铰接多轴检测仪自动光学检测工业燃气轮机的系统和方法

铰接多轴检测仪自动光学检测工业燃气轮机的系统和方法
【专利摘要】发电机械(蒸汽轮机和燃气轮机)的内部部件用光学相机检测系统来检测，光学相机检测系统能够沿预先指定的导航路径自动地将相机视场(FOV)定位至机械内的关注区域，并在没有人为干扰的情况下捕获图像。自动相机定位和图像捕获可以自动地开始或在接收到操作者许可后开始。预先指定的导航路径可通过操作者将检测仪器手动定位在发电机器或相同类型的类似机器内并记录定位步骤以用于将来再现而限定。导航路径还可通过虚拟仿真来限定。检测系统包括铰接的多轴检测仪器。
【专利说明】铰接多轴检测仪自动光学检测工业燃气轮机的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求与其同时提交的指定序列号为13/362,417的题名“System AndMethod For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And OtherPower Generation Machinery”的案号为N0.2011P28983US的共同未决美国实用新型专利申请以及与其同时提交的指定序列号为13/362,352的题名“System And MethodFor Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other PowerGeneration Machinery With Mult1-Axis Inspection Scope”的案号为 N0.2011P22742US的共同未决美国实用新型专利申请的优先权，这两个申请的全部内容通过引用并入本文中。

【技术领域】
[0003]本发明涉及一种用于工业燃气轮机和其它发电机械(非限制性地举例来说，包括蒸汽轮机和发电机)的无损内部检测的光学相机系统。更具体地说，本发明涉及一种光学相机检测系统，其能够将相机视场(FOV)自动地定位至机械内的关注区域，并在不受人为干扰的情况下捕获图像。自动相机定位和图像捕获可以自动地开始或在接收到操作者许可后开始。

【背景技术】
[0004]比如蒸汽轮机或燃气轮机的发电机械通常以定期的检测和维护周期连续地运行，在定期的检测和维护周期时，涡轮机离线(taken off line)并关闭。举例来说，燃气轮机发动机通常将连续地运行约4000小时以发电，因此，其离线并用于日常维护、检测，并维修在检测期间确认的任何部件。为了定期维护而使燃气轮机离线并最终完全关闭它是多天工程(mult1-day project)。一些润轮机部件(比如润轮机转子部分)在超过100(TC (1832 0F )的温度下运行。在完全关闭之前，涡轮机需要48-72小时的冷却时间来达到环境温度，以降低部件扭曲或其它变形的可能性。在关闭阶段期间，涡轮机转子通过辅助驱动电机在约10RPM或更小下以“转向齿轮模式(turning gear mode) ”旋转，以降低转子扭曲的可能性。其它涡轮机部件，比如涡轮机壳体也缓慢地冷却到环境温度。
[0005]当涡轮机在高达约72小时的过程中冷却至环境温度时，可以用光学相机检测系统检测如今静止的涡轮机的内部部件。已知光学相机检测系统使用刚性或柔性的光学管道镜，光学管道镜插入位于涡轮机周界附近的检测端口中。管道镜手动地定位成使其视场涵盖润轮机内的关注区域，比如一个或多个轮叶或叶片、燃烧室篮(combustor basket)等。光学地联接至管道镜的相机捕获视场内的关注物体的图像，以由检测者远程可视化和存储(必要时)。
[0006]如果想要得到给定涡轮机检测端口内的不同关注区域的一系列不同图像，则操作者必须手动地重新定位相机检测系统管道镜，以实现关注的内部区域与视场的期望相对对准。相对对准可通过物理地移动管道镜使得其观察端口定位在关注的静止区域附近来实现。管道镜与静止涡轮机部件的这种相对移动的示例为:以不同取向将管道镜插入静止燃料室内或使管道镜沿径向进出涡轮机部分内的轮叶排和叶片排之间的空间。相对对准还可通过将管道镜观察端口维持在静止位置并将所关注的涡轮机内部部件移入静止视场中来实现。涡轮机内部部件与静止管道镜的相对移动的示例是:通过相继地手动旋转涡轮机转子几度以及捕获叶片图像来检测叶片排内的不同叶片。转子相继地旋转以在相机视场内对准排中的每个期望单独叶片。
