用于检查、清洁和/或修理叶片的系统和方法与流程

本公开内容请求享有2018年4月10日提交的序列号为62/655664的美国临时申请的优先权和权益，该申请通过引用以其整体并入本文中。

本公开内容大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于使用机器人系统检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的系统和方法。

背景技术：

燃气涡轮发动机中的叶片(诸如，压缩机或涡轮中的叶片)可定期地手工检查、清洁和修理。该过程可能是耗时的、劳动密集的且可能是危险的。例如，由于叶片的几何形状和锐利边缘，工人可能穿戴钢网手套直到他们的肘部，这可能使检查、清洁和修理过程更加困难和耗时。此外，每个叶片的检查、表面精整和修理可能由于人的不精确而不一致。

技术实现要素：

上述需要和/或问题中的一些或全部可通过本公开内容的一些实施例来解决。根据实施例，公开了一种用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的系统。该系统可包括：邻近于转子设置的轨道；能够沿轨道移动的机械臂；能够附接到机械臂的多个工具；以及控制器，其配置成控制附接到机械臂的工具中的至少一个在该一个或多个叶片周围的位置。

根据另一实施例，公开了一种用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的方法。该方法可包括：将轨道邻近于转子定位；使机械臂沿轨道移动；将多个工具中的至少一个附接到机械臂；以及控制工具在该一个或多个叶片周围的位置。

此外，根据另一实施例，公开了一种用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的系统。该系统可包括：邻近于转子设置的轨道；能够沿轨道移动的机器人臂；构造成储存在工具对接站上且能够附接到机器人臂的端部的多个工具；以及控制器，其配置成控制附接到机器人臂的工具中的至少一个在该一个或多个叶片周围的位置。

技术方案1.一种系统，包括：

邻近于转子设置的轨道，所述转子具有附接到其上的一个或多个叶片；

能够沿所述轨道移动的机械臂；

能够附接到所述机械臂的多个工具；以及

控制器，其配置成控制附接到所述机械臂的所述多个工具中的至少一个在所述一个或多个叶片周围的位置。

技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括邻近于所述转子设置的旋转传感器，其中所述旋转传感器配置成提供与所述转子相关联的环形位置数据。

技术方案3.根据技术方案2所述的系统，其中，所述旋转传感器包括与所述转子机械连通的编码轮。

技术方案4.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括邻近于所述转子设置的轴向运动传感器，其中所述轴向运动传感器配置成提供与所述转子相关联的轴向位置数据。

技术方案5.根据技术方案4所述的系统，其中，轴向运动传感器包括激光距离传感器。

技术方案6.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括与所述转子机械连通的旋转促动器。

技术方案7.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括邻近于所述轨道设置的工具对接站。

技术方案8.根据技术方案1所述的系统，其中，所述机械臂包括机器人臂。

技术方案9.根据技术方案1所述的系统，其中，所述机械臂包括在其端部处的联接器，所述联接器构造成附接到所述多个工具中的至少一个。

技术方案10.根据技术方案9所述的系统，其中，所述多个工具中的每一个包括底座，所述底座能够在所述机械臂的端部处附接到所述联接器。

技术方案11.根据技术方案1所述的系统，其中，所述多个工具包括视觉工具、清洁工具和扫描工具。

技术方案12.一种方法，包括：

将轨道邻近于转子定位，所述转子具有附接到其上的一个或多个叶片；

使机械臂沿所述轨道移动；

将多个工具中的至少一个附接到所述机械臂；以及

控制所述多个工具中的至少一个在所述一个或多个叶片周围的位置。

技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中，所述方法还包括确定与所述转子相关联的环形位置数据。

技术方案14.根据技术方案12所述的方法，其中，所述方法还包括确定与所述转子相关联的轴向位置数据。

技术方案15.根据技术方案12所述的方法，其中，所述方法还包括利用与所述转子机械连通的旋转促动器来使所述转子旋转。

技术方案16.根据技术方案12所述的方法，其中，所述方法还包括将所述多个工具中的一个或多个定位在工具对接站上，所述工具对接站邻近于所述轨道设置。

技术方案17.一种系统，包括：

邻近于转子设置的轨道，所述转子具有附接到其上的一个或多个叶片；

能够沿所述轨道移动的机器人臂；

多个工具，其构造成储存在工具对接站上且能够附接到所述机器人臂的端部；以及

控制器，其配置成控制附接到所述机器人臂的所述多个工具中的至少一个在所述一个或多个叶片周围的位置。

技术方案18.根据技术方案17所述的系统，其中，所述系统还包括邻近于所述转子设置的旋转传感器，其中所述旋转传感器配置成提供与所述转子相关联的环形位置数据。

技术方案19.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括邻近于所述转子设置的轴向运动传感器，其中所述轴向运动传感器配置成提供与所述转子相关联的轴向位置数据。

