专利名称：非破坏性机器人检查方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及非破坏性检查方法和系统。更具体而言，本发明涉及一种使得能够利用涡电流探头进行自动扫描-例如为了检查涡轮机的旋转部件的目的-的方法和系统。
背景技术：
各种非破坏性检验(NDE)技术已被用于在物体上进行非破坏性测试。一个例子是如在共同授予的美国专利No. 4706020,No. 6426622,No. 6545467和No. 6952094中公开的涡轮部件的涡电流探头检查，这些专利的关于涡电流探头的构建、操作和使用的公开内容通过引用结合到本文。所特别关心的部件包括燃气涡轮的旋转部件，例如燃气涡轮发动机的高压涡轮(HPT)盘。在燃气涡轮发动机的恶劣的运行环境中，考虑到涡轮盘必须能够在高温和高转速下持续地经受的高机械压力，该涡轮盘在其涡轮段内的结构完整性就显得非常重要。涡轮盘的叶片固定在槽中，这些槽典型地是已知为鸠尾槽的形式，这些槽倾向于随着时间而最终形成裂缝，因此必须在机会出现时监测它们。为了提供足够早的探测以避免涡轮盘的严重故障，探测具有小至60密耳(mil)(大约1.5毫米)以及更小的长度的裂缝的能力是合乎需要的。由于涡轮盘定期接受检查，优选最小化停机时间的检查技术以降低运行成本。检查涡轮盘的常用方法涉及手持式或半自动系统，其典型地具有与生俱来的问题、不足或缺点。手持式检查方法倾向于有使用者相关的问题，这些问题可影响到信号的质量。例如，当探头扫描到槽的边缘或者角落的时候，涡电流探头可能相对于被扫描的表面倾斜，从而产生错误的读数。虽然半自动检查装备大体上能够克服手持式方法的使用者相关的问题，但由于需要为各个待检查的部分定制加工，现有的装备通常昂贵且缓慢。因此，为了减少停机时间以及提高涡轮盘检查的可靠性，全自动的方法和系统将会是优选的。
发明内容
本发明提供了一种用于检查部件-例如沿其周边具有一个或多个槽的涡轮机的旋转部件-的方法和系统。该方法和系统使用了尺寸设置为以及构造为以便放置在该槽中的涡电流探头，并当该探头行进穿过该槽时针对其表面中的裂缝来电磁地检查该槽。根据本发明的第一方面，该检查方法大体上需要将探头组件安装到机器人设备上，该探头组件包括支架组件，探头尖安装到该支架组件上；在该探头尖内并邻近其第一面的涡电流线圈；位于该探头尖的第二面处的接触探头触点；用于在该探头尖和该支架组件之间实现相对运动的器件；以及用于使该探头尖在平行于由该实现器件实现的运动的方向上相对于该支架组件偏置的器件。之后该探头组件的该涡电流探头尖放置在槽中，以及使得该探头尖的第一面与该槽的表面接触并沿该槽的表面行进，以及使得该涡电流线圈针对该槽的表面中的裂缝来电磁地检查该槽。该偏置器件和实现器件在该探头尖行进穿过该槽时保持该探头尖的第一面与该槽的表面接触。
根据本发明的第二方面，该检查系统大体上包括构造为用于安装到机器人设备上的探头组件。该探头组件包括支架组件，探头尖安装到该支架组件上；在该探头尖内并邻近其第一面的涡电流线圈；位于该探头尖的第二面处的接触探头触点；用于在该探头尖和该支架组件之间实现相对运动的器件；以及用于使该探头尖在平行于由该实现器件实现的运动的方向上相对于该支架组件偏置的器件。该偏置器件和该实现器件适于在该探头尖行进穿过该槽时保持该探头尖的第一面与该槽的表面接触。本发明的技术效果是，可以针对裂缝快速地电磁地扫描诸如涡轮盘的涡轮机旋转部件中的槽，没有使用者的问题也没有为各个待检查的部分定制加工的需要。根据下文详细的描述，将更好地理解本发明的其它的方面和优点。
图1是根据本发明的一个优选的实施例的探头组件的侧视图，该探头组件包括探头支架组件和涡电流探头单元。图2是图1的涡电流探头单元的独立的侧视图。
图3是图2的探头单元的探头尖的侧视图。
图4和图5是图1的探头支架组件的独立的透视图和侧视图。
图6是沿 f图5的截面线6-6的探头支架组件的截面图。