[0007]完整的涡轮机检测要求检测人员在相机检测系统观察端口与涡轮机内的关注区域之间进行多次手动相对重新定位序列。检测质量和生产率受到检测者和检测组的检测和操纵技术的影响。由于燃气轮机中的部件之间的复杂操纵路径，检测设备定位是有挑战性的。例如，将管道镜插入通过燃烧室检测端口以检测第一排轮叶的前缘或有关支撑件要求复合的操纵。检测设备在涡轮机内的不恰当定位会潜在地损坏涡轮机内部部件。通常需要多个操作者的检测组来使用已知检测方法和设备执行手动检测。总之，已知的手动相机检测过程和检测系统操纵是耗时的、本质上是重复性的，并通常要求多个人员的检测组进行辅助。已知的手动相机检测过程和检测系统操纵所需的“人为因素”基于人为技术水平差别会引入非期望的检测工艺差异。在给定人为技术差异的情况下，与其它组相比，一些检测组能够在较短时间内完成检测，获得更好的图像质量，并具有较少的检测损坏风险。理想地，高绩效检测组的技术可由所有组取得而使用。
[0008]光学相机检测系统和方法的领域中存在的一种需求是，与已知检测设备和方法所获得的相比，减少了执行发电机械(非限制性地举例来说，包括蒸汽轮机或燃气轮机和发电机)的无损内部检测所需的总用时，使得所述机械在维护周期期间可被更快地带回线上，用于恢复发电。
[0009]光学相机检测系统和方法的领域中存在的另一种需求是，能够在单独机器检测周期内或在多个不同机器的检测周期内始终并重复地将检测设备定位在发电机械(非限制性地举例来说，包括蒸汽轮机或燃气轮机和发电机)内，而与已知的手动检测设备和方法所获得的相比，对机器内部部件的损坏风险最小，并具有高图像质量和更快的检测周期时间。
[0010]光学相机检测系统和方法的领域中存在的又一种需求是，帮助在不同检测组之间使检测技术水平和生产率均衡。


【发明内容】

[0011]相应地，共同或个别地，本发明的潜在目的是制造用于发电机械(非限制性地举例来说，包括蒸汽轮机或燃气轮机和发电机)的光学相机检测系统和方法，与已知的检测设备和方法相比，其:减少了总的定期维护周期时间和单独的检测周期时间；在单独机器检测周期内或在多个不同机器检测周期内始终并重复地定位检测设备定位检测设备，而对机器内部部件的损坏风险最小，并具有高图像质量；有助于在不同检测组之间使检测技术水平和生产率均衡。
[0012]发电机械(蒸汽轮机和燃气轮机或发电机)的内部部件由光学相机检测系统来检测，光学相机检测系统能够沿预先指定的导航路径自动地将相机视场(FOV)定位至机械内的关注区域，并在没有人为干扰的情况下捕获图像。自动相机定位和图像捕获可以自动地开始或在接收到操作者许可后开始。预先指定的导航路径可通过操作者将检测仪器(inspection scope)手动定位在发电机器或相同类型的类似机器内并记录定位步骤的序列以用于将来再现而限定。导航路径还可通过虚拟仿真来限定。
[0013]根据本发明的这些和其它目的可由一种用于燃气轮机或蒸汽轮机的内部检测的系统来实现。该系统包括固定至涡轮机检测端口的基底。该系统还包括检测仪器，检测仪器具有限定出中心轴线的可延伸的纵长主体、旋转地联接至基底的近端和用于插入涡轮机检测端口内的远端。检测仪器具有:位于近端和远端中间的延伸部；以及铰接接头，具有相对的第一接合端和第二接合端，第一接合端联接至检测仪器远端。具有视场的摄像头联接至铰接接头第二接合端。总旋转驱动器(gross rotation drive)联接至检测仪器,用于使检测仪器绕其中心轴线旋转。仪器延伸驱动器联接至延伸部，用于使该延伸部平移。铰接驱动器联接至摄像头，用于使摄像头视场相对于检测仪器中心轴线铰接活动。相机联接至摄像头，用于捕获视场内的图像。该系统还具有控制系统，该控制系统联接至总旋转件、仪器延伸件和铰接驱动器及相机，用于沿涡轮机内的预先指定的导航路径将检测仪器和视场自动地定位至所关注的内部区域，并在没有人为干扰的情况下捕获相机图像。
[0014]本发明还表征了一种用于蒸汽轮机或燃气轮机的内部检测的系统，包括固定至燃气轮机检测端口的基底。该系统还包括检测仪器，检测仪器具有限定出中心轴线的可延伸的纵长主体、旋转地联接至基底的近端和用于插入涡轮机检测端口内的远端。延伸部位于近端和远端中间。检测仪器具有铰接接头，铰接接头具有相对的第一接合端和第二接合端，第一接合端联接至检测仪器远端。摄像头延伸件联接至铰接接头第二端。该延伸件具有摄像头伸缩部以及也联接至铰接接头第二端的摄像头旋转/摇摄(pan)接头。检测仪器具有联接至摄像头延伸件和摄像头旋转/摇摄接头的摄像头(具有视场)。检测仪器具有用于运动轴线的驱动器。总旋转驱动器使检测仪器绕其中心轴线旋转。仪器延伸驱动器使延伸部平移，铰接驱动器使摄像头视场相对于检测仪器中心轴线铰接活动。摄像头延伸驱动器使摄像头伸缩部平移，摄像头旋转/摇摄驱动器使摄像头旋转。相机联接至摄像头，用于捕获仪器视场内的图像。控制系统联接至相应的总旋转件、仪器延伸件、铰接件、摄像头延伸件和摄像头旋转/摇摄驱动器及相机，用于沿涡轮机内的预先指定的导航路径将检测仪器和视场自动地定位至所关注的内部区域，并在没有人为干扰的情况下捕获相机图像。
