在本文中公開的主題涉及一種構件，更特別地，涉及使用參考表面特征例如機加工表面特征或自然地出現的表面特征來監視構件。

背景技術：

一些構件可能需要在包含了升高的溫度和/或腐蝕的條件的環境中運行。例如，渦輪機廣泛地在例如發電和航空發動機的領域中被利用。這樣的燃氣渦輪系統包括壓縮機區段、燃燒器區段、以及至少一個渦輪區段。壓縮機區段構造成當空氣流動穿過壓縮機區段時壓縮空氣。空氣然后從壓縮機區段流動到燃燒器區段，在該燃燒器區段處空氣與燃料混合并且燃燒，產生熱氣體流。熱氣體流被提供到渦輪區段，該渦輪區段通過從氣體流中提取能量來利用熱氣體流以向壓縮機、發電機、以及其他的各種負載供給動力。

在燃氣渦輪發動機的運行期間，燃燒氣體的溫度可超越3000of，相比與這些氣體處于接觸中的發動機的金屬部件的熔化溫度顯著地更高。以在金屬部件熔化溫度之上的氣體溫度運行這些發動機可部分地依賴一個或多個保護性的覆層和/或依賴于通過各種方法將冷卻空氣供應到金屬部件的外表面。這些發動機的尤其遭受高的溫度并且因而需要關于冷卻的特別的注意的金屬部件是形成燃燒器的金屬部件以及定位在燃燒器之后的部件。

此外，這些以及其他的構件在其運行的生命周期期間可經歷來自各種力的應力和/或應變。雖然各種工具可被利用以在相對標準的環境中測量給予的應力和應變，但渦輪和其他的構件可越過各種位置而不是在單個點處或沿線性路徑經受各種力。

因此，帶有基于陣列的應變傳感器的備選的構件以及用于監視所述構件的方法在本領域中將是受歡迎的。

技術實現要素：

在一種實施例中，公開了一種用于監視構件的方法。所述方法能夠包括在構件上定位多個機加工表面特征，定位至少一個參考點，以及測量在所述多個機加工表面特征和所述至少一個參考點之間的多個第一距離。

在另一實施例中，公開了用于監視渦輪構件的另一方法。所述方法能夠包括在渦輪構件上定位多個機加工表面特征，定位至少一個參考點，以及測量在多個機加工表面特征和至少一個參考點之間的多個第一距離。方法能夠此外包括在渦輪機中使用渦輪構件，在渦輪構件在渦輪機中被使用后在第二時間點處在渦輪構件上定位多個機加工表面特征，在第二時間點處定位至少一個參考點，在第二時間點處測量在多個機加工表面特征和至少一個參考點之間的多個第二距離，以及比較多個第一距離與多個第二距離以確定應變分析。

技術方案1.一種用于監視構件的方法，所述方法包含：

在所述構件上定位多個機加工表面特征；

定位至少一個參考點；并且，

測量在所述多個機加工表面特征和所述至少一個參考點之間的多個第一距離。

技術方案2.根據技術方案1所述的方法，此外包含：

在第二時間點處在所述構件上定位所述多個機加工表面特征；

在所述第二時間點處定位所述至少一個參考點；

在所述第二時間點處測量在所述多個機加工表面特征和所述至少一個參考點之間的多個第二距離；并且，

比較所述多個第一距離與所述多個第二距離以確定應變分析。

技術方案3.根據技術方案2所述的方法，此外包含基于所述應變分析繼續利用所述構件。

技術方案4.根據技術方案2所述的方法，其特征在于，比較所述多個第二距離與所述多個第一距離包含產生示出了在距離方面的改變的應變圖。

技術方案5.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述機加工表面特征中的至少一個包含冷卻孔。

技術方案6.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述機加工表面特征中的至少一個包含構件輪廓。

技術方案7.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，定位所述多個機加工表面特征包含確定對于所述機加工表面特征中的每個的質心。

技術方案8.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，定位所述多個機加工表面特征包含為所述機加工表面特征中的每個分配三維坐標位置。

技術方案9.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，定位所述多個機加工表面特征包含使用所述構件的結構光掃描。

