KR20190085518A

KR20190085518A - 플래시 서모그래피 포토박스

Info

Publication number: KR20190085518A
Application number: KR1020197015801A
Authority: KR
Inventors: 더스틴 씨. 부댕; 클리포드 해처 주니어; 아난드 에이. 쿨카니; 아메드 카멜
Original assignee: 지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-07-18
Also published as: WO2018085178A1; US10119863B2; US20180128687A1; CN109997033A; CN109997033B; SA519401632B1; MX2019005276A; EP3535569B1; KR102250742B1; EP3535569A1

Abstract

터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 부분적으로 에워싸인 포토박스 및 제어기를 포함한다. 부분적으로 에워싸인 포토박스는 터빈 구성요소를 지탱하도록 적응된 구성가능한 회전 테이블, 및 수평 플랫폼에 직각이고 이 수평 플랫폼에 인접하는 적어도 하나의 벽을 포함하며, 회전 테이블은 수평 플랫폼 상에서 지탱된다. 포토박스는 또한, 터빈 구성요소를 둘러싸는 위치들에 자동으로 포지셔닝되도록, 그리고 터빈 구성요소의 이미지들을 포착하도록 구성된 복수의 카메라들을 포함한다. 제어기는 각각의 카메라의 포지셔닝을 각각 제어하여 터빈 구성요소의 원하는 뷰를 포착하기 위하여 카메라들 각각과 통신한다. 카메라들 중 적어도 하나는 터빈 구성요소의 일부분의 서모그래픽 이미지를 포착하는 플래시 서모그래피를 수행하도록 구성된 적외선 카메라이다. 서모그래픽 이미지는, 터빈 구성요소의 상태를 평가하기 위해 사용된다.

Description

플래시 서모그래피 포토박스

[0001] 본 개시내용은 일반적으로, 구성요소들의 비파괴 검사를 위한 방법 및 시스템(system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플래시 서모그래피(flash thermography)를 사용한 터빈(turbine) 구성요소들의 자동 비파괴 검사를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

[0002] 많은 산업 애플리케이션(application)들에서, 손상을 유발하지 않고 구성요소들을 평가(evaluate)하기 위해 비파괴 시험 방법들이 사용된다. 비파괴 시험의 하나의 그러한 애플리케이션은 터빈 엔진(engine)의 구성요소들, 이를테면 터빈 블레이드(blade)들 또는 베인(vane)들, 연소기 바스켓(basket)들 또는 전이부(transition) 구성요소를 시험하기 위해 플래시 서모그래피를 사용한다. 이러한 구성요소들은 흔히, 고온들 및 부식성 환경으로부터 기재를 보호하는 열 장벽 코팅(coating)으로 코팅된(coated) 기재로 구성된다. 예컨대, 코팅된 가스(gas) 터빈 구성요소들은, 열 장벽 코팅의 두께를 결정하거나 또는 코팅된 층이 기재로부터 분리된 섹션(section)들인 임의의 박리들을 코팅이 갖는지를 결정하기 위한 시험을 필요로 할 수 있다. 박리된 층은 터빈의 정상 동작 동안 구성요소 고장(failure)을 유발할 수 있다.

[0003] 현재, 코팅된 터빈 구성요소들의 검사 및 시험은 보통 사용되는 비파괴 시험 방법인 플래시 서모그래피를 사용하여 수행될 수 있으며, 이 플래시 서모그래피에서는, 통상적으로 단지 수 밀리초(millisecond) 지속되는 광 펄스(pulse)에 의해 구성요소의 표면이 가열된다. 정상 상태들 하에서는, 플래시 가열 후에 부품은 냉각되는데, 그 이유는 표면에 증착된 열이 더 차가운 내부(interior)를 향하여 흐르기 때문이다. 그러나, 시험편에서의 내부 이상들, 이를테면 보이드(void)들, 개재물들, 박리, 수분, 또는 두께 또는 밀도의 변화들은 표면에서의 냉각 속도의 변화들을 유발한다. 그런 다음, 서모그래픽 이미지(thermographic image)를 형성하기 위해, 구성요소에 의해 방출되는 적외선(infra-red radiation)을 포착하는 데 적외선 카메라(camera)가 사용된다. 위에서 언급된 내부 이상들은 서모그래픽 이미지에서 볼 수 있을 것이다.