[0015]本发明还表征了一种用于蒸汽轮机或燃气轮机的内部检测的方法，包括提供内部检测系统的步骤。该检测系统具有固定至涡轮机检测端口的基底和联接至基底的检测仪器。更具体地说，检测仪器具有限定出中心轴线的可延伸的纵长主体，近端旋转地联接至基底，而远端用于插入涡轮机检测端口内。检测仪器具有:位于近端和远端中间的延伸部；以及铰接接头，具有相对的第一接合端和第二接合端，第一接合端联接至检测仪器远端。具有视场的摄像头联接至铰接接头第二接合端。检测仪器还具有多个驱动器，用于对仪器施加选择的运动。总旋转驱动器使检测仪器绕其中心轴线旋转。仪器延伸驱动器使延伸部平移。铰接驱动器使摄像头视场相对于检测仪器中心轴线铰接活动。相机联接至摄像头，用于捕获检测仪器视场内的图像。该系统包括控制系统，控制系统联接至总旋转件、仪器延伸件和铰接驱动器及相机，用于沿涡轮机内的预先指定的导航路径将检测仪器和视场自动定位至所关注的内部区域，并在没有人为干扰的情况下捕获内部区域的相机图像。检测方法还通过将基底固定至涡轮机检测端口来执行。给控制系统提供导航路径。用控制系统沿导航路径自动地定位检测仪器和摄像头视场，并在没有人为干扰的情况下捕获其相机图像来检测涡轮机。
[0016]导航路径由许多方法预先确定，并随后记录下来以备将来通过检测步骤中使用的实际检测仪器的控制系统进行再现。导航路径预先确定方法可包括:检测步骤中所使用类型的检测仪器沿选择的导航路径在实际检测的燃气轮机(或在具有与实际检测的燃气轮机相同类型的内部结构的另一燃气轮机)内的现有人为控制定位(pr1r humancontrolled posit1ning);检测步骤中所使用类型的虚拟检测仪器沿选择的导航路径在正检测类型的虚拟发电机器内的人为控制模拟定位；以及检测步骤中所使用类型的虚拟检测仪器和虚拟发电机器沿模拟选择的导航路径在没有人为干扰的情况下的模拟定位。
[0017]本发明的目的和特征可由本领域技术人员以任意组合或子组合的形式共同或单独地应用。

【专利附图】

【附图说明】
[0018]结合附图，通过考虑下列详细描述可容易地理解本发明的教导，附图中:
[0019]图1是已知燃气轮机的部分横截面示意图；
[0020]图2是已知燃气轮机的部分横截面示意图，示出本发明的光学相机检测系统实施例部分地插入燃烧室检测端口中；
[0021]图3是已知燃气轮机的部分横截面示意图，用图2的光学相机检测系统执行对燃烧室内部部件的检测；
[0022]图4是已知燃气轮机的部分横截面示意图，用图2的光学相机检测系统执行对排I涡轮机叶片的前缘的检测；
[0023]图5是图2的光学相机检测系统实施例的示意性透视图，示出可用运动度Ω、T、Φ、Ε 和 Θ ；
[0024]图6是处于图2折叠插入位置的图5的光学相机检测系统的示意性透视图；
[0025]图7是处于图3锁定检测位置的图5的光学相机检测系统的示意性透视图；
[0026]图8是图5的光学相机检测系统的延伸管机械部分的示意性透视图，示出运动度Ω和T ;
[0027]图9是本发明的附接至涡轮机检测端口的接合环的示意性透视图；
[0028]图10是图5的光学相机检测系统的摄像头铰接和旋转(摇摄)机构的示意性正视图，示出运动度Φ和Θ ;
[0029]图11是图10的摄像头铰接和旋转(摇摄)机构的示意性俯视图；
[0030]图12是图5的光学相机检测系统的摄像头延伸机构的示意性正视图，示出运动度E ；
[0031]图13是图5的光学相机检测系统的摄像头的示意性透视图；
[0032]图14是图5的光学相机检测系统的摄像头的示意性分解透视图；
[0033]图15是图14的摄像头的示意性部分组装透视图；
[0034]图16是用于图5的光学相机检测系统的控制箱和控制系统的框图；
[0035]图17是用于本发明的光学相机检测系统的操作者远程监控和控制的平板电脑人机界面(HMI)实施例的示意性透视图；
[0036]图18是已知燃气轮机的部分横截面示意图，示出本发明的另一光学相机检测系统实施例插入两个分离涡轮机部分排的各自检测端口中；
[0037]图19是图18的光学相机检测系统实施例的透视性正视图，示出可用运动度Τ、Θ和Φ ;以及
[0038]图20是用于运动度Φ的摆动棱镜铰接机构的正视图。
[0039]为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。

【具体实施方式】
[0040]在考虑下列描述之后，本领域技术人员会清楚地认识到，本发明的教导可容易地用在用于发电机械(非限制性地举例来说，包括蒸汽轮机或燃气轮机和发电机)的无损内部检测的光学相机系统中。光学相机检测系统能够将相机视场(FOV)自动地定位至机械内的关注区域，并在没有人为干扰的情况下捕获图像。自动相机定位和图像捕获可自动地开始或在接收到操作者许可后开始。或者，该系统可以在“手动”模式下由人操作。
[0041]相机检测系统概述
