內(nèi)通道阻塞的熱像檢測的制作方法
【專利摘要】一種對界定至少一條內(nèi)通道（110、120）的組件（100）進行熱檢查的方法。所述方法包括在由所述至少一條內(nèi)通道在所述組件的表面（102）界定的至少一個出口孔（122）接收熱圖像（712）的連續(xù)序列。所述方法還包括傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道，基于所接收的熱圖像，根據(jù)時間接收溫度響應信號（1000、1000a、1000b、1000c），確定所述溫度響應信號的一階導數(shù)（1001、1001a、1001b、1005），以及基于所述溫度響應信號的一階導數(shù)確定所述至少一條內(nèi)通道的阻塞級別。
【專利說明】內(nèi)通道阻塞的熱像檢測
【技術領域】
[0001]本公開涉及物體內(nèi)通道阻塞的熱像檢測。
【背景技術】
[0002]為了改進燃氣輪機的熱力學效率，發(fā)動機的高壓渦輪節(jié)可以在其可能的最高溫度運轉(zhuǎn)。不過，渦輪的運轉(zhuǎn)溫度上升了，渦輪槳葉組件比如輪葉和葉片上的熱應力也上升。這些應力可能導致組件壽命縮短以及運轉(zhuǎn)期間的潛在故障?，F(xiàn)代航空器渦輪發(fā)動機以及發(fā)電用地基渦輪已經(jīng)以設計、材料和制造技術的顯著進步，致力于更高的運轉(zhuǎn)溫度和保護和維護渦輪槳葉這些看起來相背離的需求。
[0003]現(xiàn)代渦輪槳葉一般以超耐熱合金構造，與常規(guī)金屬和合金相比，它們提供高溫下優(yōu)越的機械強度、抵抗蠕變、氧化和腐蝕以及長疲勞壽命。通過允許冷卻流體(典型情況下是空氣)穿過槳葉循環(huán)的內(nèi)冷卻通道的網(wǎng)絡，能夠進一步增強高溫性能。槳葉表面上的排氣管道和孔把空氣從內(nèi)通道排出。這些孔可以設計為沿著槳葉的外表面引導冷卻流體膜以進一步增強冷卻。
[0004]各種使用紅外熱像的方法能夠用于檢測組件的孔中的阻塞，比如槳葉的冷卻孔。一般來說，這些方法典型情況下包括泵壓流體(或者熱的、冷的或者冷熱交替的)穿過組件然后觀察組件表面的最終紅外圖像以判斷流體是否正常地從組件的全部孔排出。在某些情況下，選擇在紅外光譜中可見的氣體。在其他方法中，以若干傳感器密切監(jiān)視氣體的輸入和排氣壓力，這些壓力之間的關系中的偏離被視為阻塞的指示。這些方法在檢測完全阻塞或接近完全阻塞時一般是成功的，但是它們往往不能檢測部分阻塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了在機載和地基渦輪中存在的高溫環(huán)境中運轉(zhuǎn)，諸如輪葉和葉片的組件典型情況下由流體(如空氣或蒸汽)冷卻，它流經(jīng)內(nèi)通道陣列并通過所述組件表面的排氣小孔排出。渦輪運轉(zhuǎn)期間或者通道或孔的阻塞導致局部溫度上升，這會引起所述組件的危急故障。本公開提供若干方法，用于檢測被分析物體比如槳葉(如渦輪輪葉或葉片)的這些阻塞和其他瑕疵、缺陷和/或特征。
[0006]目前，檢測這些阻塞的方法原始而耗時。例如，常見的檢查方法要求檢查人員以金屬絲手工地探詢每個孔。另一種方法包括泵壓流體穿過所述組件，以及定性地觀察從每個孔流出的涌動。這些方法不精確，并且往往不能檢測部分阻塞。
[0007]本公開的一方面提供對界定至少一條內(nèi)通道的組件進行熱檢查的方法。所述方法包括在由所述至少一條內(nèi)通道在所述組件的表面界定的至少一個出口孔處接收熱圖像的連續(xù)序列。所述方法還包括傳遞加壓的氣流脈沖(如室溫空氣)進入所述至少一條內(nèi)通道，基于所接收的熱圖像，根據(jù)時間接收溫度響應信號，確定所述溫度響應信號的一階導數(shù)，以及基于所述溫度響應信號的一階導數(shù)確定所述至少一條內(nèi)通道的阻塞級別。
[0008]本公開的實施可以包括一個或多個以下特征。盡管所述方法包括傳遞空氣脈沖，但是實行所述方法的方式也能夠為向所述組件連續(xù)地傳遞空氣流并且調(diào)整所述空氣流傳遞，比如由使用階躍函數(shù)或其他脈沖效應。在某些實施中，所述方法包括以至少150Hz的幀速率捕獲所述熱圖像。所述方法可以包括將所測試組件的溫度響應信號的一階導數(shù)與未阻塞的至少一條內(nèi)通道所對應的參考組件的溫度響應信號的一階導數(shù)進行比較。在某些實例中，所述方法包括評估所接收的熱圖像的像素時間歷史以識別氣流運動時間段和氣流切斷時間段。所述溫度響應信號的一階導數(shù)的峰值可以被識別以確定所述運動時間段和所述切斷時間段。所述方法可以包括將具有時間上正導數(shù)峰值后緊跟著負導數(shù)峰值的圖像像素識別為對應于所述運動時間段。不僅如此，所述方法可以包括將具有時間上負導數(shù)峰值后緊跟著正導數(shù)峰值的圖像像素識別為對應于所述切斷時間段。