[0004] 전체 표면 또는 거의 전체 표면의 이미지들이 포착되도록 구성요소의 다수의 3 차원 표면들의 이미지들을 포착하기 위하여, 아마 적외선 카메라와 가시광 카메라의 혼합을 포함하는 복수의 광학 카메라들이 구성요소의 코팅된 표면들 주위에 수동으로 포지셔닝된다(positioned). 플래시 서모그래피를 사용하여 구성요소들을 이미징(imaging)하는 현재 방법은 구성요소 및 원하는 검사 영역에 대한 카메라들의 너무 긴 수동 설치 및 포지셔닝(positioning)을 수반한다. 이미지들로부터 2 차원 데이터(data)가 획득되며, 그런 다음, 이 이미지들은 다시 3 차원 구성요소에 상관된다. 각각의 요구되는 이미지에 대해 카메라들을 수동으로 설치해야 하는 것은 많은 시간 및 인력을 필요로 한다. 따라서, 구성요소의 각각의 요구되는 이미지에 대해 복수의 카메라들을 수동으로 설치하는 현재 방법에 요구되는 시간 및 인력을 감소시키는 자동 검사 방법이 원해진다.

[0005] 간단히 설명하면, 본 개시내용의 양상들은 터빈 구성요소의 자동 상태 평가(condition assessment)를 위한 시스템 및 터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법에 관한 것이다.

[0006] 터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 부분적으로 에워싸인 포토박스(photobox) 및 제어기를 포함한다. 부분적으로 에워싸인 포토박스는 터빈 구성요소를 지탱(carry)하도록 적응된 구성가능한 회전 테이블(table), 및 수평 플랫폼(platform)에 직각이고 이 수평 플랫폼에 인접하는 적어도 하나의 벽을 포함하며, 회전 테이블은 수평 플랫폼 상에서 지탱된다. 포토박스는 또한, 터빈 구성요소를 둘러싸는 위치들에 자동으로 포지셔닝되도록, 그리고 터빈 구성요소의 복수의 이미지들을 포착하도록 구성된 복수의 카메라들을 포함한다. 제어기는 각각의 카메라의 포지셔닝을 각각 제어하여 터빈 구성요소의 원하는 뷰(view)를 포착하기 위하여 카메라들 각각과 통신한다. 복수의 카메라들 중 적어도 하나는 터빈 구성요소의 일부분의 서모그래픽 이미지를 포착하는 플래시 서모그래피를 수행하도록 구성된 적외선 카메라이다. 서모그래픽 이미지는, 터빈 구성요소의 상태를 평가하기 위해 사용된다.

[0007] 터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법이 제공된다. 방법은 복수의 광학 카메라들을 제공하는 단계를 포함하며, 각각의 카메라는 터빈 구성요소에 대한 시야를 갖는다. 광학 카메라들 중 적어도 하나는 플래시 서모그래피를 수행하도록 구성된 적외선 카메라이다. 촬영가능한 교정 타겟(target)에 대한 터빈 구성요소의 획득된 이미지들로부터 제어기에 의해 3 차원 모델(model)이 생성된다. 터빈 구성요소의 원하는 뷰의 적어도 하나의 이미지를 포착하기 위하여 포토박스에서 제어기에 의해 터빈 구성요소 주위에 복수의 카메라들이 자동으로 포지셔닝된다. 복수의 카메라들에 의해 복수의 이미지들이 포착된다. 복수의 이미지들은 제어기에 의해 3 차원 모델 상에 스티칭된다(stitched). 스티칭된 이미지는, 터빈 구성요소의 특성을 분석하기 위해 사용된다.

[0008] 도 1은 축방향 유동 가스 터빈의 부분 측단면도를 예시하고,
[0009] 도 2는 실시예에 따른, 포토박스의 사시도를 예시하고,
[0010] 도 3은 회전 테이블의 사시도를 예시하며, 그리고
[0011] 도 4는 터빈 구성요소를 이미징하기 위한 플래시 서모그래피 디바이스(device)를 예시하며, 그리고
[0012] 도 5는 컴퓨터(computer)의 하이 레벨 블록 다이어그램(high level block diagram)을 예시한다.

[0013] 본 개시내용의 실시예들, 원리들 및 특징들의 이해를 용이하게 하기 위해, 이들은 예시적인 실시예들에서의 구현을 참조하여 이하에 설명된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들은 설명된 시스템들 또는 방법들에서의 사용으로 제한되지 않는다.