[0042]参见图1，本发明的实施例便于自动地离线远程可视化检测燃气轮机30内部部件，燃气轮机内部部件包括燃烧室34、涡轮机部分排I和排2固定轮叶42、46、前缘排I和排2旋转叶片44、48和环区段。如图2-4和18所示，本发明检测系统的实施例使得可通过将远程致动光学相机检测仪器探针60、220附接至涡轮机检测端口 36、50和52来检测未完全冷却至环境温度的离线涡轮机。在附接时，检测仪器探针60、220经由内部运动控制伺服电机(在运动控制系统的指挥下)选择性地定位(由操作者手动定位或无操作者地自动定位)。得到、捕获并在必要时存储图像数据以用于进一步分析。
[0043]铰接检测仪器
[0044]图2-4示出通过将铰接检测仪器实施例60插入(图2)燃烧室34检测端口 36中而对燃气轮机进行检测。为了操纵仪器60在燃气轮机设施界限周围的间隙，检测仪器60具有折叠关节，使得仪器可在纵长仪器的情况下在一半处折叠成大致L形轮廓。当仪器60定位在检测端口 36内时，关节变直，如图3所示。在检测仪器60固定至检测端口 36之后，其可用于通过旋转和延伸其摄像头来检测燃烧室内部部件。在图4中，当仪器60进一步延伸，其摄像头铰接活动时，可以得到排I轮叶和排I叶片前缘的图像。如果涡轮机转子处于转动模式，则当排I叶片旋转通过摄像头视场时，可捕获所有排I叶片的图像。
[0045]参见图5，检测仪器60具有三个主部件部分:延伸管部分62 (见图5_9);电机箱64(见图5、10-12);以及相机顶端66(见图5、12-15)，它们能够执行下列五个运动自由度:
[0046]Ω——总体旋转；
[0047]T——伸缩延伸；
[0048]Φ-摄像头铰接活动；
[0049]E 摄像头顶端延伸；以及
[0050]Θ——摄像头旋转/摇摄。
[0051]延伸管部分52具有附接至检测端口，比如燃烧室检测端口 36的安装管70和安装轴环72。电机壳体74附接至安装管70的远侧安装轴环72的相对端部，并容纳执行Ω和T运动度所需的伺服电机。三个伸缩管75-77弯折进安装管70中，以提供T方向运动。
[0052]如图6和7所示，弹簧负载锁定关节80使得整个检测仪器60可折叠，以用于涡轮机30周围的紧凑操纵，如图2所示及如上所述。如图7所示，当检测仪器60位于锁定检测位置时，锁定套筒77A在伸缩管77上滑动，并限制其中的关节80。
[0053]如图5所示，电机箱64容纳定位电动铰接接头82所需的伺服电机，其提供Φ运动度、经由摄像头伸缩延伸件84、86的摄像头66头延伸运动E和摄像头88旋转/摇摄运动度Θ。摄像头88包括相机端口 90、92，用于相应轴向和横向视场(FOV)。
[0054]图8是电机壳体74的详细图，示出位于旋转轮毂100中的两个同轴嵌套的独立驱动的大小直径齿轮。旋转驱动齿轮102由旋转伺服电机104驱动，以通过旋转位于旋转轮毂100中的较大直径齿轮而实现Ω运动。伸缩延伸驱动螺杆106刚性地联接至旋转轮毂100中的较小直径齿轮，较小直径齿轮又接合延伸驱动齿轮108。延伸伺服电机110用于通过旋转位于旋转轮毂100中的较小直径齿轮而实现T运动。安装轴环72附接至接合环112，接合环又附接至检测端口，比如燃烧室检测端口 36。如图9所示，接合环包括多个周界螺纹114，多个周界螺纹与轴环72内的匹配内螺纹接合。接合环112具有安装孔116，用于接收锥形头机器螺钉118。螺钉118可被束缚地安装在接合环112内。将仪器固定至检测端口的接合环的其它构造或基底的其它形式可代替接合环112。
[0055]参见图10,电机箱64具有带一对间隔开的耳状电机箱枢轴122的电机箱壳体120。铰接运动伺服电机24使驱动螺杆126旋转，驱动螺杆通过使相机枢转轮毂128倾斜来施加Φ铰接运动。倾斜运动轴132在旋转地联接至电机箱枢轴122的相机轮毂枢轴130之间确立。偏移链接件133联接至驱动螺杆126，并将线性运动转变为绕倾斜运动轴132的旋转运动。
[0056]电机箱壳体120还包含对摄像头66施加Θ运动度的相机摇摄/旋转伺服电机134，如图11所示。伺服电机134驱动锥齿轮系136，锥齿轮系又包括旋转地捕获在相机枢转轮毂128内的被驱动的锥齿轮，用于进而使旋转轮毂129旋转。旋转轮毂129刚性地联接至摄像头伸缩延伸件84。相机顶端伸缩延伸件84和86通过延伸伺服电机140在E运动度中延伸和缩回，延伸伺服电机又接合线性驱动螺杆142。驱动螺杆142包括驱动滑轮144，张紧缆线146在驱动滑轮上通过。从滑轮148附接至摄像头88，还联接至缆线146。卷簧150插入摄像头88与旋转轮毂129之间，并使它们远离彼此偏置，从而张紧缆线146。由此得出结论，驱动螺杆142借助延伸伺服电机140的选择性平移使摄像头88在附图中向左右移动(运动E)。