[0009]在某些實施中，所述方法包括識別具有時間上正導數(shù)峰值后緊跟著負導數(shù)峰值的圖像像素，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第一閾值峰值的振幅。所述方法也可以包括識別具有時間上負導數(shù)峰值后緊跟著正導數(shù)峰值的圖像像素，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第二閾值峰值的振幅。所述第一和第二閾值峰值能夠相等。在某些實例中，所述方法包括識別其中對于所述運動和切斷時間段，所識別的正導數(shù)峰值與負導數(shù)峰值之間的差大于第三閾值的圖像像素。為了確定所述測試組件返回到平衡狀態(tài)，所述方法可以包括識別具有溫度響應信號的一階導數(shù)的圖像像素，該溫度響應信號的一階導數(shù)在圖像捕獲幀的閾值數(shù)內(nèi)返回零的平衡范圍內(nèi)。
[0010]在某些實施中，所述方法包括使未阻塞的阻塞級別與被評估為具有以下性質(zhì)的圖像像素相關聯(lián):1)時間上正導數(shù)峰值后緊跟著負導數(shù)峰值，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第一閾值峰值的振幅，2)時間上負導數(shù)峰值后緊跟著正導數(shù)峰值，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第二閾值峰值的振幅，以及3)對于所述運動和切斷時間段，所識別的正導數(shù)峰值與負導數(shù)峰值之間的差大于第三閾值。所述第一和第二閾值峰值能夠相等或不同。不僅如此，確定所述閾值峰值的方式還可以為評估統(tǒng)計上大量的已經(jīng)由其他方法確定為阻塞的或未阻塞的組件(如槳葉)。
[0011]所測試組件對應的圖像能夠以電子方式顯示。所述圖像的像素可以指明通道阻塞的級別(如根據(jù)導數(shù)振幅)。所述圖像可以是所測試組件的熱圖像。
[0012]所述方法可以包括傳遞分開的離散加壓氣流脈沖的序列進入所述至少一條內(nèi)通道?？梢院雎运隹諝饷}沖序列的第一個空氣脈沖對應的所述溫度響應信號的部分(如因為所述組件在接收所述第一個空氣脈沖后可能移動到變?yōu)樽湓跍y試夾具中)。
[0013]本公開的另一方面提供對界定至少一條內(nèi)通道的組件進行熱檢查的方法。所述方法包括在由所述至少一條內(nèi)通道在所述組件的表面界定的至少一個出口孔處接收熱圖像的連續(xù)序列以及傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道。所述出口孔被安排或構造為排出空氣膜跨越所述組件的表面以增強所述表面的對流冷卻。所述方法進一步包括基于至少一幅熱圖像確定所述空氣膜的形狀，以及比較所確定的空氣膜形狀與參考形狀以判斷所述出口孔是否滿足規(guī)格(如維度、性能等)。在某些實施中，所述方法包括對于所接收的熱圖像的每個對應像素根據(jù)時間接收溫度響應信號，以及基于所述溫度響應信號確定所述空氣膜的形狀。
[0014]在又一方面，對界定至少一條內(nèi)通道的組件進行熱檢查的方法包括接收所述組件表面的紅外圖像的連續(xù)序列，傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道，以及可選地停止所述氣流脈沖的傳遞。所述方法還包括基于所接收的熱圖像，根據(jù)時間接收溫度響應信號，接收所述組件的熱擴散率，對所接收的溫度響應信號擬合數(shù)學表達式，以及確定所述組件的壁厚度。
[0015]在某些實施中，所述數(shù)學表達式包括透過受熱板的一維擴散的表達式，以板厚度作為自由參數(shù)。所述方法可以包括對所述溫度響應信號單調(diào)上升部分擬合數(shù)學表達式。所述熱圖像可以以至少150Hz的幀速率捕獲。