[0014] 다양한 실시예들을 구성하는 것으로서 이하에 설명된 구성요소들 및 재료들은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적이지 않은 것으로 의도된다. 본원에서 설명된 재료들과 동일한 또는 유사한 기능을 수행할 많은 적절한 구성요소들 및 재료들은 본 개시내용의 실시예들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

[0015] 도 1을 참조하면, 산업 가스 터빈 엔진(10)이 도시된다. 엔진(10)은 수평 중심 축(18)을 따라 배열된 압축기 섹션(12), 연소기 섹션(14) 및 터빈 섹션(16)을 포함한다. 연소기 섹션(14)은 복수의 연소기들(28)을 포함한다. 연소기 섹션(14)으로부터 터빈 섹션(16)을 통해 뜨거운 작동 가스가 전달된다.

[0016] 터빈(10)의 뜨거운 가스 경로를 따라 뜨거운 가스들이 이동함에 따라 이 가스들에 노출되는 터빈(10)의 섹션들은 세라믹-기반 코팅(ceramic-based coating)을 포함할 수 있으며, 이 세라믹-기반 코팅은 구성요소의 모재(base metal), 이를테면 에어포일(airfoil) 모재의 산화로 이어질 수 있는 고온들에 대한 이 모재의 노출을 최소화하는 역할을 한다. 그러한 코팅은, 모재 상에 형성된 본드 코팅(bond coating) 상에 적용되는 알려진 열 장벽 코팅(TBC; thermal barrier coating)일 수 있다.

[0017] 터빈(10)은 통상적으로, 연장된 기간들 동안 동작된다. TBC 층, 또는 TBC 층과 본드 코트(coat) 층 양자 모두는, 터빈(10)의 동작 동안 바람직하지 않게 열화되거나 또는 박리될 수 있다. 이는 모재를 고온들에 노출시키며, 이는 모재의 산화로 이어질 수 있다. 다양한 내부 구성요소들에 대해 발생했을 수 있는 마모 손상 및 다른 바람직하지 않은 상태들에 대해 체크(check)하기 위해 주기적인 간격들로 터빈(10)이 검사된다. 부가하여, 터빈 엔진이 정지될 때 또는 조립 전에 TBC 층과 본드 코트 층의 열화 정도(즉, 층들의 남아 있는 두께) 및 다른 바람직하지 않은 상태들을 결정하기 위해 TBC 층과 본드 코트 층은 일상적으로 검사된다.

[0018] 이제 도 2를 참조하면, 포토박스(100)가 예시된다. 포토박스(100)는, 터빈 구성요소(120)의 비파괴 검사를 위한 자동 이미지 포착 디바이스이다. 도 2에서 도시된 예에서, 터빈 구성요소(120)는 연소기 바스켓이다. 그러나, 터빈 구성요소(120)는 또한, 연소기 전이부, 터빈 블레이드 또는 베인, 또는 임의의 다른 코팅된 구성요소일 수 있다. 포토박스(100)는 특정 터빈 구성요소(120)를 수용하도록 적응된 회전 테이블(130)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 복수의 벽들(180)이 터빈 구성요소(120)를 부분적으로 에워싼다. 적어도 하나의 벽(180)의 내부 상에서 터빈 구성요소(120)를 둘러싸면서, 복수의 광학 카메라들(140)은 제어기(190)에 의해 포지셔닝되며 그리고 자동으로 제어되도록 구성된다. 제어기(190)는 일반 컴퓨터 또는 일반 컴퓨터의 모듈(module)일 수 있다.

[0019] 도 3은 연소기 바스켓을 지탱하도록 구성된 회전 테이블(130)의 사시도를 예시한다. 예시된 실시예에서, 터빈 구성요소(120)가 지탱되는 회전 테이블(130)은 특정 터빈 구성요소, 이를테면 연소기 전이부를 수용하도록 적응된 기계가공된 그루브(groove)들(135)을 포함한다. 터빈 구성요소가 기계가공된 그루브들에 안착됨에 따라, 회전 테이블(130)은 연소기 전이부를 적소에(in position) 단단히 유지한다. 이미징(imaging)의 목적을 위해, 회전 테이블(130)은 도 2에서 도시된 바와 같이 수직 축(170)을 중심으로 한 회전 운동을 허용한다. 회전 테이블(130)은 모터(motor)에 의해 동력을 공급받으며, 모터는 제어기(190)에 의해 제어된다. 회전 테이블(130)의 수직 포지션(position)은 제어기(190)에 의해 또한 제어되는, 도 2에서 도시된 전동 선형 스테이지(motorized linear stage)(150)에 의해 제어될 수 있다.