[0057]图13-15示出摄像头88，其具有带摄像头壳体152和选择性地可移除盖15的蛤壳构造。相机156具有穿过“相机I”端口 90的视场(FOV)，“相机I”端口 90沿摄像头88的中心轴线延伸。相机158具有穿过“相机2”端口 92的视场(FOV)，“相机2”端口 92横向于或正交于摄像头88的中心轴线延伸。相机156经由棱镜160产生其图像。相机156、158是日常与个人电脑一起使用的类型的已知自动对焦USB相机。发光二极管(LED)162和164在发电机械的内部检测期间提供用于相机156、158的照明。
[0058]检测仪器60的外部由冷却空气线路170和加压冷却空气源172 (例如压缩空气)冷却，如图15示意性所示。冷却空气通过仪器60，以将热量从器械传送走，其中，在相机156、158和LED 162、164周围，冷却空气经由仪器外表面内的孔隙排出，比如相机端口 90、92、棱镜160。那些孔隙有效地充当冷却空气排出端口。各冷却端口排出的冷却空气有助于将热量从仪器60传送出，并有助于在摄像头88周围产生热障，摄像头与未完全冷却的涡轮机30内部温度相比相对更冷。如此，检测仪器60可在涡轮机冷却至环境空气温度之前几小时插入仍然热的已关闭涡轮机中。如此，与已知检测系统所允许的情况相比，可提前几小时(可能几天)开始进行检测。如此，与过去的可能情况相比，在涡轮机保养周期中可以提前开始并完成检测过程，从而可减少总的维护周期时间。
[0059]相机检测仪器控制和操作
[0060]通过激励五个先前所述的精密运动控制伺服电机104(Ω)、110⑴、124(θ)、124(Φ)和140(E)可实现检测仪器60沿其五个运动度的定位。伺服电机具有相关联的编码器，相关联的编码器提供由已知运动控制系统的控制器使用的电机位置信息反馈。图16是本发明的示例性运动控制系统的框图。先前所述的检测仪器60硬件由虚线60表示，并借助已知的连通路径(比如多路径缆线192和USB相机缆线)与也由虚线表示的控制箱180连通。
[0061]控制箱180包括第一和第二电源182、184，用于给运动控制器186和运动控制器电机驱动器188提供动力。所有部件182-188具有用于工业运动控制系统的已知设计。运动控制器186给运动控制器电机驱动器188发出命令，以激励并反转检测仪器60伺服电机104(Ω)、110(Τ)、124( θ )、124(Φ)和140(E)。为简便起见，所有这种电机统称为“伺服电机”。各伺服电机具有相关联的编码器，相关联的编码器产生指示位于仪器相应运动范围内的仪器位置的编码器信号。例如，与伺服电机104相关联的编码器产生指示延伸管部分62的总旋转位置(Ω)的旋转位置信号。来自每个编码器的位置信号信息由运动控制器186访问。运动控制器186使相应电机编码器信号与检测仪器60空间位置关联。数字光控制器190控制LED 162、164的亮度输出和开/关，并与运动控制器186连通。运动控制器186还控制进入并穿过检测仪器60的冷却空气流，例如离开冷却端口 174的流率。
[0062]运动控制器186具有可选的无线连通容量194。硬件数据路径198 (例如，传输符合以太网协议的通信信号的缆线)与主机控制器200连通。示例性主机控制器200是具有内存储器容量和外存储器202 (必要时)的个人电脑。主机控制器电脑200还接收并处理来自相机156 (USB相机I)和来自相机158 (USB相机2)的可处理的图像数据。电脑200可在存储器202中存储或另外贮存原始或处理后的图像数据。检测仪器60可在人为命令和控制下比如经由操纵杆204和/或HMI观察/触摸屏206进行定位。来自相机156、158的图像可通过HMI观察屏206观察。可选地，电脑200可具有无线通信能力，例如与其它电脑(比如平板电脑)通信，其它电脑包括例如具有HMI的平板电脑210。图17示出包括相机I图像显示器212、相机2图像显示器214、探针位置信息显示器216和操纵检测仪器60位置的HMI控制界面218的示例性平板电脑HMI显示屏。平板电脑210可具有与运动控制器186进行直接通信的能力，而不需要经由主机控制器电脑200进行通信。
[0063]叶片/轮叶检测仪器
[0064]图18-20示出叶片/轮叶检测仪器220实施例。该实施例尤其适用于燃气轮机30涡轮机部分38界限内、在旋转叶片和静止轮叶各排之间的检测。图18示出分别安装到排I检测端口 50和排2检测端口 52每个上的一对检测仪器220。然而，由检测组酌情处理，单个检测仪器220可安装至选择的检测端口，或者多于两个检测仪器220可在检测过程期间同时安装到涡轮机30。类似地，根据其酌情处理，检测组还可在任何检测过程中同时或不同时操作一个或多个检测仪器60实施例与检测仪器220实施例。
