 프리즘을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 평행한 제 3 카메라 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있는 제 3 카메라를 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 및 제 3 카메라 광학 경로들을 선택적으로 조명하기 위해서, 카메라 하우징 말단부 및 측방향 원주에 각각 LED 조명원들을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 3D 스캐너를 위한 거리 기준 포커스 도트를 투사하기 위한 레이저; 및
인간 개입 없이 해당 터빈 내부 표면의 카메라 이미지들을 자동으로 포착하기 위해 3D 스캐너, 제 2 및 제 3 카메라들, LED 조명원들 및 레이저에 커플링되는 제어 시스템을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 6 항에 있어서,
3D 스캐너를 위한 거리 기준 포커스 도트를 투사하기 위한 레이저; 및
터빈 내에서 미리 지정된 안내 경로를 따라 각각의 카메라 광학 경로들 및 검사기를 해당 내부 표면에 자동으로 위치 설정하고, 인간 개입 없이 터빈의 카메라 이미지들을 포착하기 위해 검사기, 3D 스캐너, 제 2 및 제 3 카메라들, LED 조명원들 및 레이저에 커플링되는 제어 시스템을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 제어 시스템에 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트를 더 포함하며, 상기 조인트는,
상기 검사기 바디 중심 축을 중심으로 선택적인 회전을 가능케 하는 검사기 말단부에 회전식으로 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 선단부, 및
상기 검사기 바디 중심 축에 대해 반경 방향 변위를 가능케 하는 카메라 하우징 선단부에 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 말단부를 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 1 항에 있어서,
인간 개입 없이 해당 터빈 내부 표면의 카메라 이미지들을 자동으로 포착하기 위한 3D 스캐너에 커플링되는 제어 시스템을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 1 항에 있어서,
터빈 내에서 미리 지정된 안내 경로를 따라 매트릭스 카메라 광학 경로 및 검사기를 해당 내부 표면에 자동으로 위치 설정하고, 인간 개입 없이 터빈의 매트릭스 카메라 이미지를 포착하기 위한 검사기 및 3D 스캐너에 커플링되는 제어 시스템을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제어 시스템에 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트를 더 포함하며, 상기 조인트는,
상기 검사기 바디 중심 축을 중심으로 선택적인 회전을 가능케 하는 검사기 말단부에 회전식으로 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 선단부, 및
상기 검사기 바디 중심 축에 대해 반경 방향 변위를 가능케 하는 카메라 하우징 선단부에 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 말단부를 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 1 항에 있어서,
제 1 관절 결합 조인트를 더 포함하며, 상기 조인트는,
상기 검사기 바디 중심 축을 중심으로 선택적인 회전을 가능케 하는 검사기 말단부에 회전식으로 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 선단부, 및
상기 검사기 바디 중심 축에 대해 반경 방향 변위를 가능케 하는 카메라 하우징 선단부에 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 말단부를 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 선단부 및 말단부들 중간에 연장 부분을 갖는 검사기;
자신의 중심 축을 중심으로 검사기를 회전시키며 검사기에 커플링되는 총 회전 구동부;
연장부를 병진 운동시키며 연장부에 커플링되는 검사기 연장 구동부;
상기 검사기 중심 축에 대해 카메라 하우징 중심 축을 관절 결합하며 관절 결합 조인트에 커플링되는 제 1 관절 결합 구동부; 및
터빈 내에서 안내 경로를 따라 검사기 및 매트릭스 카메라 광학 경로를 해당 내부 표면에 위치 설정시키고, 터빈의 각각의 카메라 이미지들을 선택적으로 포착하기 위해 총 회전 구동부, 검사기 연장 구동부, 제 1 관절 결합 구동부 및 구조화된 광 3D 스캐너에 커플링되는 제어 시스템을 더 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템으로서,
터빈 검사 포트로의 부착을 위한 베이스;
중심 축을 한정하는 연장가능한 기다란 바디를 가지며, 선단부가 상기 베이스에 커플링되고 말단부가 터빈 검사 포트 내에 삽입되는 검사기;
상기 검사기 바디 중심 축을 중심으로 선택적인 회전을 가능케 하는 검사기 말단부에 회전식으로 커플링되는 제 1 관절 결합 조인트 선단부, 및 상기 검사기 바디 중심 축에 대해 반경 방향 변위를 가능케 하는 제 1 관절 결합 조인트 말단부를 갖는, 제 1 관절 결합 조인트;
상기 제 1 관절 결합 조인트 말단부에 커플링되는 선단부, 말단부, 및 구조화된 광 3D 스캐너를 가지며, 중심 축을 규정하며 터빈 검사 포트 내에 삽입되는 카메라 하우징으로서, 상기 구조화된 광 3D 스캐너는 터빈 내측 내에서 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역(band)을 투사하기 위한 스트라이프 프로젝터 및 검사 표면 상에 투사되었던 반사된 광자들의 이미지들을 포착하기 위한 광학 경로를 갖는 매트릭스 카메라를 갖는, 카메라 하우징;
상기 카메라 하우징에 커플링되며, 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 평행한 제 1 카메라 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있는 제 1 카메라,
상기 카메라 하우징에 커플링되며, 카메라 하우징 중심 축에 일반적으로 측방향으로 정렬된 제 2 카메라 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있는 제 2 카메라,
상기 제 1 관절 결합 조인트에 커플링되며, 검사기 중심 축에 반경 방향으로 그리고 평행하게 카메라 하우징 중심 축을 관절 결합하기 위한 제 1 관절 결합 구동부; 및
터빈 내에서 안내 경로를 따라 각각의 카메라 광학 경로들 및 검사기를 해당 내부 표면에 위치 설정하고, 터빈의 각각의 카메라 이미지들을 선택적으로 포착하기 위해 제 1 관절 결합 구동부, 구조적 광 3D 스캐너, 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 커플링되는, 제어 시스템을 포함하는,
터빈의 내부 3차원 스캐닝 검사용 시스템.