[0020] 포토박스(100)는 적어도 하나의 벽(180)을 포함하며, 이 적어도 하나의 벽(180)은, 터빈 구성요소(120)가 적어도 하나의 벽(180)에 의해 부분적으로 에워싸이도록 회전 테이블(130)을 지탱하는 플랫폼(210)에 본질적으로 직각이고 이 플랫폼(210)에 인접한다. 적어도 하나의 벽(180)은, 이미지들에서 나타날 수 있는 휘광(glare)을 제거하기 위하여 확산 조명을 포함한다. 실시예에서, 적어도 하나의 벽(180) 중 하나는, 터빈 구성요소(120)에의 더 쉬운 접근을 위해, 부분적으로 에워싸인 포토박스(100)에 대한 도어(door)(160)를 포함할 수 있다.

[0021] 실시예에서, 포토박스(100)는 포토박스(100)가 하나의 검사 영역으로부터 다른 검사 영역으로 쉽게 이동될 수 있도록 이동성을 위해 포토박스(100)의 바닥에 부착된, 도 2의 예시된 실시예에서 각각의 코너(corner)에 적어도 하나씩 휠(wheel)들(200)을 포함한다.

[0022] 도 2에서 도시된 예시된 실시예를 다시 참조하면, 복수의 카메라들(140)이 터빈 구성요소(120)를 둘러싸며 포지셔닝된다. 터빈 구성요소를 둘러싸는 카메라들의 수는 예컨대 2 내지 8의 범위에 있을 수 있다. 도시된 실시예에서, 4 개의 카메라들(140)은 수직 빔(beam)을 따른 수직 포지션들에 포지셔닝되며, 이 카메라들(140) 각각은 터빈 구성요소(120)의 적어도 일부에 대한 시야를 포함한다. 그러나, 다른 구성들에서, 특정 터빈 구성요소에 대한 원하는 뷰가 이미지에 포착될 수 있도록 카메라들(140)은 이 구성요소 주위에 포지셔닝가능할(positionable) 수 있다. 카메라들을 원하는 포지션에 포지셔닝(position)시키기 위하여, 전동 선형 스테이지들(150)이 사용될 수 있다. 또한, 터빈 구성요소(120)의 평면도를 포함하도록 하향으로 포지셔닝된 카메라(140)가 도 2에서 도시된다. 터빈 구성요소(120) 위의 원하는 시야를 포함하는 포지션에 이러한 하방형(downward facing) 카메라(140)를 포지셔닝시키기 위하여, 스윙 어웨이(swing away) 빔(110)이 카메라를 지탱한다. 스윙 어웨이 빔(110)은, 이 스윙 어웨이 빔(110)이 수직 빔에 대해 회전할 수 있도록 수직 빔에 부착될 수 있다. 실시예에서, 제어기(190)는, 카메라가 원하는 시야를 갖도록 스윙 어웨이 빔(110)을 자동으로 포지셔닝시킬 수 있다.

[0023] 부가적으로, 중공 터빈 구성요소(120)의 내부의 이미지들을 포착하기 위하여, 중공 터빈 구성요소(120)의 내부에 수직으로 카메라(140)를 이동시키도록 구성된 전동 선형 스테이지(150)에 카메라(140)가 부착될 수 있다. 선형 스테이지(150)는 부착부를 포함하고, 이 부착부에 카메라(140)가 부착될 수 있다. 부착된 카메라(140)는 중공 터빈 구성요소(120)의 내부에 대한 360도 뷰가 획득가능할 수 있도록 360도 가시 카메라일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 카메라(140)는 서모그래픽 이미징을 위한 적외선 카메라일 수 있다.

[0024] 실시예에서, 적어도 하나의 벽(180)은, 제어기(190)가 구성요소(120)의 3 차원 모델을 생성할 수 있도록 터빈 구성요소(120)의 포지션을 3 차원 공간에 정합(register)시키기 위해 사용될 수 있는 2 차원 교정 타겟(160)을 포함한다. 2-차원 교정 타겟(160)의 형상은 구성요소(120)의 형상에 대응한다. 실시예에서, 구성요소(120)가 교정 타겟(160)에 대해 이미징될 수 있도록, 교정 타겟(160)은 복수의 카메라들(140)에 대향하여 포토박스(100)의 도어(220) 상에 배치된다. 교정 타겟(160)에 대해 찍힌, 구성요소(120)의 이러한 교정 이미지들은, 구성요소(120)의 포착된 이미지들을 구성요소의 3D 모델 상에 스티칭(stitch)하기 위해 제어기(190)에 의해 사용된다. 스티칭된 데이터 이미지는, 구성요소(120)의 분석에 사용될 것이다.