[0065]如图19和20所示，检测仪器220实施例通过安装凸缘222安装至燃气轮机检测端口(在此，为排I检测端口 50)。具有相关联的伺服电机和编码器的线性驱动器224使检测仪器在伸缩延伸位置运动度T中平移。具有相关联的伺服电机和编码器的旋转驱动器226使检测仪器在相机旋转/摇摄运动度Θ中旋转。管道镜228机械地联接至线性驱动器224和旋转驱动器226，并具有摄像头230，摄像头在其视场(FOV)内捕获。摄像头230包括枢转棱镜232，枢转棱镜在铰接Φ运动度中的运动由相关联的伺服电机和编码器施加。管道镜228具有已知构造，并包括光纤透镜234和辅助外部照明设备(未示出)，辅助外部照明设备照明并给相机336传输摄像头视场内的图像。相机236可以是自动对焦USB相机，其联接至运动控制系统，比如图16所示。检测仪器220沿其运动度Φ、Θ和T的总体运动控制和定位以及相机图像捕获如先前参考检测仪器实施例50所述那样执行。
[0066]检测仪器220包括外部冷却系统，当涡轮机部分30仍具有高达约150°C的高温时，外部冷却系统用于涡轮机30冷却阶段内的检测。如参考检测仪器实施例50所述，冷却系统包括平行于管道镜228或在管道镜228内延伸的空气线路170，管道镜将从冷却空气源获得的冷却空气排放通过一个或多个功能性冷却空气排出端口，比如摄像头230周围的端□。
[0067]叶片/轮叶检测仪器220实施例中的三个运动度Φ、Θ和T足以在涡轮机转子以转向齿轮模式旋转时获得给定排内的所有旋转涡轮机叶片的前侧或后侧完整图像。例如，在图18中，每个排I涡轮机叶片44的前侧可由定位在检测端口 50中的检测仪器220检测。当每个单独叶片在摄像头230视场内旋转时，其图像由相关联的控制系统捕获。在涡轮机30处于转向齿轮模式时，部分或全系列叶片图像可在单独电机40旋转期间获得。单个摄像头230视场可能不会捕获涡轮机叶片上关注区域的全径向长度。通过重新定位摄像头倾角Φ或沿T自由度插入/缩回管道镜228，相机视场可沿叶片或轮叶长度在径向方向上重新定位。在不同叶片/轮叶径向位置捕获的图像可结合以产生整个叶片的全图像。类似地，排I中的每个叶片44后缘的图像可通过将检测仪器220定位在涡轮机检测端口 52中而捕获，如针对前缘所做的那样。
[0068]示例性涡轮机检测过程
[0069]本发明的相机检测系统提供了检测相机视场在无人为干扰的情况下相对于涡轮机(比如燃气轮机)的关注区域的自动定位和图像捕获的能力。在给系统提供了检测仪器定位序列信息之后，由不同检测组重复进行后续检测，而不管它们各自的检测仪器定位技术或检测速度如何。与已知检测过程相比，自动检测可以更快速完成，产生人为误差的可能性更小。本发明的检测方法的其它解释参考示例性工业燃气轮机的检测。
[0070]检测仪器定位顺序信息可通过将本发明的检测仪器实施例安装在选择的检测端口上并将所有受控运动取向为初始或“开始”位置而获得。检测人员例如使用操纵杆或触摸屏板弓I导检测仪器经由涡轮机内的导航路径(记录在一个或两个控制系统控制器/主机电脑内)通过控制系统HMI。导航路径选择成将检测仪器摄像头视场取向在关注区域内，而不会使涡轮机内部部件对仪器造成不需要的影响。
[0071]控制系统保留来自初始人为受控检测的导航路径信息，并可随后重复检测仪器定位序列，以用于将来对相同涡轮机或具有相同内部结构的其它涡轮机的检测周期。例如，导航路径序列可在单个测试涡轮机上执行，所述序列可传送至其它远程地点而由检测位于该地点的相同结构燃气轮机的检测组使用。在现场，检测组可关心不同燃气轮机可具有与原始燃气轮机不同的内部结构。现场组可逐步地回顾存储的导航路径，以本地优先地(override)包含现场安装涡轮机所需的任何路径变化，从而执行检测，或者可选择规划专用于现场地点涡轮机的新导航路径。
[0072]或者，导航路径可在虚拟空间中由检测人员在模拟涡轮机中模拟导航路径并记录路径以待随后应用在实际涡轮机检测中来确定。作为另一替代，仪器检测模拟程序可准备建议的检测导航路径，以由检测人员回顾和核定。
[0073]导航路径序列可使摄像头视场从一个关注位置移动至另一关注位置。例如，检测仪器可固定至燃烧室检测端口，在燃烧室检测端口上，检测系统可捕获并记录燃烧室内的内部部件的图像，然后移向排I轮叶的前缘，通过那些轮叶并检测排I叶片的前缘。如果涡轮机处于转向齿轮模式，则摄像头可在单个转子旋转期间相继记录每个叶片的相同图像。
[0074]当在导航路径位置时，摄像头可重新定位以从相同参考点获得来自不同相机视场的图像信息。来自相同参考点的各图像可组合以获得结构元件的复合或“缝合”视图，或者得到涡轮机内部的任何或所有部分的虚拟“之旅”。
[0075]除了将检测仪器摄像头视场从一个位置移动至另一位置，还可移动静止摄像头视场内的所关注涡轮机部件区域。例如，插入叶片和轮叶排之间的检测仪器可捕获在相机视场内旋转的每个叶片的图像，而不管涡轮机处于转向齿轮模式还是操作者在摄像头前方相继地手动“移动(bump) ”完全停止涡轮机转子的每个叶片。