技術方案10.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述參考點包含所述多個機加工表面特征中的一個。

技術方案11.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，定位多個參考點，并且其中所述多個第一距離包含在所述多個機加工表面特征中的每個和所述多個參考點中的每個之間的距離。

技術方案12.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述構件包括渦輪構件。

技術方案13.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述構件包括鎳基或鈷基超級合金。

技術方案14.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述機加工表面特征位于在所述構件上的覆層中。

技術方案15.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述覆層包含氧化釔穩定的氧化鋯。

技術方案16.一種用于監視渦輪構件的方法，所述方法包括：

在所述渦輪構件上定位多個機加工表面特征；

定位至少一個參考點；

測量在所述多個機加工表面特征和所述至少一個參考點之間的多個第一距離；

在渦輪機中使用所述渦輪構件；

在所述渦輪構件在所述渦輪機中被使用后在第二時間點處在所述渦輪構件上定位所述多個機加工表面特征；

在所述第二時間點處定位所述至少一個參考點；

在所述第二時間點處測量在所述多個機加工表面特征和所述至少一個參考點之間的多個第二距離；并且，

比較所述多個第一距離與所述多個第二距離以確定應變分析。

技術方案17.根據技術方案16所述的方法，此外包含基于所述應變分析繼續利用所述渦輪構件。

技術方案18.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，所述機加工表面特征包含冷卻孔。

技術方案19.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，所述機加工表面特征包含構件輪廓。

技術方案20.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，所述參考點包含所述多個機加工表面特征中的一個。

鑒于以下詳細描述結合附圖將更全面地理解由在本文中論述的實施例提供的這些和附加的特征。

附圖說明

在圖中闡述的實施例本質上是說明性和示例性的，而不意于限制由權利要求限定的本發明。當結合下面的圖閱讀時，可理解示例性實施例的以下詳細描述，在圖中相同結構標有相同參考標號，以及在圖中：

圖1是包含根據在本文中示出或描述的一個或多個實施例的參考表面特征的示范性的構件；

圖2是包含根據在本文中示出或描述的一個或多個實施例的機加工表面特征的在圖1中示出的構件的一部分的透視圖；

圖3是包括根據在本文中示出或描述的一個或多個實施例的自然地出現的表面特征的在圖1中示出的構件的一部分的放大圖；

圖4是示出了在根據在本文中示出或描述的一個或多個實施例的自然地出現的表面特征和參考點之間的距離的在圖1中示出的構件的一部分的放大圖；

圖5是用于定位在構件上的參考表面特征的系統的透視圖；

圖6是包含根據在本文中示出或描述的一個或多個實施例的在兩個不同的時段處的參考表面特征的構件的透視圖；并且，

圖7是根據在本文中示出或描述的一個或多個實施例的用于監視帶有參考表面特征的構件的示范性的方法。

具體實施方式

下面將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力于提供對這些實施例的簡明描述，可能不會在說明書中對實際實現的所有特征進行描述。應當意識到，當例如在任何工程或設計項目中開發任何這種實際實現時，必須作出許多對實現而言專有的決定來實現開發者的具體目標，例如符合與系統有關及與商業有關的約束，其可在不同的實現之間改變。此外，應當意識到，這種開發工作可能是復雜和耗時的，但盡管如此，對具有本公開的益處的普通技術人員來說，這種開發工作將是設計、生產和制造的例行任務。

當介紹本發明的各實施例的元件時，冠詞“一”、“一種”、“該”和“所述”意圖表示存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。

現在參考圖1-6，構件10通常包含表面11以及在構件10的表面11上的多個參考表面特征50和至少一個參考點60(該至少一個參考點60本身可包含參考表面特征50中的一個)。如在本文中將變得更好地意識到的那樣，參考表面特征50可包含機加工表面特征51(例如，在渦輪構件上的冷卻孔、機加工輪廓、凹陷、劃痕、凹痕、邊緣或諸如此類)和/或自然地出現的表面特征52(例如，晶粒結構、表面構形特征或諸如此類)。參考表面特征50能夠在不添加分離的與應變傳感器相關的構件的情況下幫助促進確定越過構件10的那個區域的應變、應變率、蠕變、疲勞、應力等等。