[0016]所述方法可以包括對于所接收的熱圖像的每個對應像素確定溫度響應信號。不僅如此，所述方法還可以包括識別所述至少一條內(nèi)通道在所述熱圖像上的位置以及確定所述至少一條內(nèi)通道與所述組件表面之間的壁厚度。
[0017]本公開的另一方面提供對界定至少一條內(nèi)通道的組件進行熱檢查的又一種方法。所述方法包括接收所述組件表面的紅外圖像的連續(xù)序列，傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道，以及可選地停止所述氣流脈沖的傳遞。所述方法還包括基于所接收的熱圖像，根據(jù)時間接收溫度響應信號，以及對在所述空氣脈沖傳遞運動時開始和在所述溫度響應信號達到最高溫度時結束的時間間隔出現(xiàn)的所述溫度響應信號的單調(diào)上升部分執(zhí)行熱像信號重建。所述方法包括將至少一個重建的溫度響應信號的一階導數(shù)與重建的參考溫度響應信號的一階導數(shù)進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī)格。所述方法也可以或作為替代包括將所述重建的溫度響應信號的二階導數(shù)與重建的參考溫度響應信號的二階導數(shù)進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī)格。
[0018]在某些實施中，所述熱像信號重建包括從所述溫度響應信號減去預激信號部分，平滑所述溫度響應信號，縮放平滑后溫度響應信號，在確定所述溫度響應信號所用的原始數(shù)據(jù)點之間插值，對所插值后的數(shù)據(jù)擬合低階多項式，以及執(zhí)行所述數(shù)據(jù)的逆縮放以提供重建的數(shù)據(jù)集。所述方法可以包括確定所述重建的溫度響應信號的一階導數(shù)。在某些實例中，所述方法包括識別所述至少一條內(nèi)通道在所述至少一個紅外圖像上的位置以及將在與所述至少一條內(nèi)通道的所識別的位置一致的一個或多個點處的重建的溫度響應信號的所述一階導數(shù)與重建的參考溫度響應信號的一階導數(shù)進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī)格。在附加的實例中，所述方法包括識別所述至少一條內(nèi)通道在所述至少一個紅外圖像上的位置以及將在與所述至少一條內(nèi)通道的所識別的位置一致的一個或多個點處的重建的溫度響應信號的二階導數(shù)與重建的參考溫度響應信號的二階導數(shù)進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī)格。
[0019]在另一方面，對界定至少一條內(nèi)通道的組件進行熱檢查的方法包括接收所述組件表面的紅外圖像的連續(xù)序列，傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道，以及基于所接收的熱圖像，根據(jù)時間接收溫度響應信號。所述方法還包括識別在所述空氣脈沖傳遞運動時開始和在所述溫度響應信號達到最高溫度時結束的時間間隔出現(xiàn)的所述溫度響應信號的單調(diào)上升部分以及識別在所述空氣脈沖傳遞運動停止時開始和在所述溫度響應信號達到最低溫度時結束的時間間隔出現(xiàn)的所述溫度響應信號的單調(diào)下降部分。
[0020]在某些實施中，所述方法包括對所述溫度響應信號的識別的單調(diào)部分中的至少一個擬合數(shù)學表達式以及/或者包括將所述溫度響應信號與確認的組件對應的參考信號進行比較。
[0021]在又一方面，熱像測試系統(tǒng)包括壓縮空氣源，被配置為與具有至少一條內(nèi)通道的組件相通地接收流體；紅外攝像頭，被布置為捕獲所接收的組件的圖像；以及與所述紅外攝像頭通信的計算設備。所述計算設備在由所述至少一條內(nèi)通道在所述組件的表面界定的至少一個出口孔處接收熱圖像的連續(xù)序列。所述計算設備也使所述空氣源傳遞加壓的氣流脈沖進入所述組件的所述至少一條內(nèi)通道以及可選地停止所述氣流脈沖的傳遞。所述計算設備基于所接收的熱圖像根據(jù)時間確定溫度響應信號、所述溫度響應信號的一階導數(shù)以及基于所述溫度響應信號的一階導數(shù)的所述至少一條內(nèi)通道的阻塞級別。