[0076]尽管在本文中详细示出和描述了包含本发明教导的各种实施例，但是本领域技术人员可易于设想许多仍包含这些教导的其它变型实施例。例如，可在可见光光谱或红外光谱中获得涡轮机内部部件的“光学图像”。检测仪器运动度不必受限于那些由伺服电机104(Ω)、110(Τ)、124( θ )、124(Φ)和140(E)实现的示例性运动。仪器运动不必由伺服电机施加，并可包括已知的替代气动或其它运动控制系统。
【权利要求】
1.一种用于涡轮机的内部检测的系统，包括: 基底，固定至涡轮机检测端口； 检测仪器，具有:限定出中心轴线的可延伸的纵长主体，近端旋转地联接至所述基底，远端用于插入涡轮机检测端口内；位于所述近端和所述远端中间的延伸部；以及铰接接头，具有相对的第一接合端和第二接合端，所述第一接合端联接至检测仪器远端； 具有视场的摄像头，联接至铰接接头第二接合端； 总旋转驱动器，联接至所述检测仪器，用于使所述检测仪器绕检测仪器中心轴线旋 转； 仪器延伸驱动器，联接至所述延伸部，用于使所述延伸部平移； 铰接驱动器，联接至所述摄像头，用于使摄像头视场相对于检测仪器中心轴线铰接活动； 相机，联接至所述摄像头，用于捕获视场内的图像；以及 控制系统，联接至总旋转件、仪器延伸件和铰接驱动器及相机，用于沿涡轮机内的预先指定的导航路径将检测仪器和视场自动地定位至所关注的内部区域，并在没有人为干扰的情况下捕获内部区域的相机图像。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统沿所述导航路径自动地并相继地将视场定位至多个关注区域，并捕获多个关注区域的相应图像。
3.如权利要求2所述的系统，其中，多个关注区域的图像组合以产生复合图像，包括从由以下内容构成的群组中选择的复合图像: 组合多个关注区域的图像，并产生复合图像；以及 组合在多个时刻摄取的图像，并覆盖所述图像。
4.如权利要求1所述的系统，还包括冷却系统，所述冷却系统联接至所述检测仪器，用于将加压的冷却气体发送通过所述检测仪器。
5.如权利要求1所述的系统，还包括照明系统，所述照明系统联接至所述摄像头，用于照明摄像头视场。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述导航路径表示从由以下内容构成的群组中选择: 检测系统沿选择的导航路径在相同类型的涡轮机内的人为控制定位，并且记录所述导航路径以用于通过检测仪器控制系统进行后续再现； 虚拟检测系统沿选择的导航路径在相同类型的虚拟涡轮机内的人为控制模拟定位，并且记录所述导航路径以用于通过检测仪器控制系统进行后续再现；以及 相同类型的虚拟检测仪器和虚拟发电机器沿模拟选择的导航路径在没有人为干扰的情况下的模拟定位，并且记录所述导航路径以用于通过检测仪器控制系统进行后续再现。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述涡轮机是燃气轮机，所述基底联接至燃烧室检测端口，所捕获的图像从由燃烧室部分内部部件、涡轮机部分内部部件、排I轮叶和排I叶片构成的群组中选择。
8.如权利要求1所述的系统，还包括: 第一相机，联接至所述摄像头，能够在第一视场中捕获图像，第一视场大致平行于所述摄像头的中心轴线；以及第二相机，联接至所述摄像头，能够在第二视场中捕获图像，第二视场大致在横向方向上与摄像头中心轴线对准。
9.如权利要求1所述的系统，还包括位于铰接接头第二端和摄像头中间的摄像头延伸件，摄像头延伸件具有摄像头伸缩部和摄像头延伸驱动器，摄像头延伸驱动器用于使摄像头伸缩部平移，联接至摄像头伸缩部和控制系统，使得所述控制系统能够在定位视场时使摄像头延伸件平移。
10.如权利要求1所述的系统，还包括位于铰接接头第二端和摄像头中间的摄像头旋转/摇摄接头，摄像头旋转/摇摄接头具有用于使摄像头旋转的摄像头旋转/摇摄驱动器，摄像头旋转/摇摄驱动器联接至摄像头和控制系统，使得所述控制系统能够在定位视场时使摄像头旋转/摇摄。
11.如权利要求1所述的系统，还包括位于检测仪器近端和远端中间的关节接头，用于选择性地折叠所述检测仪器。
12.一种用于燃气轮机的内部检测的系统，包括: 基底，固定至燃气轮机检测端口 ； 检测仪器，具有:限定出中心轴线的可延伸的纵长主体，近端旋转地联接至所述基底，远端用于插入涡轮机检测端口内；位于近端和远端中间的延伸部；以及铰接接头，具有相对的第一接合端和第二接合端，第一接合端联接至检测仪器远端；摄像头延伸件，联接至铰接接头第二端，并具有摄像头伸缩部；以及摄像头旋转/摇摄接头，也联接至铰接接头第二端; 具有视场的摄像头，联接至所述摄像头延伸件和所述摄像头旋转/摇摄接头； 总旋转驱动器，联接至所述检测仪器，用于使所述检测仪器绕检测仪器中心轴线旋转； 仪器延伸驱动器，联接至所述延伸部，用于使所述延伸部平移； 铰接驱动器，联接至所述摄像头，用于使摄像头视场相对于检测仪器中心轴线铰接活动； 摄像头延伸驱动器，联接至所述摄像头伸缩部，用于使所述摄像头伸缩部平移； 摄像头旋转/摇摄驱动器，联接至所述摄像头，用于使所述摄像头旋转； 相机，联接至所述摄像头，用于捕获视场内的图像；以及 控制系统，联接至相应的总旋转件、仪器延伸件、铰接件、摄像头延伸件和摄像头旋转/摇摄驱动器及相机，用于沿涡轮机内的预先指定的导航路径将检测仪器和视场自动地定位至所关注的内部区域，并在没有人为干扰的情况下捕获内部区域的相机图像。