图7是图1至图3的探头尖的分解图。
部件列表
探头组件10
支架组件12
探头单元14
连接器18
杆18
探头尖20
孔22
支架端24
螺钉26
螺钉27
壳体28
底座30
部分32
连接器34
连接器36
组件38
滑块40
槽42
弹簧44
螺钉46
销 48线圈 50电缆 52触点 54杯 56电缆 58面 60第一面 62面 6具体实施例方式根据本发明的优选的实施例，图1描绘了涡电流探头组件10，其被构造为用于对诸如涡轮盘(未示出)的涡轮机旋转部件进行非破坏性检验(NDE)。图1所示并在下文描述的本发明的具体实施例适于实现对在涡轮机旋转部件的周边内的鸠尾槽(未示出)的自动检查，该鸠尾槽可以平行于或者以某个锐角偏离该部件的旋转轴线。尽管将参照对涡轮盘中的鸠尾槽的检查对该探头组件10进行描述，但本发明不限于此应用，而是可以被用于检查多种其它类型的硬件。图1将该探头组件10表示为包括探头支架组件12，探头单元14安装到该探头支架组件上。该探头单元14的一端被构造为连接器16 (图幻，该连接器接收在支架组件12 的探头支架端M中的孔22(图4和图6)内，并通过指旋螺钉沈可移除地固定在该孔22 内。该连接器16安装到探头单元14的杆18的一端上，而涡电流探头尖20安装在该杆18 的相对端上。该支架组件12还包括壳体28和底座30，支架端M安装到该壳体上，壳体28 安装到该底座上。图1中示出机器人工具部分32附连到该底座30，通过该机器人工具部分，该探头支架组件12还有整个探头组件10能够连接到机器人控制器(未示出)上。该机器人控制器可以是本领域已知的任何适合类型的机器人设备的部分，因此将不会在此作任何详细描述。该探头支架组件12还装备有连接器34和连接器36，它们在此处被指定为接触触点连接器34和涡电流连接器36。该连接器34和连接器36分别使得机器人控制软件系统(未示出)和涡电流分析软件系统(未示出)能够通过支架组件12连接到探头尖 20上。多种材料可以用于制造该支架组件12的支架端对、壳体观和底座以及探头单元14 的连接器16、杆18和探头尖20。优选的材料为导电性的，一个非限制性的例子为铝合金。如图7中表示的，探头尖20包括至少一个位于该探头尖20的第一纵向面62附近并定向为垂直于该面的涡电流线圈50。线圈50(—个或多个)可以是任何适合在涡电流扫描中使用的类型，例如能够从Uniwest获得的铁素体屏蔽的探头线圈。此外，使用的涡电流感测技术可以是绝对的或差动的感测技术。与测试线圈50的电连接通过电缆52来实现， 其路径设定为通过探头杆18和连接器16而到达探头支架壳体观和涡电流连接器36。如图3和图7中描绘的，探头尖20还包括位于它的两个邻接面上的一对接触探头触点M，这两个面中的一个是该探头尖20的远端或末端面60，而另一个面是探头尖20的第二纵向面64，其与一个或多个涡电流线圈50所位于的第一面62相对。如图7中所示， 各个触点M可以被构造为保持在杯56中的球形球体。根据本发明的优选方面，杯56由电绝缘材料形成以使它们的触点M与该探头尖20的其余部分电绝缘。触点M由诸如不锈钢的导电和耐磨材料形成，其通过电缆58连接到电气接地，电缆58路径设定为通过探头杆 18和连接器16而到达探头支架壳体28和触点连接器34。通过这些连接，可以使用机器人控制软件系统来分析接收自触点讨的关于该触点M与由探头组件10检查的鸠尾槽的表面之间的接触的数据。绝缘杯56使触点M与探头尖20的其余部分绝缘，因为该探头尖20 通过其与探头杆18、探头连接器16和通向机器人控制器的探头支架组件12的连接而连接到地，且在机器人控制器上的输入是低电平有效(搜寻地)的。以这种方式，触点M中的一个与被检查的槽的表面之间的接触导致电气接地并将探头尖20的位置上传至该机器人控制器，使得该机器人设备能够对探头尖20在槽中的位置作出持续调整。