非破壞性機器人檢查方法及其系統的製作方法

2023-06-26 05:25:41 2

專利名稱：非破壞性機器人檢查方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及非破壞性檢查方法和系統。更具體而言，本發明涉及一種使得能夠利用渦電流探頭進行自動掃描-例如為了檢查渦輪機的旋轉部件的目的-的方法和系統。
背景技術：
各種非破壞性檢驗(NDE)技術已被用於在物體上進行非破壞性測試。一個例子是如在共同授予的美國專利No. 4706020,No. 6426622,No. 6545467和No. 6952094中公開的渦輪部件的渦電流探頭檢查，這些專利的關於渦電流探頭的構建、操作和使用的公開內容通過引用結合到本文。所特別關心的部件包括燃氣渦輪的旋轉部件，例如燃氣渦輪發動機的高壓渦輪(HPT)盤。在燃氣渦輪發動機的惡劣的運行環境中，考慮到渦輪盤必須能夠在高溫和高轉速下持續地經受的高機械壓力，該渦輪盤在其渦輪段內的結構完整性就顯得非常重要。渦輪盤的葉片固定在槽中，這些槽典型地是已知為鳩尾槽的形式，這些槽傾向於隨著時間而最終形成裂縫，因此必須在機會出現時監測它們。為了提供足夠早的探測以避免渦輪盤的嚴重故障，探測具有小至60密耳(mil)(大約1.5毫米)以及更小的長度的裂縫的能力是合乎需要的。由於渦輪盤定期接受檢查，優選最小化停機時間的檢查技術以降低運行成本。檢查渦輪盤的常用方法涉及手持式或半自動系統，其典型地具有與生俱來的問題、不足或缺點。手持式檢查方法傾向於有使用者相關的問題，這些問題可影響到信號的質量。例如，當探頭掃描到槽的邊緣或者角落的時候，渦電流探頭可能相對於被掃描的表面傾斜，從而產生錯誤的讀數。雖然半自動檢查裝備大體上能夠克服手持式方法的使用者相關的問題，但由於需要為各個待檢查的部分定製加工，現有的裝備通常昂貴且緩慢。因此，為了減少停機時間以及提高渦輪盤檢查的可靠性，全自動的方法和系統將會是優選的。

發明內容
本發明提供了一種用於檢查部件-例如沿其周邊具有一個或多個槽的渦輪機的旋轉部件-的方法和系統。該方法和系統使用了尺寸設置為以及構造為以便放置在該槽中的渦電流探頭，並當該探頭行進穿過該槽時針對其表面中的裂縫來電磁地檢查該槽。根據本發明的第一方面，該檢查方法大體上需要將探頭組件安裝到機器人設備上，該探頭組件包括支架組件，探頭尖安裝到該支架組件上；在該探頭尖內並鄰近其第一面的渦電流線圈；位於該探頭尖的第二面處的接觸探頭觸點；用於在該探頭尖和該支架組件之間實現相對運動的器件；以及用於使該探頭尖在平行於由該實現器件實現的運動的方向上相對於該支架組件偏置的器件。之後該探頭組件的該渦電流探頭尖放置在槽中，以及使得該探頭尖的第一面與該槽的表面接觸並沿該槽的表面行進，以及使得該渦電流線圈針對該槽的表面中的裂縫來電磁地檢查該槽。該偏置器件和實現器件在該探頭尖行進穿過該槽時保持該探頭尖的第一面與該槽的表面接觸。
根據本發明的第二方面，該檢查系統大體上包括構造為用於安裝到機器人設備上的探頭組件。該探頭組件包括支架組件，探頭尖安裝到該支架組件上；在該探頭尖內並鄰近其第一面的渦電流線圈；位於該探頭尖的第二面處的接觸探頭觸點；用於在該探頭尖和該支架組件之間實現相對運動的器件；以及用於使該探頭尖在平行於由該實現器件實現的運動的方向上相對於該支架組件偏置的器件。該偏置器件和該實現器件適於在該探頭尖行進穿過該槽時保持該探頭尖的第一面與該槽的表面接觸。本發明的技術效果是，可以針對裂縫快速地電磁地掃描諸如渦輪盤的渦輪機旋轉部件中的槽，沒有使用者的問題也沒有為各個待檢查的部分定製加工的需要。根據下文詳細的描述，將更好地理解本發明的其它的方面和優點。


圖1是根據本發明的一個優選的實施例的探頭組件的側視圖，該探頭組件包括探頭支架組件和渦電流探頭單元。圖2是圖1的渦電流探頭單元的獨立的側視圖。
圖3是圖2的探頭單元的探頭尖的側視圖。
圖4和圖5是圖1的探頭支架組件的獨立的透視圖和側視圖。