13.如权利要求12所述的系统，还包括: 冷却系统，联接至所述检测仪器，用于将加压的冷却气体发送通过所述检测仪器和摄像头； 照明系统，联接至所述摄像头，用于照明摄像头视场； 第一相机，联接至所述摄像头，能够在第一视场中捕获图像，第一视场大致平行于所述摄像头的中心轴线；以及 第二相机，联接至所述摄像头，能够在第二视场中捕获图像，第二视场大致在横向方向上与摄像头中心轴线对准。
14.一种用于涡轮机的内部检测的方法，包括以下步骤: 提供内部检测系统，所述内部检测系统具有: 基底，固定至涡轮机检测端口 ； 检测仪器，具有:限定出中心轴线的可延伸的纵长主体，近端旋转地联接至所述基底，远端用于插入涡轮机检测端口内；位于所述近端和所述远端中间的延伸部；以及铰接接头，具有相对的第一接合端和第二接合端，所述第一接合端联接至检测仪器远端； 具有视场的摄像头，联接至铰接接头第二接合端； 总旋转驱动器，联接至所述检测仪器，用于使所述检测仪器绕检测仪器中心轴线旋转； 仪器延伸驱动器，联接至所述延伸部，用于使所述延伸部平移； 铰接驱动器，联接至所述摄像头，用于使摄像头视场相对于检测仪器中心轴线铰接活动； 相机，联接至所述摄像头，用于捕获视场内的图像；以及 控制系统，联接至总旋转件、仪器延伸件和铰接驱动器及相机，用于沿涡轮机内的预先指定的导航路径将检测仪器和视场自动地定位至所关注的内部区域，并在没有人为干扰的情况下捕获内部区域的相机图像； 将所述基底固定至涡轮机检测端口； 给所述控制系统提供导航路径；以及 用所述控制系统沿所述导航路径自动地定位检测仪器和摄像头视场，并在没有人为干扰的情况下捕获相机图像来检测所述涡轮机。
15.如权利要求14所述的方法，还包括: 提供内部检测系统，所述内部检测系统具有: 摄像头延伸件，位于铰接接头第二端和摄像头中间，具有摄像头伸缩部和摄像头延伸驱动器，摄像头延伸驱动器用于使所述摄像头伸缩部平移，并联接至所述摄像头伸缩部和所述控制系统，使得所述控制系统能够在定位视场时使所述摄像头延伸件平移；以及 摄像头旋转/摇摄接头，位于铰接接头第二端和摄像头中间，具有用于使摄像头旋转的摄像头旋转/摇摄驱动器，摄像头旋转/摇摄驱动器联接至摄像头和控制系统，使得所述控制系统能够在定位视场时使摄像头旋转/摇摄。
16.如权利要求14所述的方法，还包括: 提供内部检测系统，所述内部检测系统具有: 第一相机，联接至所述摄像头，能够在第一视场中捕获图像，第一视场大致平行于所述摄像头的中心轴线；以及 第二相机，联接至所述摄像头，能够在第二视场中捕获图像，第二视场大致在横向方向上与摄像头中心轴线对准；以及 在没有人为干扰的情况下捕获来自两个相机的相机图像。
17.如权利要求14所述的方法，其中，在检测步骤期间，所述控制系统通过移动所述检测仪器自动地并相继地将所述相机视场沿所述导航路径定位至多个关注区域，并捕获关注区域的相应图像。
18.如权利要求17所述的方法，还包括组合从由以下内容构成的群组中选择的图像:组合多个关注区域的图像，并产生复合图像；以及 组合在多个时刻摄取的图像，并覆盖所述图像。
19.如权利要求14所述的方法，其中，所述导航路径从由以下内容构成的群组中选择的方法确定: 检测系统沿选择的导航路径在相同类型的涡轮机内的人为控制定位，并且记录所述导航路径以用于通过检测仪器控制系统进行后续再现； 虚拟检测系统沿选择的导航路径在相同类型的虚拟涡轮机内的人为控制模拟定位，并且记录所述导航路径以用于通过检测仪器控制系统进行后续再现；以及 相同类型的虚拟检测仪器和虚拟发电机器沿模拟选择的导航路径在没有人为干扰的情况下的模拟定位，并且记录所述导航路径以用于通过检测仪器控制系统进行后续再现。
20.如权利要求14所述的方法，其中，所述涡轮机是燃气轮机，在固定步骤期间，将所述基底联接至燃烧室检测端口，在检测步骤期间，从由燃烧室部分内部部件、涡轮机部分内部部件、排I轮叶和排I叶片构成的群组中选择所捕获的图像。
【文档编号】G01N21/954GK104081191SQ201380007082
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】小克利福德.哈彻, F.R.鲁格, D.H.勒米厄, H.巴特纳加, Y.金克, R.哈特利 申请人:西门子能量股份有限公司