触点M的使用与用于现有技术中的接触探头触点是大体上一样的方式，现有技术中的接触探头触点适于与被检查的部分接触并提供关于探头位置的反馈，以及使得能够在必要时对探头定向和检查过程作出调整。然而，本发明将至少一个接触探头触点M结合到了涡电流探头尖20本身中，这样允许无需改变探头类型即执行该接触探头功能，并且允许更快地以及在线作出调整。在所示的优选实施例中，如果对待检查的区域有受限的访问，则两个(或更多个)触点M的存在是有利的，因为单个触点可能无法合适地定位而实现到达或接触被检查的部分的表面。此外，两个(或更多)触点的存在减少了探头尖20找到待检查的位置需要的运动量。在检查期间，探头尖20的第一面62与鸠尾槽的表面保持接触。第一面62被表示为具有凸起的形状以更好地符合鸠尾槽表面的形状，尽管这样的形状并不是绝对必须的。 涡电流线圈50定向为垂直于该第一面62，因此该线圈基本上将垂直于被检查的槽表面，以便使涡电流探头尖20的输出电信号最大化。为了方便探头组件10在全自动检查过程中的使用，在图1、图4和图5中描绘了探头支架组件12包括了滑块组件38，该滑块组件38包括附连到探头底座30并接收在探头壳体观中的槽42内的滑块40。该滑块组件38的功能是使得探头尖20的第一面62能够保持与槽表面接触，同时避免探头尖20相对于该槽倾斜。尽管该滑块组件38以优选的实施例示出，但将显而意见的是，可以使用各种其它的器件来实现探头单元14和支架组件12之间的相对运动。探头尖20在机器人控制器的位置和槽表面之间的位置补偿通过利用弹簧44或任何其它合适类型的偏置装置相对于底座30偏置探头壳体观来实现。该弹簧44邻接拧入壳体观中的调整螺钉46和固定到底座30上的销48，在平行于滑块40的方向上相对于底座30推动壳体观(因此还有附连到其上的探头单元14)。在图中所示的实施例中，涡电流线圈50位于探头尖20的第一纵向面62附近，因此由于滑块组件38以垂直于该纵向面62 的方向偏置探头尖20，该线圈优选地保持与槽表面接触。使该偏置的滑块组件38位于探头支架组件12内以为该探头尖20提供位置补偿的一个优点是防止了该探头尖20相对于该被扫描的表面倾斜，即使是在扫描边缘或者扫描到槽的边缘或角落的时候。滑块40可以利用图4和图5中示出的位于探头壳体观上的指旋螺钉27固定在例如其行程极限之间的中间。利用指旋螺钉27固定滑块40的能力在对该探头组件10进行测试和编程的时候是有用的。 尽管已经根据优选实施例描述了本发明，但显然本领域技术人员可以采用其它的形式。例如，探头组件12、探头支架组件12以及探头尖20的物理构造可以和示出的物理构造有所区别，以及多种材料和过程可以被用来制造和组装它们的部件。因此，本发明的范围将仅被所附的权利要求所限制。
权利要求
1.一种检查在其周边上具有至少一个槽的部件的方法，所述方法的特征在于将探头组件(10)安装到机器人设备(3 上，所述探头组件(10)包括支架组件(12)， 探头尖00)安装到该支架组件上；在所述探头尖00)内并邻近该探头尖的第一面(62)的涡电流线圈(50)；位于所述探头尖00)的第二面(64)处的接触探头触点(54)；用于在所述探头尖OO)和所述支架组件(12)之间实现相对运动的器件(38)；以及用于在平行于由所述实现器件(38)实现的所述运动的方向上相对于所述支架组件(1 偏置所述探头尖 (20)的器件(44)；将所述探头组件(10)的所述涡电流探头尖00)放入所述槽中；以及使得所述探头尖OO)的第一面与所述槽的表面接触并沿所述槽的表面行进，以及使得所述涡电流线圈(50)针对所述槽的表面中的裂缝电磁地检查该槽，所述偏置器件G4) 和所述实现器件(38)在所述探头尖OO)行进穿过所述槽时保持所述探头尖OO)的第一面(6 与所述槽的表面接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实现器件(38)包括将所述支架组件 (12)的第一部分和第二部分( ，30)联接在一起的滑块GO)和槽02)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏置器件04)使所述支架组件(12) 的第一部分08)相对于所述支架组件(1 的第二部分(30)偏置。