用于检测部件中的缺陷的系统和方法与流程

本说明书的实施例总体上涉及部件的检查，并且更特别地，涉及用于检测部件中的缺陷的系统和方法。

通常，飞行器发动机包括由具有范围从6密耳到15密耳的热障涂覆层(tbc)的镍基超合金制成的一个或多个部件。在一个示例中，所述部件可以是诸如高压涡轮机(hpt)叶片或涡轮动叶片(turbinebucket)的热气路径部件。在发动机的运行期间，这些部件可能经受应力或离心力，这可能在部件中引起裂纹或其它缺陷。这些裂纹可能出现在tbc以下，因此裂纹对用户/检查员而言可能不是可见的。而且，这些部件上的裂纹可能导致发动机的结构故障并且可能实质地损坏发动机。

按照惯例，部件或是被目视检查或是使用荧光渗透剂检查(fpi)方法来检测裂纹。当裂纹位于tbc下面时，操作员将难以在不从部件中去除涂覆层的情况下视觉识别裂纹。此外，fpi方法需要在检查之前从部件中去除tbc。此外，在检查之后，tbc在重新使用部件之前被再次涂覆。去除涂覆层并再次涂覆部件可大幅增加与这些部件的检查相关联的成本。在一些情况下，即使部件在检查的时候在tbc下面可能尚未发展出裂纹，然而，由于存在或不存在这种裂纹的视觉识别并不可行，涂覆层仍然可能因检查而被去除。因此，即使在tbc下面不存在裂纹，tbc仍需要被去除并随后被再次涂覆，这又增加了部件的维护成本。而且，视觉检查和fpi方法二者均需要受过训练的操作员来对部件进行检查并作出废弃部件或将部件送去维修的决定。

技术实现要素：

根据本说明书的方面，提出一种用于检查部件的方法。所述方法包括通过感应线圈引发电流到部件中。此外，所述方法包括通过红外(ir)摄像机采集与部件对应的至少第一组帧和第二组帧，其中，在第一时间间隔处采集第一组帧并在第二时间间隔处采集第二组帧。此外，所述方法包括通过处理单元基于与部件对应的至少第一组帧和第二组帧构建热图像。此外，所述方法包括确定热图像中热特征的存在，其中，热特征代表部件中的缺陷。

根据本说明书的另一实施例，提出一种用于检查部件的装置。所述装置包括感应线圈，感应线圈构造为引发电流到部件。此外，所述装置包括红外(ir)摄像机，红外摄像机构造为至少在第一时间间隔处采集第一组帧并在第二时间间隔处采集第二组帧，其中，第一组帧和第二组帧对应于部件的至少一部分。此外，所述装置包括处理单元，处理单元电气连接至ir摄像机并构造为基于至少第一组帧和第二组帧构建热图像并确定热图像中热特征的存在，其中，热特征代表部件中的缺陷。

根据本说明书的又一实施例，提出一种用于检测部件中多个缺陷的方法。所述方法包括通过运动控制器使感应线圈在部件的至少一部分内平移，其中，部件的所述部分设置于部件的第一端部与第二端部之间。此外，所述方法包括通过感应线圈引发电流到部件内，其中，部件包括至少具有第一取向的裂纹和具有第二取向的裂纹。此外，所述方法包括通过红外(ir)摄像机采集与部件对应的至少第一组帧和第二组帧，其中，在第一时间间隔处采集第一组帧并在第二时间间隔处采集第二组帧。此外，所述方法包括通过处理单元基于与部件对应的至少第一组帧和第二组帧构建热图像。此外，所述方法包括确定部件的热图像中第一热特征和第二热特征的存在，第一热特征与具有第一取向的裂纹相关联，第二热特征与具有第二取向的裂纹相关联。