技术方案20.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括与所述转子机械连通的旋转促动器。

本公开内容的其他实施例、方面和特征将从以下详细描述、附图和所附权利要求书中对本领域技术人员变得显而易见。

附图说明

现在将参照附图，附图不一定按比例绘制。

图1描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统。

图2描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统。

图3描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

图4描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

图5描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

图6描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

图7描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

图8描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

图9描绘了根据实施例的用于检查、清洁和/或修理附接到燃气涡轮发动机的转子的一个或多个叶片的示例性系统的一部分。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更充分地描述说明性实施例，在附图中示出了一些而非所有实施例。本公开内容可以以许多不同的形式体现，且不应解释为限于本文中所阐述的实施例。相似的数字指的是各处相似的元件。

本文中描述的系统和方法可用来检查、清洁和/或修理附接到涡轮机的转子的一个或多个叶片。在一些情况下，叶片可设置在压缩机或涡轮中。带有叶片的任何装置可利用本文中公开的系统和方法来检查、清洁和/或修理叶片。转子也可由系统来检查、清洁和/或修理。在一些情况下，涡轮机可为燃气涡轮发动机。可使用任何工业涡轮机。

在某些实施例中，自动机器人系统100可用来检查、清洁和/或修理附接到转子104的一个或多个叶片102。系统100的各种构件可与至少一个控制器106通信以控制构件的运动。构件可硬连线到控制器106或与控制器106无线通信。控制器106可为具有存储器和处理器的任何合适的计算装置。控制器106可与系统100的构件分离，或控制器106可并入系统100的构件中的一个或多个中。在一些情况下，多个控制器106可通过网络与彼此通信以控制本文中公开的机器人系统的各种构件。

系统100可包括设置在轨道110上的机械臂(例如，机器人臂108)。在一些情况下，机器人臂108可为6-轴机器人臂。机器人臂108可为任何合适的尺寸、形状或构造。轨道110可邻近于转子104设置。在一些情况下，轨道110可与转子104的轴向长度的全部或部分平行且沿其延伸。轨道110可为任何合适的尺寸、形状或构造。如图1和图2中所描绘的那样，机器人臂108可经由一个或多个促动器沿轨道110从一端到另一端移动到沿转子104的不同轴向位置。以此方式，轨道110可作用为机器人臂108的第7轴。

旋转促动器112可与转子104机械连通。在一些情况下，旋转促动器112可包括与转子104机械连通的动力辊114。旋转促动器112可配置成使转子104旋转以使附接到其上的叶片102移动。以此方式，旋转促动器112可与控制器106通信。控制器106可通过使转子104经由旋转促动器112旋转且使机器人臂108沿轨道110移动来使机器人臂108能够接近附接到转子104的叶片102中的一个或多个。一旦转子104旋转到适当位置中且机器人臂108沿轨道110移动到适当位置中，机器人臂108可围绕其各个轴移动，以利用一个或多个工具检查、清洁和/或修理叶片102。

为了确定叶片102的位置，旋转传感器116可邻近于转子104设置，如图1-图3中所描绘的那样。旋转传感器116可配置成提供与转子104相关联的环形位置数据。以此方式，旋转传感器116可与控制器106通信。在一些情况下，旋转传感器116可包括与转子104机械连通的编码轮118。旋转传感器116可为任何合适的尺寸、形状或构造。转子104可设置在一个或多个辊架126上。

如图4和图5中所描绘的那样，轴向运动传感器120可邻近于转子104设置。轴向运动传感器120可配置成提供与转子104相关联的轴向位置数据。以此方式，轴向运动传感器120可与控制器106通信。在一些情况下，轴向运动传感器120可为轴向激光传感器122。轴向激光传感器122可使用激光124来跟踪转子104平行于转子104的旋转轴线的运动。例如，辊架126的失准可导致转子104在任一轴向方向上“游动”。跟踪轴向运动对于补偿机器人程序是期望的。

如图1、图2和图6中所描绘的那样，系统100可包括多个工具128，其能够附接到机器人臂108。在一些情况下，如下文更详细地论述的那样，工具128可包括视觉工具130、清洁工具132和扫描工具134。可使用任何数量或类型的工具128。在一些情况下，工具128可储存在对接站136上。对接站136可邻近于轨道110定位，使得工具可通过机器人臂108接近。在一些情况下，对接站136可包括t-形架138，该t-形架138包括多个对接部140以用于储存工具128(当不在使用中时)。

机器人臂108的端部142可包括联接器，该联接器构造成附接到工具128中的至少一个。例如，工具128中的每一个可包括底座，其能够附接到机器人臂108的端部142。工具128中的每一个的底座可为一致的，以便于工具的快速更换。以此方式，机器人臂108可沿轨道110移动且在对接站136上附接到工具128中的一个，以便从对接站136移除工具128。控制器106可与工具128通信，使得在机器人臂108的端部142处的工具128可用来检查、清洁和/或修理叶片102。在其他情况下，在已使用工具128之后，工具128可在对接站136上重新对接。例如，机器人臂108可沿轨道110移动且邻近于对接站136定位，在该点处工具128可在对接站136上重新对接到对接部140中的一者中。

