專利名稱：非破壞性機(jī)器人檢查方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及非破壞性檢查方法和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種使得能夠利用渦電流探頭進(jìn)行自動掃描-例如為了檢查渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件的目的-的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種非破壞性檢驗(NDE)技術(shù)已被用于在物體上進(jìn)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(guān)于渦電流探頭的構(gòu)建、操作和使用的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文。所特別關(guān)心的部件包括燃?xì)鉁u輪的旋轉(zhuǎn)部件，例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的高壓渦輪(HPT)盤。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，考慮到渦輪盤必須能夠在高溫和高轉(zhuǎn)速下持續(xù)地經(jīng)受的高機(jī)械壓力，該渦輪盤在其渦輪段內(nèi)的結(jié)構(gòu)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，這些槽傾向于隨著時間而最終形成裂縫，因此必須在機(jī)會出現(xiàn)時監(jiān)測它們。為了提供足夠早的探測以避免渦輪盤的嚴(yán)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。由于渦輪盤定期接受檢查，優(yōu)選最小化停機(jī)時間的檢查技術(shù)以降低運(yùn)行成本。檢查渦輪盤的常用方法涉及手持式或半自動系統(tǒng)，其典型地具有與生俱來的問題、不足或缺點(diǎn)。手持式檢查方法傾向于有使用者相關(guān)的問題，這些問題可影響到信號的質(zhì)量。例如，當(dāng)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于被掃描的表面傾斜，從而產(chǎn)生錯誤的讀數(shù)。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(guān)的問題，但由于需要為各個待檢查的部分定制加工，現(xiàn)有的裝備通常昂貴且緩慢。因此，為了減少停機(jī)時間以及提高渦輪盤檢查的可靠性，全自動的方法和系統(tǒng)將會是優(yōu)選的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于檢查部件-例如沿其周邊具有一個或多個槽的渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件-的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)使用了尺寸設(shè)置為以及構(gòu)造為以便放置在該槽中的渦電流探頭，并當(dāng)該探頭行進(jìn)穿過該槽時針對其表面中的裂縫來電磁地檢查該槽。根據(jù)本發(fā)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(jī)器人設(shè)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(nèi)并鄰近其第一面的渦電流線圈；位于該探頭尖的第二面處的接觸探頭觸點(diǎn)；用于在該探頭尖和該支架組件之間實現(xiàn)相對運(yùn)動的器件；以及用于使該探頭尖在平行于由該實現(xiàn)器件實現(xiàn)的運(yùn)動的方向上相對于該支架組件偏置的器件。之后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并沿該槽的表面行進(jìn)，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(xiàn)器件在該探頭尖行進(jìn)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(jù)本發(fā)明的第二方面，該檢查系統(tǒng)大體上包括構(gòu)造為用于安裝到機(jī)器人設(shè)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(nèi)并鄰近其第一面的渦電流線圈；位于該探頭尖的第二面處的接觸探頭觸點(diǎn)；用于在該探頭尖和該支架組件之間實現(xiàn)相對運(yùn)動的器件；以及用于使該探頭尖在平行于由該實現(xiàn)器件實現(xiàn)的運(yùn)動的方向上相對于該支架組件偏置的器件。該偏置器件和該實現(xiàn)器件適于在該探頭尖行進(jìn)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(fā)明的技術(shù)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(jī)旋轉(zhuǎn)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制加工的需要。根據(jù)下文詳細(xì)的描述，將更好地理解本發(fā)明的其它的方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例的探頭組件的側(cè)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(dú)立的側(cè)視圖。
圖3是圖2的探頭單元的探頭尖的側(cè)視圖。
圖4和圖5是圖1的探頭支架組件的獨(dú)立的透視圖和側(cè)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