附图说明

当参考附图阅读下述详细说明时，本公开内容的这些及其它特征、方面和优点将得到更好地理解，其中附图中自始至终相同的符号表示相同的部件，其中：

图1示出了根据本说明书的多个方面的用于检查部件的系统的图解式表达；

图2是根据本说明书的多个方面的穿过部件中的竖向裂纹的引发的电流的图解式表达；

图3是根据本说明书的多个方面的在部件内引发的电流的图解式表达，其产生穿过部件中的水平裂纹的横向热量流；

图4是根据本说明书的多个方面的扫描部件以采集部件的热像数据的图解式表达；

图5是根据本说明书的多个方面的处理热像数据以构建热图像的图解式表达；

图6是示出根据本说明书的多个方面的用于检测部件中的缺陷的方法的流程图；以及

图7至图10描绘了根据本说明书的多个方面的部件的热图像。

具体实施方式

如将在下文中详细说明的那样，提出了用于检查部件以对存在或不存在缺陷进行检测的系统和方法的多个实施例。特别地，本文提出的系统和方法检测部件中的一个或多个裂纹，即使在裂纹位于部件的热障涂覆层(tbc)下面的情况下亦是如此。并且，本文提出的系统和方法可检测部件上的具有任何取向的裂纹。

图1示出了根据本说明书的多个方面的用于检查一个或多个部件102的系统100的图解式表达。部件102可以是设置于飞行器发动机中的热气路径中的部件。在一个示例中，热气路径部件可包括高压涡轮机(hpt)叶片和涡轮动叶片(turbinebucket)。可以注意到，部件102可以是任何机械部件，并且不限于用在飞行器发动机中的部件。图1至图5中对部件102的描述是关于具有热障涂覆层(tbc)的hpt叶片进行的，然而，还设想其它这样的部件102也落在本申请的范围内。

在目前预期的构型中，系统100包括感应线圈104、基部单元106、感应加热器108、平移单元110、运动控制器112、红外(ir)摄像机114、处理单元116以及显示单元118。需要进行检查的部件102定位于或紧固于基部单元106。在一个示例中，基部单元106构造为在检查部件102的同时保持部件102静止。

此外，感应线圈104用于对部件102进行热扫描以检测缺陷、诸如部件102中的裂纹。在所示示例中，部件102中的缺陷指的是裂纹，然而，通过利用本申请的系统和方法可检测其它种类的表面异常。可以注意到，裂纹可被限定为部件102的表面上的空气间隙。此外，裂纹可在部件102的表面上具有任何取向。如图1所描绘的那样，感应线圈104围绕部件102定位并构造为从部件102的第一端部120移动或平移至第二端部122，并且反之亦然。在一个示例中，感应线圈104可定位成接近部件102。可以注意到，感应线圈104可具有任意形状使得感应线圈104的形状与部件102的至少一部分的形状对应。特别地，感应线圈的形状使得允许感应线圈在部件102的第一端部120与第二端部122之间平移。

此外，感应加热器108电气联接至感应线圈104以使感应线圈104通电或激励感应线圈104。在一个示例中，感应加热器108可供应频率在约100khz至约400khz范围内的高达4kw的功率以使感应线圈104通电。此外，通电的感应线圈104可引发电流到(induceanelectricalcurrentflowinto)部件102中。在一个示例中，电流可在从约100a至约200a的范围中。部件中的这种引发的电流可引起遍及部件102的热量分布。然而，如果部件102包括一个或多个裂纹，部件102中的热量分布可被改变。特别地，如在图2中描绘的那样，部件102包括具有第一取向的裂纹，也被称为“竖向裂纹”124。可以注意到，术语“具有第一取向的裂纹”和“竖向裂纹”可贯穿本申请可互换地使用。可以注意到，竖向裂纹124可指代基本上垂直于部件102内的电流126的方向的裂纹。运行时，部件102中引发的电流126被这个竖向裂纹124阻挡，从而引起对部件102的直接加热，导致在竖向裂纹124的位置处的第一加热模式。此外，可以注意到，术语“第一加热模式”和“第一热特征(thermalsignature)”可在下文的说明中可互换地使用。