構件10(以及更具體而言整個構件10的基底11)能夠包含在各種不同的應用中使用的各種類型的構件，諸如例如，在高的溫度應用中利用的構件(例如，包含鎳基或鈷基超級合金的構件)。在一些實施例中，構件10可包含工業的燃氣渦輪或蒸汽渦輪構件例如燃燒構件或熱氣體路徑構件。在一些實施例中，構件10可包含渦輪葉片、壓縮機葉片、導葉、噴嘴、護罩、轉子、過渡件或罩殼。在其他的實施例中，構件10可包含渦輪的任何其他的構件例如用于燃氣渦輪、蒸汽渦輪或諸如此類的任何其他的構件。在一些實施例中，構件可包含非渦輪構件，該非渦輪構件包括(但不限于)汽車構件(例如，小汽車、卡車等等)、航空構件(例如，飛機、直升機、太空飛船、鋁部件等等)、機車或鐵路構件(例如，火車、火車軌道等等)，建筑的、基礎設施或土木工程構件(例如，橋梁、建筑物、施工設備等等)，和/或發電站或化學工藝構件(例如，在高的溫度應用中使用的導管)。

仍然參考圖1-6，在構件上的參考表面特征50可包含機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52。

如在圖2中最佳地示出的那樣，機加工表面特征51能夠包含被機加工到構件10中的任何肉眼可見的可識別的特征。如在本文中使用的那樣，“機加工”能夠廣泛地包括任何沉積、增材制造、減材或外觀改變技術，包括例如鑄造、噴丸處理(shotpeening)或點刻(dotpeening)、激光照射(添加或移除)、刻劃(scribe)、鉆孔、雕刻、退火、脫色、拋光、重修表面或以其他方式經由一個或多個操作添加材料到構件10中、從構件10中移除材料或在構件10上改變材料。機加工表面特征51能夠包含功能性的或非功能性的特征并且能夠在包括初始制造或保養時段的任何階段被添加到構件10。

在一些實施例中，機加工表面特征51能夠包括凹陷、削痕(divot)、孔、凹痕、劃痕或其他的形式的從構件10的材料移除。在一些實施例中，機加工表面特征51能夠包括隆起、凸起的特征、或其他形式的到構件10上的材料添加。在一些實施例中，機加工表面特征51可包括在構件10中的輪廓例如拐角、接合部、邊緣、脊狀部或諸如此類。

如上面討論的那樣，構件10可包括渦輪構件或用于高的溫度應用的其他類型的構件。在這樣的實施例中，機加工表面特征51可包括在構件10中的冷卻孔。

如在圖3-4中最佳示出那樣，自然地出現的表面特征52能夠包含任何特征，包括自然地出現的在構件10上的微觀的特征(例如，直徑小于500或甚至100微米)。例如，自然地出現的表面特征52能夠包括材料本身的晶粒結構和/或由材料制作和/或修整方法(例如但不限于切削、擠壓、軋制、鑄造、熱處理、噴砂處理、清潔、蝕刻或諸如此類)引起的標志。在一些實施例中，自然地出現的表面特征52能夠包含表面構形特征例如帶有多個峰和谷的自然地出現的表面粗糙度。

參考圖2和4，構件10能夠此外包含至少一個參考點60。參考點60能夠包括在構件10上的任何可識別的點，該點能夠被用于測量在構件10的至少一個參考點60和一個或多個參考表面特征50之間的多個距離。在一些實施例中，參考點60可包含參考表面特征50中的一個(例如，機加工表面特征51或自然地出現的表面特征52)。在一些實施例中，參考點60可包含任何其他的特征例如沉積的材料、涂料、標樁(stake)或諸如此類。此外，在一些實施例中，參考點60可設置在不太可能經歷變形、磨損、氧化或諸如此類的區域中(例如，在渦輪構件上的楔形榫)。這樣的實施例可通過提供更一致的參考位置幫助促進未來讀取(包括可甚至在整個機器現場進行的大塊檢查讀取)，從該參考位置中測量其他的參考表面特征50的相對運動。