桿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(diǎn) 54杯 56電纜 58面 60第一面 62面 6具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，圖1描繪了渦電流探頭組件10，其被構(gòu)造為用于對諸如渦輪盤(未示出)的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行非破壞性檢驗(NDE)。圖1所示并在下文描述的本發(fā)明的具體實施例適于實現(xiàn)對在渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的周邊內(nèi)的鳩尾槽(未示出)的自動檢查，該鳩尾槽可以平行于或者以某個銳角偏離該部件的旋轉(zhuǎn)軸線。盡管將參照對渦輪盤中的鳩尾槽的檢查對該探頭組件10進(jìn)行描述，但本發(fā)明不限于此應(yīng)用，而是可以被用于檢查多種其它類型的硬件。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(gòu)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(nèi)，并通過指旋螺釘沈可移除地固定在該孔22 內(nèi)。該連接器16安裝到探頭單元14的桿18的一端上，而渦電流探頭尖20安裝在該桿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(jī)器人工具部分32附連到該底座30，通過該機(jī)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(jī)器人控制器(未示出)上。該機(jī)器人控制器可以是本領(lǐng)域已知的任何適合類型的機(jī)器人設(shè)備的部分，因此將不會在此作任何詳細(xì)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(diǎn)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(jī)器人控制軟件系統(tǒng)(未示出)和渦電流分析軟件系統(tǒng)(未示出)能夠通過支架組件12連接到探頭尖 20上。多種材料可以用于制造該支架組件12的支架端對、殼體觀和底座以及探頭單元14 的連接器16、桿18和探頭尖20。優(yōu)選的材料為導(dǎo)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包括至少一個位于該探頭尖20的第一縱向面62附近并定向為垂直于該面的渦電流線圈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(shù)可以是絕對的或差動的感測技術(shù)。與測試線圈50的電連接通過電纜52來實現(xiàn)， 其路徑設(shè)定為通過探頭桿18和連接器16而到達(dá)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還包括位于它的兩個鄰接面上的一對接觸探頭觸點(diǎn)M，這兩個面中的一個是該探頭尖20的遠(yuǎn)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所位于的第一面62相對。如圖7中所示， 各個觸點(diǎn)M可以被構(gòu)造為保持在杯56中的球形球體。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，杯56由電絕緣材料形成以使它們的觸點(diǎn)M與該探頭尖20的其余部分電絕緣。觸點(diǎn)M由諸如不銹鋼的導(dǎo)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(shè)定為通過探頭桿 18和連接器16而到達(dá)探頭支架殼體28和觸點(diǎn)連接器34。通過這些連接，可以使用機(jī)器人控制軟件系統(tǒng)來分析接收自觸點(diǎn)討的關(guān)于該觸點(diǎn)M與由探頭組件10檢查的鳩尾槽的表面之間的接觸的數(shù)據(jù)。絕緣杯56使觸點(diǎn)M與探頭尖20的其余部分絕緣，因為該探頭尖20 通過其與探頭桿18、探頭連接器16和通向機(jī)器人控制器的探頭支架組件12的連接而連接到地，且在機(jī)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(diǎn)M中的一個與被檢查的槽的表面之間的接觸導(dǎo)致電氣接地并將探頭尖20的位置上傳至該機(jī)器人控制器，使得該機(jī)器人設(shè)備能夠?qū)μ筋^尖20在槽中的位置作出持續(xù)調(diào)整。觸點(diǎn)M的使用與用于現(xiàn)有技術(shù)中的接觸探頭觸點(diǎn)是大體上一樣的方式，現(xiàn)有技術(shù)中的接觸探頭觸點(diǎn)適于與被檢查的部分接觸并提供關(guān)于探頭位置的反饋，以及使得能夠在必要時對探頭定向和檢查過程作出調(diào)整。然而，本發(fā)明將至少一個接觸探頭觸點(diǎn)M結(jié)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(zhí)行該接觸探頭功能，并且允許更快地以及在線作出調(diào)整。在所示的優(yōu)選實施例中，如果對待檢查的區(qū)域有受限的訪問，則兩個(或更多個)觸點(diǎn)M的存在是有利的，因為單個觸點(diǎn)可能無法合適地定位而實現(xiàn)到達(dá)或接觸被檢查的部分的表面。此外，兩個(或更多)觸點(diǎn)的存在減少了探頭尖20找到待檢查的位置需要的運(yùn)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，盡管這樣的形狀并不是絕對必須的。 渦電流線圈50定向為垂直于該第一面62，因此該線圈基本上將垂直于被檢查的槽表面，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并接收在探頭殼體觀中的槽42內(nèi)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相對于該槽傾斜。盡管該滑塊組件38以優(yōu)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(xiàn)探頭單元14和支架組件12之間的相對運(yùn)動。探頭尖20在機(jī)器人控制器的位置和槽表面之間的位置補(bǔ)償通過利用彈簧44或任何其它合適類型的偏置裝置相對于底座30偏置探頭殼體觀來實現(xiàn)。該彈簧44鄰接擰入殼體觀中的調(diào)整螺釘46和固定到底座30上的銷48，在平行于滑塊40的方向上相對于底座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位于探頭尖20的第一縱向面62附近，因此由于滑塊組件38以垂直于該縱向面62 的方向偏置探頭尖20，該線圈優(yōu)選地保持與槽表面接觸。使該偏置的滑塊組件38位于探頭支架組件12內(nèi)以為該探頭尖20提供位置補(bǔ)償?shù)囊粋€優(yōu)點(diǎn)是防止了該探頭尖20相對于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?；瑝K40可以利用圖4和圖5中示出的位于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(jìn)行測試和編程的時候是有用的。 盡管已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用其它的形式。例如，探頭組件12、探頭支架組件12以及探頭尖20的物理構(gòu)造可以和示出的物理構(gòu)造有所區(qū)別，以及多種材料和過程可以被用來制造和組裝它們的部件。因此，本發(fā)明的范圍將僅被所附的權(quán)利要求所限制。