圖6是沿 f圖5的截面線6-6的探頭支架組件的截面圖。
圖7是圖1至圖3的探頭尖的分解圖。
部件列表
探頭組件10
支架組件12
探頭單元14
連接器18
杆18
探頭尖20
孔22
支架端24
螺釘26
螺釘27
殼體28
底座30
部分32
連接器34
連接器36
組件38
滑塊40
槽42
彈簧44
螺釘46
銷 48線圈 50電纜 52觸點 54杯 56電纜 58面 60第一面 62面 6具體實施例方式根據本發明的優選的實施例，圖1描繪了渦電流探頭組件10，其被構造為用於對諸如渦輪盤(未示出)的渦輪機旋轉部件進行非破壞性檢驗(NDE)。圖1所示並在下文描述的本發明的具體實施例適於實現對在渦輪機旋轉部件的周邊內的鳩尾槽(未示出)的自動檢查，該鳩尾槽可以平行於或者以某個銳角偏離該部件的旋轉軸線。儘管將參照對渦輪盤中的鳩尾槽的檢查對該探頭組件10進行描述，但本發明不限於此應用，而是可以被用於檢查多種其它類型的硬體。圖1將該探頭組件10表示為包括探頭支架組件12，探頭單元14安裝到該探頭支架組件上。該探頭單元14的一端被構造為連接器16 (圖幻，該連接器接收在支架組件12 的探頭支架端M中的孔22(圖4和圖6)內，並通過指旋螺釘沈可移除地固定在該孔22 內。該連接器16安裝到探頭單元14的杆18的一端上，而渦電流探頭尖20安裝在該杆18 的相對端上。該支架組件12還包括殼體28和底座30，支架端M安裝到該殼體上，殼體28 安裝到該底座上。圖1中示出機器人工具部分32附連到該底座30，通過該機器人工具部分，該探頭支架組件12還有整個探頭組件10能夠連接到機器人控制器(未示出)上。該機器人控制器可以是本領域已知的任何適合類型的機器人設備的部分，因此將不會在此作任何詳細描述。該探頭支架組件12還裝備有連接器34和連接器36，它們在此處被指定為接觸觸點連接器34和渦電流連接器36。該連接器34和連接器36分別使得機器人控制軟體系統(未示出)和渦電流分析軟體系統(未示出)能夠通過支架組件12連接到探頭尖 20上。多種材料可以用於製造該支架組件12的支架端對、殼體觀和底座以及探頭單元14 的連接器16、杆18和探頭尖20。優選的材料為導電性的，一個非限制性的例子為鋁合金。如圖7中表示的，探頭尖20包括至少一個位於該探頭尖20的第一縱向面62附近並定向為垂直於該面的渦電流線圈50。線圈50(—個或多個)可以是任何適合在渦電流掃描中使用的類型，例如能夠從Uniwest獲得的鐵素體屏蔽的探頭線圈。此外，使用的渦電流感測技術可以是絕對的或差動的感測技術。與測試線圈50的電連接通過電纜52來實現， 其路徑設定為通過探頭杆18和連接器16而到達探頭支架殼體觀和渦電流連接器36。如圖3和圖7中描繪的，探頭尖20還包括位於它的兩個鄰接面上的一對接觸探頭觸點M，這兩個面中的一個是該探頭尖20的遠端或末端面60，而另一個面是探頭尖20的第二縱向面64，其與一個或多個渦電流線圈50所位於的第一面62相對。如圖7中所示， 各個觸點M可以被構造為保持在杯56中的球形球體。根據本發明的優選方面，杯56由電絕緣材料形成以使它們的觸點M與該探頭尖20的其餘部分電絕緣。觸點M由諸如不鏽鋼的導電和耐磨材料形成，其通過電纜58連接到電氣接地，電纜58路徑設定為通過探頭杆 18和連接器16而到達探頭支架殼體28和觸點連接器34。通過這些連接，可以使用機器人控制軟體系統來分析接收自觸點討的關於該觸點M與由探頭組件10檢查的鳩尾槽的表面之間的接觸的數據。絕緣杯56使觸點M與探頭尖20的其餘部分絕緣，因為該探頭尖20 通過其與探頭杆18、探頭連接器16和通向機器人控制器的探頭支架組件12的連接而連接到地，且在機器人控制器上的輸入是低電平有效(搜尋地)的。以這種方式，觸點M中的一個與被檢查的槽的表面之間的接觸導致電氣接地並將探頭尖20的位置上傳至該機器人控制器，使得該機器人設備能夠對探頭尖20在槽中的位置作出持續調整。