多個參考表面特征50(例如，機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52)和至少一個參考點60可依賴于例如構件的類型、材料、尺寸以及形狀和/或參考表面特征50的類型經由適當的成像方法被定位。

例如，在一些實施例中，例如當參考表面特征50包括具有肉眼可見的尺度的機加工表面特征51時，可在使用結構光掃描例如藍光或白光的情況下定位多個參考表面特征50。在一些實施例中，可通過對于參考表面特征50中的每個識別三維坐標位置來定位參考表面特征50。在這樣的實施例中，各種三維成像技術可被利用例如cat掃描或激光構形分析。

在一些實施例中，例如當參考表面特征50包含自然地出現的表面特征52時，可經由顯微成像技術(例如，光學、sem、tem、afm或諸如此類)來定位多個參考表面特征50。在一些實施例中，可通過對于參考表面特征50中的每個識別二維坐標位置(例如，如在圖4中示出的x#，y#)來定位多個參考表面特征50。

如在圖3中最佳地示出的那樣，在一些實施例中，可通過對于參考表面特征50中的每個確定質心來定位多個參考表面特征50。根據本公開的質心是區域例如二維區域的幾何中心，并且因而是在形狀中的所有點的算數平均或平均的位置。在示范性的實施例中，可通過使用成像設備和處理器來定位質心。在這樣的實施例中，處理器在分析例如多個參考表面特征50的圖像的情況下可計算并且因而定位多個參考表面特征50中的每個的質心。

現在參考圖2和5，系統100可如在本文中描述的那樣被利用以在構件10上定位多個參考表面特征50和/或至少一個參考點60。這樣的示范性的系統100可包括例如成像設備106和處理器104。

處理器104可如在本文中討論的那樣通常分析從成像設備106中捕捉的數據并且執行各種計算和其他的功能。特別地，根據本公開的系統100可提供與渦輪構件10有關的多個參考表面特征50的精確的并且有效的檢測。

通常，如在本文中所使用的那樣，術語“處理器”不僅意指在本領域中被認為包括在計算機中的集成電路，而且意指控制器、微型控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(plc)、專用集成電路以及其他的可編程的電路。處理器104也可包括各種輸入/輸出通道以用于接收來自各種其他的構件(例如成像設備106、數據獲取設備、機器臂(在本文中討論)等等)的輸入并且發送控制信號到所述各種其他的構件，處理器104與所述各種其他的構件處于通訊中。處理器104可通常如在本文中討論的那樣執行各種步驟。此外，應當理解的是根據本公開的處理器104可為與系統100的其它的各種構件處于通訊中的單一的主處理器104，和/或可包括多個單獨的構件處理器，也就是說成像設備處理器、數據獲取設備處理器、機器臂處理器等等。各種單獨的構件處理器可彼此處于通訊中并且可此外與主處理器處于通訊中，并且這些構件可共同地被稱為處理器104。

系統100能夠此外包括用于獲得渦輪構件10的圖像的成像設備106。例如，成像設備106可包括透鏡組件以及圖像捕捉設備。透鏡組件可通常放大通過成像設備看到的圖像。例如，透鏡組件在一些實施例中可例如是適當的攝像機透鏡、望遠鏡透鏡等等，并且可包括間隔開以提供需要的放大率的一個或多個透鏡。圖像捕捉設備可通常與透鏡組件處于通訊中以用于接收和處理來自透鏡組件的光以產生圖像。在示范性的實施例中，例如，圖像捕捉設備可為攝像機傳感器，該攝像機傳感器如通常意識到的那樣接收并且處理來自攝像機透鏡的光以產生圖像例如數字圖像。成像設備106可此外經由例如適當的有線或無線連接與處理器104處于通訊中，以用于存儲和分析來自成像設備106的圖像。特別地，在示范性的實施例中處理器104執行和運行成像設備106以執行在本文中公開的各種步驟或操作。