權(quán)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，所述方法的特征在于將探頭組件(10)安裝到機(jī)器人設(shè)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(nèi)并鄰近該探頭尖的第一面(62)的渦電流線圈(50)；位于所述探頭尖00)的第二面(64)處的接觸探頭觸點(diǎn)(54)；用于在所述探頭尖OO)和所述支架組件(12)之間實現(xiàn)相對運(yùn)動的器件(38)；以及用于在平行于由所述實現(xiàn)器件(38)實現(xiàn)的所述運(yùn)動的方向上相對于所述支架組件(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并沿所述槽的表面行進(jìn)，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(xiàn)器件(38)在所述探頭尖OO)行進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實現(xiàn)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(lián)接在一起的滑塊GO)和槽02)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏置器件04)使所述支架組件(12) 的第一部分08)相對于所述支架組件(1 的第二部分(30)偏置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述偏置器件04)使得所述探頭尖 (20)的第一面(6 在垂直于該第一面的方向上偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述接觸探頭觸點(diǎn)(54)與所述探頭尖00)電絕緣并電聯(lián)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(diǎn)(54)與所述槽的表面之間的接觸導(dǎo)致電氣接地，并將所述探頭尖OO)的位置上傳到所述機(jī)器人設(shè)備(32)，以實現(xiàn)所述探頭尖OO)在所述槽中的位置的持續(xù)調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，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(lián)接到所述支架組件(1 上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述部件是渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件，且所述槽是所述部件的周邊處的多個槽中的一個并且被構(gòu)造為以便與翼型構(gòu)件配合且將所述翼型構(gòu)件固定到所述部件的周邊上。
8.一種用于檢查在其周邊上具有至少一個槽的部件的檢查系統(tǒng)，所述檢查系統(tǒng)包括構(gòu)造為以便安裝到機(jī)器人設(shè)備(3 上的探頭組件(10)，其特征在于所述探頭組件(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(nèi)并鄰近該探頭尖的第一面(62)的渦電流線圈(50)；位于所述探頭尖OO)的第二面(64)處的接觸探頭觸點(diǎn)(54)；用于在所述探頭尖OO)和所述支架組件(1 之間實現(xiàn)相對運(yùn)動的器件(38)；以及用于在平行于由所述實現(xiàn)器件(38)實現(xiàn)的所述運(yùn)動的方向上相對于所述支架組件(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(xiàn)器件(38)適于在所述探頭尖OO)行進(jìn)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(jù)權(quán)利要求8所述的檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述實現(xiàn)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(lián)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)相對于所述支架組件(1 的第二部分 (30)偏置，并使得所述探頭尖00)的第一面(6 在垂直于該第一面的方向上偏置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述接觸探頭觸點(diǎn)(54)與所述探頭尖00)電絕緣并電聯(lián)接到所述支架組件(1 上的連接器(34)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及非破壞性機(jī)器人檢查方法及其系統(tǒng)。提供了用于檢查部件-例如沿其周邊具有一個或多個槽的渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件-的方法和系統(tǒng)。該方法需要將探頭組件安裝到機(jī)器人設(shè)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(nèi)并鄰近其第一面的渦電流線圈；位于該探頭尖的第二面處的接觸探頭觸點(diǎn)；用于在該探頭尖和該支架組件之間實現(xiàn)相對運(yùn)動的元件；以及用于使該探頭尖在平行于該運(yùn)動的方向上相對于該支架組件偏置的元件。該探頭尖則被放置在槽中并使得該探頭尖沿槽的表面行進(jìn)，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(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)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