[0025] 복수의 카메라들(140)은 가시 카메라들, 적외선 카메라들, 또는 가시 카메라들과 적외선 카메라들의 결합을 포함할 수 있다. 복수의 가시 카메라들은 고해상도 카메라들을 포함할 수 있다. 적외선 카메라들은 플래시 서모그래피 시스템의 일부일 수 있다. 실시예에서, 구성요소(120)의 서모그래픽 이미지들 뿐만 아니라 가시 이미지들 양자 모두를 포착하기 위하여, 5 개 또는 6 개의 카메라들이 구성요소를 둘러싸며 배열될 수 있다. 복수의 카메라들(140) 각각은 터빈 구성요소(120)의 원하는 뷰의 적어도 하나의 이미지를 포착한다. 제어기(190)는 포착된 이미지들을 컴파일링(compile)하고, 이미지들을 터빈 구성요소(120)의 3-차원 모델 상에 스티칭한다.

[0026] 도 4를 참조하면, 실시예에 따른, 터빈 구성요소(120)를 이미징하기 위한 플래시 서모그래피 디바이스(250)가 도시된다. 디바이스(250)는, 전자기 스펙트럼(spectrum)의 적외선(infrared) 구역의 열 에너지(energy)를 검출하기 위한 적외선 센서부(sensor portion)(251)를 포함한다. 실시예에서, 다른 유형들의 IR 센서(sensor)들이 사용될 수 있다는 것이 이해되지만, IR 센서(251)는 렌즈(lens)(252)를 갖는 IR 카메라이다. 디바이스(250)는 터빈 구성요소(120)의 IR 이미지들을 포착하도록 구성된다.

[0027] 디바이스(40)는 또한, IR 센서(251)에 의한 열 에너지의 검출을 가능하게 하기 위해 렌즈(252)를 노출시키는 인클로저 애퍼처(enclosure aperture)(254)를 갖는 플래시 인클로저(253)를 포함한다. 인클로저 애퍼처(254)의 주변부 주위에 플래시 소스(source)(255)가 위치된다. 실시예에서, 플래시 소스(255)는, 인클로저 애퍼처(254) 및 렌즈(252)와 정렬되는 플래시 애퍼처(256)를 포함하는 고리 형상을 갖는다. 다른 유형들의 플래시 소스들이 사용될 수 있다는 것이 이해되지만, 플래시 소스(255)는 플래시 튜브(tube)로서 구성될 수 있다. 플래시 인클로저(253)는 또한, 실질적으로 콘(cone) 형상의 반사기(257)를 포함할 수 있다. 디바이스(250)는, 전기 연결부들(260)에 의해 컴퓨터(259)와 플래시 소스(255) 사이에 연결된 플래시 전력 공급부(258)를 더 포함한다. 플래시 소스(255)가 플래시 전력 공급부(258)에 의해 에너지를 공급받아서(energized), 플래시 소스(255)가 구성요소, 이를테면 터빈 구성요소(120)를 가열하는 광 펄스를 방출하게 된다. 구성요소에 의해 방사되는 열 에너지의 일부분이 인클로저 애퍼처(254) 및 플래시 애퍼처(256)를 통해 이동하며, IR 센서(251)에 의해 검출된다. IR 센서(251)는 구성요소에 의해 방사되는 열 에너지에 기반하여 구성요소의 IR 이미지들을 생성한다. IR 센서(251)는 또한, 전자기 스펙트럼의 적외선 구역에 부가하여 또는 이 적외선 구역 대신에 다른 주파수들에서의 이미지 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다. IR 센서(251)는 전기 연결부(261) 또는 무선 연결에 의해 컴퓨터(259)에 통신가능하게 커플링된다(coupled).

[0028] 터빈 구성요소들의 자동 상태 평가를 위해 제공된 시스템은 복수의 카메라들(140) 및 제어기(190)를 포함하는, 앞서 설명된 포토박스(100)를 포함한다. 제어기(190)는 카메라들(140), 전동 회전 테이블(130), 뿐만 아니라 전동 선형 스테이지들(150)에 통신가능하게 커플링된다. 제어기(190)는 회전 테이블(130) 및 선형 스테이지들(150)을 제어하는 모터들 뿐만 아니라 카메라들(140)의 포지셔닝을 제어하기 위한 소프트웨어(software) 및 드라이버(driver)들을 포함하는 컴퓨터 또는 컴퓨터의 모듈일 수 있다. 카메라들(140)의 포지셔닝은 각각의 개별적으로 시험되는 구성요소 또는 각각의 유형의 구성요소, 이를테면, 예컨대 연소기 바스켓에 대해 컴퓨터에 미리 프로그래밍될(preprogrammed) 수 있다. 카메라들 중 적어도 하나는 플래시 서모그래피를 수행하도록 구성된 적외선 카메라이다.