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述偏置器件04)使得所述探头尖 (20)的第一面(6 在垂直于该第一面的方向上偏置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触探头触点(54)与所述探头尖00)电绝缘并电联接到所述支架组件(1 上的连接器(34)上，以及在所述使得步骤期间，所述接触探头触点(54)与所述槽的表面之间的接触导致电气接地，并将所述探头尖OO)的位置上传到所述机器人设备(32)，以实现所述探头尖OO)在所述槽中的位置的持续调整。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述探头组件(10)还包括探头单元(14)，该探头单元包括所述探头尖OO)和探头单元连接器(16)，所述探头尖OO) 安装到该探头单元连接器上，以及通过该探头单元连接器，所述探头单元(14)可移除地联接到所述支架组件(1 上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述部件是涡轮机的旋转部件，且所述槽是所述部件的周边处的多个槽中的一个并且被构造为以便与翼型构件配合且将所述翼型构件固定到所述部件的周边上。
8.一种用于检查在其周边上具有至少一个槽的部件的检查系统，所述检查系统包括构造为以便安装到机器人设备(3 上的探头组件(10)，其特征在于所述探头组件(10)包括支架组件(12)，探头尖OO)安装到该支架组件上；在所述探头尖OO)内并邻近该探头尖的第一面(62)的涡电流线圈(50)；位于所述探头尖OO)的第二面(64)处的接触探头触点(54)；用于在所述探头尖OO)和所述支架组件(1 之间实现相对运动的器件(38)；以及用于在平行于由所述实现器件(38)实现的所述运动的方向上相对于所述支架组件(12)偏置所述探头尖OO)的器件04)；以及所述偏置器件G4)和所述实现器件(38)适于在所述探头尖OO)行进穿过所述槽时保持所述探头尖OO)的第一面(6 与所述槽的表面接触。
9.根据权利要求8所述的检查系统，其特征在于，所述实现器件(38)包括将所述支架组件(1 的第一部分和第二部分( ，30)联接在一起的滑块GO)和槽(42)，以及所述偏置器件G4)使所述支架组件(1 的第一部分08)相对于所述支架组件(1 的第二部分 (30)偏置，并使得所述探头尖00)的第一面(6 在垂直于该第一面的方向上偏置。
10.根据权利要求8或9所述的检查系统，其特征在于，所述接触探头触点(54)与所述探头尖00)电绝缘并电联接到所述支架组件(1 上的连接器(34)上。
全文摘要
本发明涉及非破坏性机器人检查方法及其系统。提供了用于检查部件-例如沿其周边具有一个或多个槽的涡轮机的旋转部件-的方法和系统。该方法需要将探头组件安装到机器人设备上，该探头组件包括支架组件，探头尖安装到该支架组件上；在该探头尖内并邻近其第一面的涡电流线圈；位于该探头尖的第二面处的接触探头触点；用于在该探头尖和该支架组件之间实现相对运动的元件；以及用于使该探头尖在平行于该运动的方向上相对于该支架组件偏置的元件。该探头尖则被放置在槽中并使得该探头尖沿槽的表面行进，以便针对该槽的表面中的裂缝来电磁地检查该槽，同时该探头尖的第一面保持与槽表面接触。
文档编号G01N27/90GK102279221SQ20111011630
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者J·A·特雷克斯勒, M·齐齐, W·L·劳伦斯 申请人:通用电气公司