如图7中所描绘的那样，视觉工具130可包括从底座146向外延伸的支架144。底座146(即，工具更换器)可构造成附接到机器人臂108的端部142。在一些情况下，光学装置148(诸如，3d相机和激光器)可安装在支架144的端部上。在某些实施例中，光学装置148可拍摄照片且使用与锐利边缘的对比来找到和定位形状/物体，而激光器可识别叶片102的形状、定向和角度。机器人臂108可使用视觉工具130来定位位于转子104上的视觉固定装置(标记)，以在所有阶段找到叶片时钟位置。一旦找到了叶片位置，机器人臂108然后可补偿先前教导的位置以开始清洁/扫描过程。

清洁工具132可包括机械端部执行器，其可通过机器人臂108来操纵以清洁叶片102。清洁工具132可类似于2017年2月2日提交的序列号为15/422513的美国申请中公开的清洁工具，该申请通过引用以其整体并入本文中。在一些情况下，清洁工具132可包括两个伸长的臂150，其中垫152附接到其端部。臂150可经由枢轴156附接到安装单元154。臂150可通过连接到i/o单元160的促动器158打开和闭合，i/o单元160可由控制器106控制。板162安装到底座164。底座164(即，工具更换器)构造成附接到机器人臂108的端部142。i/o单元160和气动振动工具166可安装到板162。振动工具166可经由i/o单元160通过机器人臂108(即，控制器106)打开或关闭。当机器人臂108将垫152定位在叶片102上时，臂150可闭合，且可经由控制器106触发振动工具166。然后，机器人臂108可使叶片102上下移动，覆盖所有表面，直到叶片102清除碎屑。该过程可在系统100利用视觉工具130找到叶片位置之后在所有的叶片102上完成。

扫描工具134可通过机器人臂108来使用以识别和定位叶片缺陷。扫描工具134可包括安装到底座170的伸长的板168。底座170(即，工具更换器)构造成附接到机器人臂108的端部142。在一些情况下，扫描仪172(例如，行扫描仪)可安装在板168的端部处。机器人臂108可构造成使扫描仪172沿叶片102移动。扫描仪172可配置成使用激光174来绘制叶片表面。在扫描期间找到的任何异常可输出缺陷的中心位置和尺寸，以及叶片数量和级以识别转子104上的叶片位置。检测到的缺陷可包括叶片102上的表面凹痕、边缘缺陷和裂缝。该过程可在清洁转子104和/或叶片102之后完成，且可在所有叶片102上执行。可在软件程序等中对缺陷进行建模，以便提供用于修理叶片的建议和/或可视化且/或与修理工具一起使用以修理叶片102。在一些情况下，可将缺陷与叶片的基线模型进行比较。后混合检查可使用扫描仪172进行，以获得叶片和/或转子的混合状态。

在一些情况下，如图8中所描绘的那样，扫描工具134可包括镜子176，其用于将激光178引导到紧凑的空间中。即，镜子176可构造成装配到叶片102之间的紧凑空间中，这可使传感器组能够到达它不能依靠其自身到达的位置且仍以适当的保真度传输数据。

图9描绘修理工具180，其可附接到机器人臂108且由机器人臂108使用以修理一个或多个叶片缺陷。在某些实施例中，修理工具180可为混合工具等。在一些情况下，修理工具180可在对接站136上对接。修理工具180可包括安装到底座184的伸长的板182。底座184(即，工具更换器)构造成附接到机器人臂108的端部142。在一些情况下，旋转工具186(例如，带有石头或磨石钻头的气动旋转工具)可安装在伸长的板182的端部处。本文中可使用任何合适的修理工具。旋转工具186可与伸长的板182成直线或成90度角度。旋转工具186可相对于伸长的板182设置成任何合适的角度。机器人臂108可构造成使旋转工具186沿叶片102移动。旋转工具186可构造成用于修理(例如，混合)叶片表面上的一个或多个缺陷。

在使用中，控制器106(或经由网络与彼此通信的多个控制器)可控制系统100的各种构件的运动。例如，旋转促动器112可使转子104移动，以便将叶片102定位在期望的位置和定向中。机器人臂108可沿轨道110移动且附接到储存在对接站136上的工具128中的一个。在一些情况下，机器人臂108可附接到视觉工具130。视觉工具130可通过机器人臂108在叶片102中的每一个周围移动，以便确认叶片102的位置。接着，机器人臂108可在对接站136处重新对接视觉工具130且附接到清洁工具132。机器人臂108可在叶片102中的每一个周围操纵清洁工具132，以便清洁叶片102。接着，机器人臂108可在对接站136处重新对接清洁工具132且附接到扫描工具134。机器人臂108可在叶片102中的每一个周围操纵扫描工具134，以便数字地绘制叶片102以检测叶片102中的缺陷。额外的工具128(例如，修理工具180)可储存在对接站136上且可由机器人臂108使用以修正/修理缺陷。

虽然已按照对结构特征和/或方法动作特定的语言描述了实施例，但应理解的是，本公开内容不一定限于所描述的特定特征或动作。相反地，特定特征和动作被公开为实施该实施例的说明性形式。