[0029] 도 5에서 예시된 컴퓨터(259)는 중앙 프로세싱 유닛(processing unit)(280), 메모리(memory)(282) 및 입력/출력 인터페이스(interface)(284)를 포함할 수 있다. 컴퓨터는 일반적으로, 시각화를 위한 디스플레이(display)(281), 그리고 컴퓨터(259)와의 사용자 상호작용을 가능하게 하는 다양한 입력 디바이스들(283), 이를테면 키보드(keyboard)에 I/O 인터페이스(284)를 통해 커플링된다. 예컨대, I/O 인터페이스(284)로부터, 사용자는 검사될 구성요소의 유형을 식별함으로써 구성요소(120)를 컴퓨터(259)에 로딩(load)할 수 있다. 식별된 유형의 구성요소를 사용하여, 제어기(190)는 원하는 이미지를 포착하기 위하여 메모리(282)에 저장된 미리 프로그래밍된 포지션들에 따라 카메라들(140)을 자동으로 포지셔닝시킬 수 있다.

[0030] 도 1-도 5를 참조하면, 터빈 구성요소(120)의 자동 검사를 위한 비파괴 방법이 또한 제공된다. 복수의 광학 카메라들(140)이 제공되며, 터빈 구성요소(120)의 원하는 이미지를 포착하도록 구성된다. 위에서 설명된 바와 같이, 2 차원 이미지를 생성하는 카메라들(140)에 의해 구성요소(120)의 원하는 뷰가 포착될 수 있도록, 복수의 카메라들(140)은 터빈 구성요소(120)를 둘러싸는 이동가능한 전동 선형 스테이지들 상에 또는 고정된 지점들에 전략적으로 포지셔닝될 수 있다.

[0031] 그런 다음, 사용자는 터빈 구성요소(120)를 전동 회전가능 테이블(130) 상에 포지셔닝시킬 수 있다. 전동 회전가능 테이블(130)은 제어기(190)와 통신하며, 이 제어기(190)는 원하는 포지션으로의, 수직 축(170)을 중심으로 한 회전가능 테이블(130)의 포지셔닝, 이에 따라 또한 수직 축(170)을 중심으로 구성요소를 회전시키는 것을 제어할 수 있다. 특정 터빈 구성요소(120)는 컴퓨터(259) 상의 I/O 인터페이스(282)를 사용하는 사용자에 의해 컴퓨터(259)에 로딩될(loaded) 수 있다.

[0032] 터빈 구성요소(120)의 2 차원 이미지들을 포착하기 전에, 구성요소(120)의 3 차원 모델이 제어기(190)에 의해 생성된다. 이는, 터빈 구성요소(120)의 2-차원 윤곽을 포함하는 교정 타겟(160)을 사용하여 달성된다. 촬영가능한 교정 타겟(160)에 대해 구성요소(120)의 가시광 카메라들(140)을 사용하여 이미지들이 포착된다. 이러한 이미지들은, 포착된 이미지들을 텍스처(texture)들로서 3 차원 모델 상에 스티칭하기 위해 제어기(190)에 의해 사용된다.

[0033] 실시예에서, 컴퓨터(259)는 컴퓨터(259)의 메모리(282)에 저장된 미리 프로그래밍된(pre-programmed) 위치들을 사용하여 카메라들의 포지셔닝을 자동으로 제어한다. 대안적인 실시예에서, 카메라들은 사용자에 의해 수동으로 포지셔닝될 수 있다. 가시광 및/또는 적외선 카메라들을 포함할 수 있는 복수의 카메라들(140)을 사용하여, 구성요소(120)의 적어도 하나의 이미지가 포착되어 컴퓨터(259)에 저장된다. 컴퓨터(259)는 카메라로부터 포착된 2 차원 이미지들을 사용하여, 이미지들을 3 차원 모델 상에 스티칭하여서, 터빈 구성요소(120)의 가상 및 상호작용 모델을 생성한다.