以类似的方式，如图3中所描绘的那样，部件102包括水平裂纹128。可以注意到，水平裂纹128可指代基本上平行于在部件内引发的电流126的方向的裂纹。此外，术语“水平裂纹”和“具有第二取向的裂纹”可贯穿本申请可互换地使用。运行时，部件102中引发的电流126可产生横向于或平行于电流126的方向流动的热量130。此外，这个横向的热量流130可被水平裂纹128阻挡，导致水平裂纹128处的热量聚集(build-up)。因此，可在水平裂纹128的位置处形成第二加热模式。第二加热模式可与第一加热模式不同。此外，可以注意到，术语“第二加热模式”和“第二热特征”可贯穿本申请可互换地使用。尽管关于竖向裂纹和水平裂纹对目前预期的示例进行了说明，可以注意到，也设想具有其它取向的裂纹。在某些实施例中，具有任何给定取向的裂纹可被检测为部件102中的裂纹，其阻挡电流126、之后的热量流(thelaterheatflow)130或以上二者，由此改变热量分布或导致部件102中裂纹位置处的不同加热模式。

退回至图1，感应加热器108包括冷却管(图1中未示出)，冷却管使从制冷机中接收的水循环以防止感应加热器108和感应线圈104过热。当在相对较短期间内扫描大量部件时，这些冷却管在防止感应加热器108过热方面是有用的。

此外，平移单元110和运动控制器112可以可操作地联接至感应加热器108以将感应线圈104从部件102的一边驱动至另一边。特别地，平移单元110可由运动控制器112控制以使感应线圈104以恒定的速度或以基于块的运动(inblock-wisemotion)从部件102的第一端部120平移至第二端部122，反之亦然。

如图1所描绘的那样，可在与部件102相距预定距离处定位ir摄像机114以采集部件102的热像数据。在一个示例中，热像数据可包括在感应线圈104被平移至部件102上不同位置时在不同的时间间隔处采集的两组或更多组帧(frame)。部件102可位于ir摄像机114的视场内。在一个示例中，ir摄像机114可以每秒60至200帧的速度采集热像数据。此外，ir摄像机114可在红外光谱的中波范围或长波范围中任一者内运行。在一个实施例中，感应线圈104的扫描速度和加热时间可基于ir摄像机帧率进行调整，ir摄像机帧率通常介于60hz和200hz之间。

此外，处理单元116电气联接至ir摄像机114以处理部件102的热像数据，以检测部件102中的一个或多个裂纹124、128。在一个示例中，处理单元116可处理在不同时间间隔处采集的两组或更多组帧以构建部件102的热图像。可以注意到，术语“热图像”、“已处理热图像”、“构建的热图像”以及“构建的已处理热图像”可以可互换地使用。此外，处理单元116可识别构建的热图像中代表部件102中的裂纹124、128的一个或多个热特征。可以注意到，热特征可包括部件102的表面上的加热模式。将参照图4至图5更加详细地说明采集热像数据和处理热像数据以识别一个或多个裂纹124、128的方面。处理单元116可在显示单元118上显示构建的热图像以使用户/操作者能够观察代表部件102中一个或多个裂纹124、128的热特征。

有利地，本申请的系统和方法构造为即使在部件表面在检测或检查期间被覆盖的情况下也可检测出部件表面上的具有相同或不同取向的一个或多个裂纹。通过示例，部件表面可覆盖有涂覆层、层或外来颗粒(例如灰尘、油脂、化学物质等)。此外，裂纹可完全地或部分地设置于涂覆层或层下面。在图1至图2的所示示例中，可在不从部件102中去除tbc或任何其它涂覆层的情况下由系统100自动地检测出裂纹124、128。此外，即使在部件102被污垢或其它非电层覆盖的情况下裂纹124、128也可被检测出。

参照图4，其描绘了根据本说明书的多个方面的扫描部件102以采集部件102的热像数据的图解式表达。部件102被虚拟地分割成第一区域132、第二区域134和第三区域136。可以注意到，部件102可被分割成任意数量，并且不限于图4中所示的区段或区域。

在目前预期的构型中，感应线圈104在第一端部120处围绕部件102定位。此外，平移单元110连同运动控制器112一起可使感应线圈104从部件102的第一端部120平移至部件102的第二端部122。此外，在使感应线圈104平移的同时，感应加热器108可使感应线圈104通电或激励感应线圈104以在部件102中引发电流126。引发的电流126可产生热量并遍及部件102分布热量。部件102中的这种热量分布由温度曲线表示。特别地，ir摄像机114在感应线圈104处于第一区域132时采集的热像数据由第一温度曲线138表示。类似地，ir摄像机114在感应线圈104处于第二区域134时采集的热像数据由第二温度曲线140表示。此外，ir摄像机114在感应线圈104处于第三区域136时采集的热像数据由第三温度曲线142表示。