터빈의 내부 치수 측정 검사를 수행하기 위한 방법으로서,
3차원(3D) 스캐닝 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 시스템은, 터빈 검사 포트로의 부착을 위한 베이스; 중심 축을 한정하는 연장가능한 기다란 바디를 가지며, 선단부가 상기 베이스에 회전식으로 커플링되고 말단부가 터빈 검사 포트 내에 삽입되는 검사기; 및 중심 축을 규정하며, 터빈 검사 포트 내로의 삽입을 위한 카메라 하우징을 포함하며, 상기 카메라 하우징은 상기 검사기 말단부에 커플링되는 선단부 및 구조화된 광(light) 3D 스캐너를 포함하며, 상기 구조화된 광 3D 스캐너는 터빈 내측 내에서 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역을 투사하기 위한 스트라이프 프로젝터, 및 검사 표면 상에 투사되었던 반사된 광자들의 이미지들을 포착하기 위한 광학 경로(optical path)를 갖춘 매트릭스 카메라를 갖는, 3차원(3D) 스캐닝 시스템을 제공하는 단계;
상기 베이스를 터빈 검사 포트에 부착하는 단계;
상기 검사기 및 카메라 하우징을 검사 포트 내로 삽입하는 단계;
안내 경로를 따라 검사기 및 카메라 하우징을 위치 설정하고 해당 검사 표면 상에 광자들의 대역을 투사하며 검사 표면의 매트릭스 카메라 이미지들을 포착함으로써 터빈을 검사하는 단계; 및
상기 매트릭스 카메라 이미지들에 의해 검사된 터빈의 내부 치수 측정들을 판정하는 단계를 포함하는,
터빈의 내부 치수 측정 검사를 수행하기 위한 방법.
제 16 항에 있어서,
터빈 내에서 미리 지정된 안내 경로를 따라 검사기 및 매트릭스 카메라 광학 경로들을 자동으로 위치 설정하고, 인간 개입 없이 터빈의 매트릭스 카메라 이미지를 포착하기 위해 검사기 및 카메라 하우징에 커플링되는 제어 시스템을 제공하는 단계;
상기 제어 시스템에 안내 경로를 제공하는 단계; 및
상기 제어 시스템에 의해 안내 경로를 따라 검사기 및 매트릭스 카메라 광학 경로를 자동으로 위치설정하고, 인간 개입 없이 터빈의 매트릭스 카메라 이미지를 포착함으로써 터빈을 검사하는 단계를 더 포함하는,
터빈의 내부 치수 측정 검사를 수행하기 위한 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 포착된 매트릭스 카메라 이미지들에 의해 검사된 터빈의 치수가 정해진 가상의(virtual) 이미지를 구축하는 단계를 더 포함하는,
터빈의 내부 치수 측정 검사를 수행하기 위한 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 카메라 하우징은 제 2 광학 경로에서 이미지들을 포착할 수 있는 조명원 및 제 2 카메라를 더 가지며,
상기 조명원을 선택적으로 활성화하는 단계; 및
상기 제 2 카메라 이미지들을 포착하는 단계를 더 포함하는,
터빈의 내부 치수 측정 검사를 수행하기 위한 방법.
제 19 항에 있어서,
터빈 내에서 미리 지정된 안내 경로를 따라 검사기 및 매트릭스 카메라 광학 경로를 자동으로 위치 설정하고, 인간 개입 없이 터빈의 매트릭스 카메라 이미지들을 포착하기 위해 검사기 및 카메라 하우징에 커플링되는 제어 시스템을 제공하는 단계;
상기 안내 경로를 제어 시스템에 제공하는 단계;
상기 제어 시스템에 의해 안내 경로를 따라 검사기 및 매트릭스 카메라 광학 경로를 위치설정하고, 인간 개입 없이 임의의 시퀀스로 매트릭스 카메라 또는 제 2 카메라 이미지들 또는 두가지 유형 모두의 이미지들을 자동으로 포착함으로써 터빈을 검사하는 단계; 및
상기 포착된 이미지들에 의해 검사된 터빈의 치수가 정해진 가상 이미지를 구축하는 단계를 더 포함하는,
터빈의 내부 치수 측정 검사를 수행하기 위한 방법.