觸點M的使用與用於現有技術中的接觸探頭觸點是大體上一樣的方式，現有技術中的接觸探頭觸點適於與被檢查的部分接觸並提供關於探頭位置的反饋，以及使得能夠在必要時對探頭定向和檢查過程作出調整。然而，本發明將至少一個接觸探頭觸點M結合到了渦電流探頭尖20本身中，這樣允許無需改變探頭類型即執行該接觸探頭功能，並且允許更快地以及在線作出調整。在所示的優選實施例中，如果對待檢查的區域有受限的訪問，則兩個(或更多個)觸點M的存在是有利的，因為單個觸點可能無法合適地定位而實現到達或接觸被檢查的部分的表面。此外，兩個(或更多)觸點的存在減少了探頭尖20找到待檢查的位置需要的運動量。在檢查期間，探頭尖20的第一面62與鳩尾槽的表面保持接觸。第一面62被表示為具有凸起的形狀以更好地符合鳩尾槽表面的形狀，儘管這樣的形狀並不是絕對必須的。 渦電流線圈50定向為垂直於該第一面62，因此該線圈基本上將垂直於被檢查的槽表面，以便使渦電流探頭尖20的輸出電信號最大化。為了方便探頭組件10在全自動檢查過程中的使用，在圖1、圖4和圖5中描繪了探頭支架組件12包括了滑塊組件38，該滑塊組件38包括附連到探頭底座30並接收在探頭殼體觀中的槽42內的滑塊40。該滑塊組件38的功能是使得探頭尖20的第一面62能夠保持與槽表面接觸，同時避免探頭尖20相對於該槽傾斜。儘管該滑塊組件38以優選的實施例示出，但將顯而意見的是，可以使用各種其它的器件來實現探頭單元14和支架組件12之間的相對運動。探頭尖20在機器人控制器的位置和槽表面之間的位置補償通過利用彈簧44或任何其它合適類型的偏置裝置相對於底座30偏置探頭殼體觀來實現。該彈簧44鄰接擰入殼體觀中的調整螺釘46和固定到底座30上的銷48，在平行於滑塊40的方向上相對於底座30推動殼體觀(因此還有附連到其上的探頭單元14)。在圖中所示的實施例中，渦電流線圈50位於探頭尖20的第一縱向面62附近，因此由於滑塊組件38以垂直於該縱向面62 的方向偏置探頭尖20，該線圈優選地保持與槽表面接觸。使該偏置的滑塊組件38位於探頭支架組件12內以為該探頭尖20提供位置補償的一個優點是防止了該探頭尖20相對於該被掃描的表面傾斜，即使是在掃描邊緣或者掃描到槽的邊緣或角落的時候。滑塊40可以利用圖4和圖5中示出的位於探頭殼體觀上的指旋螺釘27固定在例如其行程極限之間的中間。利用指旋螺釘27固定滑塊40的能力在對該探頭組件10進行測試和編程的時候是有用的。 儘管已經根據優選實施例描述了本發明，但顯然本領域技術人員可以採用其它的形式。例如，探頭組件12、探頭支架組件12以及探頭尖20的物理構造可以和示出的物理構造有所區別，以及多種材料和過程可以被用來製造和組裝它們的部件。因此，本發明的範圍將僅被所附的權利要求所限制。
權利要求
1.一種檢查在其周邊上具有至少一個槽的部件的方法，所述方法的特徵在於將探頭組件(10)安裝到機器人設備(3 上，所述探頭組件(10)包括支架組件(12)， 探頭尖00)安裝到該支架組件上；在所述探頭尖00)內並鄰近該探頭尖的第一面(62)的渦電流線圈(50)；位於所述探頭尖00)的第二面(64)處的接觸探頭觸點(54)；用於在所述探頭尖OO)和所述支架組件(12)之間實現相對運動的器件(38)；以及用於在平行於由所述實現器件(38)實現的所述運動的方向上相對於所述支架組件(1 偏置所述探頭尖 (20)的器件(44)；將所述探頭組件(10)的所述渦電流探頭尖00)放入所述槽中；以及使得所述探頭尖OO)的第一面與所述槽的表面接觸並沿所述槽的表面行進，以及使得所述渦電流線圈(50)針對所述槽的表面中的裂縫電磁地檢查該槽，所述偏置器件G4) 和所述實現器件(38)在所述探頭尖OO)行進穿過所述槽時保持所述探頭尖OO)的第一面(6 與所述槽的表面接觸。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述實現器件(38)包括將所述支架組件 (12)的第一部分和第二部分( ，30)聯接在一起的滑塊GO)和槽02)。