[0034] 획득된 데이터는, 터빈 구성요소(120)의 상태를 평가하기 위하여 분석될 수 있다. 터빈 구성요소(120)의 상태를 평가하는 것은 구성요소 상의 결함들, 이를테면 박리들을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 결함들 또는 불연속들은 서모그래픽 이미지에서, 정상(NORMAL) 표면 또는 표면 밑 상태들과는 상이한 온도 변화로서 나타날 것이다. 또한, 당업자는, 터빈 구성요소(120)의 기재 상의 열 장벽 코팅의 두께를 측정함으로써, 터빈 구성요소의 상태를 평가할 수 있다. 실시예에서, 사용자는 구성요소(120)의 수명 동안 상이한 검사 간격들로 구성요소(120) 상의 열 장벽 코팅의 두께를 추적할 수 있을 수 있다.

[0035] 위에서 설명된 시스템 및 방법은 통상적으로 수동으로 수행된 프로세스(process)를 자동화하여서, 터빈 구성요소에 대한 각각의 원하는 시야에 대해 각각의 카메라가 찍을 필요가 있을 수 있는 다수의 포지션들을 포함하는 시험 환경을 수동으로 설치하는 시간 및 비용을 감소시킨다. 부가하여, 각각의 카메라에 미리 프로그래밍된 세팅(setting)들을 사용하는 것은, 상이한 시간들에 찍힌 이미지들이 정확하게 비교될 수 있도록, 원하는 뷰가 반복가능할 수 있게 한다. 개별적인 구성요소들에 대해 수집된 데이터가 장래의 사용, 이를테면, 예컨대 구성요소에 대한 통계 분석을 위해 저장 및 참조될 수 있다는 것이 인식될 수 있다. 통계 데이터는, 시간의 경과에 따라 구성요소의 건강(health)을 추적하기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다.

[0036] 본 개시내용의 실시예들이 예시적인 형태들로 개시되었지만, 다음의 청구항들에서 제시된, 본 발명의 사상 및 범위 그리고 그 등가물들로부터 벗어나지 않고 많은 수정들, 추가들 및 삭제들이 본 개시내용의 실시예들에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다.