在温度曲线138、140、142的每一者中，温度的较大值代表在部件102的检查期间当感应线圈104被移向裂纹124、128时的情况。温度或热对比度的升高是因为部件102中存在的裂纹或空气间隙124、128，其阻挡部件102中的电流126和/或横向的热量流130。温度曲线138、140、142中的附图标记144表示温度的升高。此外，当感应线圈104平移至ir摄像机114下方时，部件102的一部分与ir摄像机114被阻隔开。因此，ir摄像机对部件102的这部分的热像数据下降。此外，在部件102的这部分中，温度可能出现下降，这种温度的下降由温度曲线138、140、142中的附图标记146标示。此外，在感应线圈104已越过部件102的被阻隔的部分之后，部件102的温度可因感应线圈104与部件102之间的电流和热交换减少而开始逐渐地下降。部件102的温度可继续逐渐下降直至部件102达到热平衡。这种温度的逐渐下降由温度曲线138、140、142中的附图标记148表示。

参照图5，其描绘了根据本说明书的多个方面的处理热像数据以构建热图像的图解式表达。热像数据可包括由ir摄像机114采集的一组或多组帧。特别地，在第一区域132中，由ir摄像机114采集的热像数据可包括第一组帧。在第二区域134中，由ir摄像机114采集的热像数据可包括第二组帧。类似地，在第三区域136中，由ir摄像机114采集的热像数据可包括第三组帧。

此外，处理单元116可确定第一温度曲线138中的第一参照点150，其紧接于温度下降146之前。此外，处理单元116可从第一温度曲线138中的第一参照点150之前的第一过程期间152内的第一组帧中选择第一子组帧。第一子组帧可包括存在于第一区域132中的裂纹或裂纹的部分的热特征或加热模式。此外，第一子组帧可对应于部件102的第一图像区段154。

以类似的方式，处理单元116可确定第二温度曲线140中的第二参照点156，其紧接于温度下降146之前。此外，处理单元116可从第二温度曲线140中的第二参照点156之前的第二过程期间158内的第二组帧中选择第二子组帧。第二子组帧可包括第二区域134中的裂纹的热特征或加热模式。此外，第二子组帧可对应于部件102的第二图像区段160。在一个实施例中，第二过程期间158的一部分可与第一过程期间152重合。

此外，处理单元116可确定第三温度曲线142中的第三参照点162，其紧接于温度下降146之前。此外，处理单元116可从第三温度曲线142中的第三参照点162之前的第三过程期间164内的第三组帧中选择第三子组帧。第三子组帧可包括第三区域136中的裂纹的热特征或加热模式。此外，第三子组帧可对应于部件的第三图像区段166。在一个实施例中，第三过程期间164的一部分可与第二过程期间158重合。

在示例性实施例中，处理单元116可通过将第一子组帧、第二子组帧和第三子组帧组合而构建热图像。在一个示例中，处理单元116可将从对应的子组帧中获得的第一图像区段154、第二图像区段160和第三图像区段166连结起来以构建部件102的已处理热图像。

在某些实施例中，热图像可例如由处理单元116进行分析以确定热图像中存在一个或多个热特征。这些热特征可代表部件102中的裂纹。通过示例，如果部件102包括竖向裂纹124，热图像可具有对应于这个竖向裂纹124的热特征。这个对应于竖向裂纹124的热特征可被称为第一热特征。类似地，如果部件102包括水平裂纹128，热图像可具有对应于这个水平裂纹128的热特征。这个对应于水平裂纹128的热特征可被称为第二热特征。

处理单元116可对热图像进行处理以识别部件102的热图像中的第一热特征和/或第二热特征。在一个实施例中，第一热特征和/或第二热特征可实时地确定。此外，标示第一热特征和/或第二热特征的热图像可在显示单元118上显示。

因而，通过使用本申请的系统，诸如示例性系统100，可检测出部件102中的具有任意取向的裂纹，诸如裂纹124、128。此外，示例性系统100可在部件102的单一扫描中检测出裂纹124、128。而且，即使在部件102被热涂覆层、污垢和/或非电层覆盖的情况下，示例性系统100也能够检测出裂纹124、128。