如此外在圖5中示出的那樣，系統100可此外包括機器臂130。機器臂130可支撐以及促進系統100的其他的構件例如成像設備106和處理器104的構件的運動。例如，成像設備106可被安裝到機器臂130。處理器104可與機器臂130例如與其各種馬達和/或驅動構件處于通訊中，并且如需要時可促動機器臂130運動。這樣的運動在示范性的實施例中可相對于構件10給成像設備106確定位置。在示范性的實施例中，機器臂130是六個自由度的臂130，該臂130提供了沿3個分離的軸線以及沿三個分離的角(繞相應的軸線)的運動。

現在參考圖2和4，一旦多個參考表面特征50(例如，機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52)以及至少一個參考點60被定位，就可測量在多個參考表面特征50和至少一個參考點60之間的多個距離d。那么這些距離可稍后(例如，在構件被利用之前、期間和之后)被再測量以進行比較以分析越過構件10的那個區域的應變、應變率、蠕變、疲勞、應力等等。例如，可利用比較以創造示出了在距離d方面的改變的應變圖。

附加地參考圖7，方法200被示出用于監視構件10例如如在圖1-6中示出的渦輪構件。方法200首先包含在步驟210中定位多個參考表面特征50(例如，機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52)并且在步驟220中定位至少一個參考點60。多個參考表面特征50和至少一個參考點60可包含任何適當的特征并且經由如在本文中公開的適當的方法定位。應意識到的是步驟210和220也可以任何相對的次序出現和/或同時地出現。

方法200可然后此外包含在步驟230中測量在多個參考表面特征50(例如，機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52)和至少一個參考點60之間的多個第一距離d。這些距離d可如在本文中應意識到的那樣被存儲以用于參考。例如，在一些實施例中，當先前的距離d之前已經被測量或已經已知時，在步驟230中測量的距離d可被使用于應變分析。

在一些實施例中，方法200可此外包含當在步驟230中測量多個第一距離d后在步驟240中利用構件。在這些以及其他的實施例中，方法200可然后此外包含復制(mirror)步驟210、220和230的重復的距離測量過程以使得可確定在相同的相應的參考表面特征50和一個或多個參考點60之間的新的距離。特別地，方法200可此外包含在步驟250中在第二時間點處(也就是說，在步驟210后)定位多個參考表面特征50(例如，機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52)以及在步驟260中在第二時間點處定位至少一個參考點60。如之前那樣，應意識到的是步驟210和220也可以任何相對的次序出現和/或同時地出現。

方法200可然后此外包含在步驟270中在第二時間點處測量在多個參考表面特征50(例如，機加工表面特征51和/或自然地出現的表面特征52)和至少一個參考點60之間的多個第二距離d。

方法200也可包含在步驟280中將多個第一距離d(來自第一時間點)與多個第二距離d(來自第二時間點)相比較以確定應變分析。在步驟280中的應變分析可包含來自第一時間點在多個參考表面特征50和參考點60之間的距離和來自第二時間點在多個參考表面特征50和參考點60之間的距離的任何比較。例如，在步驟280中的應變分析可包含例如通過產生示出了在距離d方面的改變的應變圖而進行的越過構件10的那個區域的應變、應變率、蠕變、疲勞、應力等等的分析。

最后，在一些實施例中，方法200可包含在步驟290中基于在步驟280中的比較做出構件10的利用決定，諸如例如基于應變分析繼續利用構件10、基于應變分析修改或修理構件10、或基于應變分析丟棄構件10。

現在應意識到的是參考表面特征(包括機加工表面特征以及自然地出現的表面特征二者)可在構件上被定位以用于監視構件的特別的區域的應變、蠕變或諸如此類。參考表面特征的利用可通過限制或避免附加的傳感器材料的需求簡化應變監視過程。該信息可然后被利用以決定對構件的任何必要的修改或檢驗其對于未來的使用的適當性。

雖然結合僅有限數量的實施例來詳細描述本發明，但應容易地理解是，本發明不限于這樣的公開的實施例。相反地可修改本發明，以結合此前未描述但與本發明的精神和范圍相當的任何數量的變型、更改、替換或等效布置。另外，雖然描述了本發明的多種實施例，但應理解的是，本發明的各方面可只包括所描述的實施例中的一些。因此，本發明不應視為由前述描述限制，而是僅由所附權利要求的范圍限制。