Claims

터빈(turbine) 구성요소(120)의 자동 상태 평가(condition assessment)를 위한 시스템(system)으로서,
부분적으로 에워싸인 포토박스(photobox)(100) ―상기 포토박스(100)는,
상기 터빈 구성요소(120)를 지탱(carry)하도록 적응된 구성가능한 회전 테이블(table)(130),
적어도 하나의 벽(180) ―상기 적어도 하나의 벽(180)은 본질적으로 수평 플랫폼(platform)(210)에 직각이고 상기 수평 플랫폼(210)에 인접하며, 상기 회전 테이블(130)은 상기 수평 플랫폼(210) 상에서 지탱됨―, 및
상기 터빈 구성요소(120)를 둘러싸는 위치들에 자동으로 포지셔닝되도록(positioned), 그리고 상기 터빈 구성요소(120)의 복수의 이미지(image)들을 포착하도록 구성된 복수의 카메라(camera)들(140)을 포함함―; 및
각각의 카메라(140)의 포지셔닝(positioning)을 각각 제어하여 상기 터빈 구성요소(120)의 원하는 뷰(view)의 이미지를 포착하기 위하여 상기 복수의 카메라들(140) 각각과 통신하는 제어기(190)
를 포함하며,
상기 복수의 카메라들(140) 중 적어도 하나는 상기 터빈 구성요소(120)의 일부분의 서모그래픽(thermographic) 이미지를 포착하는 플래시 서모그래피(flash thermography)를 수행하도록 구성된 적외선 카메라이며,
상기 서모그래픽 이미지는, 상기 터빈 구성요소(120)의 상태를 평가하기 위해 사용되는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 회전 테이블(130)을 수직으로 포지셔닝(position)시키도록 구성된 선형 스테이지(stage)(150)
를 더 포함하는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 선형 스테이지(150)는 부착부를 포함하고, 상기 부착부에 카메라(140)가 부착되며, 그리고
상기 선형 스테이지(150)는 중공 터빈 구성요소(120)의 내부(interior)의 이미지를 포착하기 위하여 상기 중공 터빈 구성요소(120)의 상기 내부에의 상기 카메라(140)의 포지셔닝을 가능하게 하는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
교정 타겟(target)(160)
을 더 포함하고,
상기 교정 타겟(160)은 촬영가능한 타겟을 포함하며, 그리고
상기 카메라(140)는, 상기 터빈 구성요소의 3-차원 모델(model)을 생성하기 위하여 상기 터빈 구성요소(120)의 이미지를 포착하기 전에 상기 교정 타겟(160)의 이미지들을 포착하는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 제어기(190)는 상기 복수의 카메라들(140)에 의해 찍힌 상기 복수의 이미지들을 컴파일링(compile)하고, 상기 터빈 구성요소(120)의 상기 3-차원 모델 상에 상기 이미지들을 스티칭(stitch)하는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 3-차원 모델 상에 스티칭된(stitched) 이미지들은 상기 터빈 구성요소의 상태를 시각적으로 평가하기 위해 사용되는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 적외선 카메라와 플래시 튜브(tube)(255)는, 상기 뷰가 상기 플래시 튜브(255)의 중심을 통과하도록 단일 패키지(package)에 통합되는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 카메라들(140) 중 적어도 하나는 가시광 카메라인,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 터빈 구성요소(120)는 터보머신 블레이드(turbomachine blade) 또는 베인(vane), 전이부(transition) 및 연소기 바스켓(basket)으로 구성된 그룹(group)으로부터 선택되는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제어기(190)는 사용자가 검사될 특정 터빈 구성요소(120)를 표시하는 것을 가능하게 하는 I/O 인터페이스(interface)(284)를 포함하며, 그리고
상기 제어기(190)는 미리 프로그래밍된(preprogrammed) 위치들에 따라 상기 복수의 카메라들(140)을 포지셔닝하고, 상기 미리 프로그래밍된 위치들은 검사될 터빈 구성요소(120)에 따라 할당되는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 터빈 구성요소(120)는 열 장벽 코팅(coating) 및/또는 본드(bond) 코팅을 포함하는,
터빈 구성요소(120)의 자동 상태 평가를 위한 시스템.
터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법으로서,
복수의 광학 카메라들(140)을 제공하는 단계 ―상기 복수의 광학 카메라들(140) 각각은 상기 터빈 구성요소(120)에 대한 시야를 갖고, 상기 광학 카메라들(140) 중 적어도 하나는 플래시 서모그래피를 수행하도록 구성된 적외선 카메라임―;
상기 제어기가, 촬영가능한 교정 타겟에 대한 상기 터빈 구성요소의 획득된 이미지들로부터, 포토박스에 포지셔닝된 상기 터빈 구성요소의 3-차원 모델을 생성하는 단계;
상기 터빈 구성요소(120)의 원하는 뷰의 적어도 하나의 이미지를 포착하기 위하여, 상기 제어기(190)가, 상기 포토박스(100)에서 상기 터빈 구성요소(120) 주위에 복수의 카메라들(140)을 자동으로 포지셔닝시키는 단계;
상기 복수의 카메라들로부터 상기 구성요소의 복수의 이미지들을 포착하는 단계;
상기 제어기가, 상기 터빈 구성요소의 상기 3-차원 모델 상에 상기 복수의 이미지들을 스티칭하는 단계; 및
스티칭된 이미지 상에서의 상기 터빈 구성요소의 특성을 분석하는 단계
를 포함하는,
터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법.
제11 항에 있어서,
상기 제어기(190)가 상기 터빈 구성요소(120)를 자동 포지셔닝시키는 단계
를 더 포함하며,
상기 자동 포지셔닝시키는 단계는, 전동 회전 스테이지(130)를 제어함으로써 달성되며,
상기 터빈 구성요소(120)는 상기 전동 회전 스테이지(130) 상에서 지탱되는,
터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법.
제11 항에 있어서,
상기 복수의 카메라들(140)을 자동 포지셔닝시키는 단계는 선형 스테이지(150)의 제어를 통해 중공 터빈 구성요소의 내부로의 360도 카메라의 포지셔닝을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 카메라(140)는 상기 선형 스테이지(150) 상에서 지탱되는,
터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법.
제12 항에 있어서,
상기 터빈 구성요소(120)의 표면을 플래시 가열(flash heat)하고 상기 터빈 구성요소(120)로부터 방출된 적외선을 적외선 카메라가 포착함으로써 생성된, 상기 터빈 구성요소(120)의 서모그래픽 이미지를 획득하는 단계
를 더 포함하고,
상기 분석하는 단계는, 상기 터빈 구성요소가 언제 결함을 포함하는지를 결정하기 위하여 상기 서모그래픽 이미지 상에서의, 상기 구성요소의 상기 표면에 걸친 상이한 온도 변화들을 관찰하는 단계를 포함하는,
터빈 구성요소의 자동 상태 평가를 위한 비파괴 방법.