参照图6，其描绘了示出根据本说明书的多个方面的用于检测部件中的缺陷的方法600的流程图。方法600参照图1至图5的部件进行说明。方法600开始于方框602，在方框602处，在部件102中引发电流126。为此，感应线圈104接近部件102定位。此外，平移单元110连同运动控制器112使感应线圈104从部件102的第一端部120平移至部件102的第二端部122。此外，在使感应线圈104平移的同时，感应加热器108可使感应线圈104通电或激励感应线圈104以在部件102中引发电流126。这一引发的电流126可产生遍及部件102的热量，所产生的热量可遍及部件102的表面分布。

随后，在方框604处，可在不同的时间间隔处采集与部件102对应的至少第一组帧和第二组帧。特别地，当感应线圈104沿第一区域132平移时，ir摄像机114可在第一时间间隔处采集与部件102的第一区域132对应的第一组帧。此外，当感应线圈104平移至第二区域134内时，ir摄像机114可在第二时间间隔处采集与部件102的第二区域134对应的第二组帧。

此外，在方框606处，基于对应于部件102的第一区域132和第二区域134的至少第一组帧和第二组帧构建热图像。在一个示例中，处理单元116可从第一组帧中选择第一子组帧。第一子组帧可基于部件102的的第一温度曲线138进行选择。此外，第一子组帧可对应于部件的第一图像区段154。附加地，处理单元116可从第二组帧中选择第二子组帧。第二子组帧可基于部件102的的第二温度曲线140进行选择。第二子组帧可对应于部件102的第二图像区段160。此后，处理单元116可将第一子组帧和第二子组帧组合以至少部分地构建部件102的已处理热图像。

附加地，在方框608处，处理单元116可确定构建的已处理热图像中热特征的存在。热特征表示部件102中的缺陷。在一个示例中，处理单元116可确定构建的已处理热图像中第一热特征和/或第二热特征的存在。第一热特征可指示部件102中的具有第一取向的裂纹124。具有第一取向的裂纹124基本上垂直于部件中引发的电流126的方向。类似地，第二热特征指示部件102中的具有第二取向的裂纹128。具有第二取向的裂纹128基本上平行于部件102中引发的电流126的方向。

因而，通过利用示例性方法，可检测出部件中的具有任何取向的裂纹124、128。此外，即使在裂纹位于部件102上的tbc或任何其它非电层下面的情况下，所述方法也可检测出裂纹。

图7至图10描绘了根据本说明书的多个方面的部件102的热图像。在图7中，附图标记702代表图5的第一图像区段154。在这个实施例中，第一图像区段702通过处理200由ir摄像机114在0.8秒的第一时间间隔152内采集的热像数据的子组帧而获得。类似地，在图8中，附图标记704代表图5的第二图像区段160。在这个实施例中，第二图像区段704通过处理600由ir摄像机114在2.4秒的第二时间间隔158内采集的热像数据的子组帧而获得。此外，在图9中，附图标记706代表图5的第三图像区段166。在这个实施例中，第三图像区段706通过处理800由ir摄像机114在3.2秒的第三时间间隔164内采集的热像数据的子组帧而获得。

此外，在图10中，第一图像区段702、第二图像区段704和第三图像区段706可连结以获得构建的已处理热图像708，其描绘了代表一个或多个裂纹的一个或多个热特征710。特别地，构建的热图像708可包括指示部件102中的竖向裂纹124或具有第一取向的裂纹的第一热特征710或加热模式。为了易于理解，图7中描绘了具有第一热特征710的构建的已处理热图像708。然而，构建的已处理热图像708也可包括指示部件102中的水平裂纹128或具有与第一取向不同的取向的裂纹的第二热特征。

示例性系统和方法的各实施例有助于自动地检测部件中的一个或多个裂纹。此外，部件中的裂纹在不去除部件上的涂覆层、污垢和/或其它非电层的情况下被检测到。这又减少了部件的检查成本和维护成本。

尽管本文仅示出并说明本公开内容的某些特征，本领域技术人员将会想到许多改型和变型。因此，应当理解，随附的权利要求意在涵盖落入本公开内容的真实精神内的所有这些改型和变型。