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述偏置器件04)使所述支架組件(12) 的第一部分08)相對於所述支架組件(1 的第二部分(30)偏置。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述偏置器件04)使得所述探頭尖 (20)的第一面(6 在垂直於該第一面的方向上偏置。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述接觸探頭觸點(54)與所述探頭尖00)電絕緣並電聯接到所述支架組件(1 上的連接器(34)上，以及在所述使得步驟期間，所述接觸探頭觸點(54)與所述槽的表面之間的接觸導致電氣接地，並將所述探頭尖OO)的位置上傳到所述機器人設備(32)，以實現所述探頭尖OO)在所述槽中的位置的持續調整。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述探頭組件(10)還包括探頭單元(14)，該探頭單元包括所述探頭尖OO)和探頭單元連接器(16)，所述探頭尖OO) 安裝到該探頭單元連接器上，以及通過該探頭單元連接器，所述探頭單元(14)可移除地聯接到所述支架組件(1 上。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，所述部件是渦輪機的旋轉部件，且所述槽是所述部件的周邊處的多個槽中的一個並且被構造為以便與翼型構件配合且將所述翼型構件固定到所述部件的周邊上。
8.一種用於檢查在其周邊上具有至少一個槽的部件的檢查系統，所述檢查系統包括構造為以便安裝到機器人設備(3 上的探頭組件(10)，其特徵在於所述探頭組件(10)包括支架組件(12)，探頭尖OO)安裝到該支架組件上；在所述探頭尖OO)內並鄰近該探頭尖的第一面(62)的渦電流線圈(50)；位於所述探頭尖OO)的第二面(64)處的接觸探頭觸點(54)；用於在所述探頭尖OO)和所述支架組件(1 之間實現相對運動的器件(38)；以及用於在平行於由所述實現器件(38)實現的所述運動的方向上相對於所述支架組件(12)偏置所述探頭尖OO)的器件04)；以及所述偏置器件G4)和所述實現器件(38)適於在所述探頭尖OO)行進穿過所述槽時保持所述探頭尖OO)的第一面(6 與所述槽的表面接觸。
9.根據權利要求8所述的檢查系統，其特徵在於，所述實現器件(38)包括將所述支架組件(1 的第一部分和第二部分( ，30)聯接在一起的滑塊GO)和槽(42)，以及所述偏置器件G4)使所述支架組件(1 的第一部分08)相對於所述支架組件(1 的第二部分 (30)偏置，並使得所述探頭尖00)的第一面(6 在垂直於該第一面的方向上偏置。
10.根據權利要求8或9所述的檢查系統，其特徵在於，所述接觸探頭觸點(54)與所述探頭尖00)電絕緣並電聯接到所述支架組件(1 上的連接器(34)上。
全文摘要
本發明涉及非破壞性機器人檢查方法及其系統。提供了用於檢查部件-例如沿其周邊具有一個或多個槽的渦輪機的旋轉部件-的方法和系統。該方法需要將探頭組件安裝到機器人設備上，該探頭組件包括支架組件，探頭尖安裝到該支架組件上；在該探頭尖內並鄰近其第一面的渦電流線圈；位於該探頭尖的第二面處的接觸探頭觸點；用於在該探頭尖和該支架組件之間實現相對運動的元件；以及用於使該探頭尖在平行於該運動的方向上相對於該支架組件偏置的元件。該探頭尖則被放置在槽中並使得該探頭尖沿槽的表面行進，以便針對該槽的表面中的裂縫來電磁地檢查該槽，同時該探頭尖的第一面保持與槽表面接觸。
文檔編號G01N27/90GK102279221SQ20111011630
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者J·A·特雷克斯勒, M·齊齊, W·L·勞倫斯 申請人:通用電氣公司