[0022]在某些實施中，所述紅外攝像頭以至少150 Hz的幀速率操作。所述計算設備將所測試組件的溫度響應信號的一階導數(shù)與未阻塞的至少一條內(nèi)通道所對應的參考組件的溫度響應信號的一階導數(shù)進行比較。在某些實例中，所述計算設備評估所接收的熱圖像的像素時間歷史以識別氣流運動時間段和氣流切斷時間段。所述計算設備可以識別所述溫度響應信號的一階導數(shù)的峰值以確定所述運動時間段和所述切斷時間段。例如，所述計算設備能夠?qū)⒕哂袝r間上正導數(shù)峰值后緊跟著負導數(shù)峰值的圖像像素識別為對應于所述運動時間段。不僅如此，所述計算設備可以將具有時間上負導數(shù)峰值后緊跟著正導數(shù)峰值的圖像像素識別為對應于所述切斷時間段。
[0023]在某些實施中，所述計算設備識別具有時間上正導數(shù)峰值后緊跟著負導數(shù)峰值的圖像像素，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第一閾值峰值的振幅。所述計算設備也可以識別具有時間上負導數(shù)峰值后緊跟著正導數(shù)峰值的圖像像素，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第二閾值峰值的振幅。所述第一和第二閾值峰值能夠相等。在某些實例中，所述計算設備識別其中對于所述運動和切斷時間段，所識別的正導數(shù)峰值與負導數(shù)峰值之間的差大于第三閾值的圖像像素。所述計算設備可以識別具有溫度響應信號的一階導數(shù)的圖像像素，該溫度響應信號的一階導數(shù)在圖像捕獲幀的閾值數(shù)內(nèi)返回零的平衡范圍內(nèi)。
[0024]所述計算設備可以使未阻塞的阻塞級別與被評估為具有以下性質(zhì)的圖像像素相關聯(lián):1)時間上正導數(shù)峰值后緊跟著負導數(shù)峰值，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第一閾值峰值的振幅，2)時間上負導數(shù)峰值后緊跟著正導數(shù)峰值，其中兩個導數(shù)峰值都具有大于第二閾值峰值的振幅，以及3)對于所述運動和切斷時間段，所識別的正導數(shù)峰值與負導數(shù)峰值之間的差大于第三閾值。所述計算設備可以以電子方式顯示所測試組件對應的圖像(如在與所述計算設備通信的監(jiān)視器或顯示器上)。所述圖像的像素能夠指明通道阻塞的級別(如通過顏色編碼等)。不僅如此，所述圖像還能夠是所測試組件的熱圖像。
[0025]本公開的一個或多個實施的細節(jié)在以下的附圖和說明中闡述。按照說明和附圖以及按照權利要求書，其他方面、特征和優(yōu)點將顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是渦輪槳葉制造過程的示意圖；
[0027]圖2和圖3是渦輪槳葉制造過程的質(zhì)量保證測試步驟的示意圖；
[0028]圖4是示范渦輪槳葉的通道阻塞檢測的大頭針/金屬絲測試的示意圖；
[0029]圖5是示范渦輪槳葉的通道阻塞檢測的水測試的示意圖；
[0030]圖6是示范渦輪槳葉壁的剖面圖；
[0031]圖7是熱像檢測系統(tǒng)的示意圖，用于檢測物體的特征和/或阻塞的內(nèi)通道；
[0032]圖8A和圖8B提供以熱像方式測試物體時示范操作方案；[0033]圖9A是示范渦輪槳葉與其周圍環(huán)境平衡時的示意圖；
[0034]圖9B是圖9A所示渦輪槳葉開始接收加壓氣流時的示意圖；
[0035]圖9C是由于渦輪槳葉內(nèi)通道中的先前靜態(tài)空氣的迅速壓縮使渦輪槳葉經(jīng)歷內(nèi)加熱的不意圖；
[0036]圖9D是圖9C所示渦輪槳葉內(nèi)的壓縮空氣穿過由槳葉界定的出口通道漏出的示意圖；
[0037]圖9E是停止傳遞壓縮空氣后，圖9D所示渦輪槳葉中的空氣膨脹的示意圖；
[0038]圖1OA和圖1OB是未阻塞通道或孔的示范溫度響應信號的圖形；
[0039]圖1OC是未阻塞孔和阻塞孔的示范溫度響應信號的圖形；
[0040]圖1OD是具有標記的已識別阻塞孔的示范渦輪槳葉圖像的側視圖；
[0041]圖11是示范渦輪槳葉的剖面圖，展示了流出不同類型孔的氣流路徑；
[0042]圖12是示范渦輪槳葉的剖面圖，展示了不同的攝像頭角度如何能夠得到槳葉內(nèi)表面的熱圖像；
[0043]圖13是示范渦輪槳葉的剖面圖，經(jīng)歷著從熱的內(nèi)部空氣穿過槳葉壁的熱傳導；
[0044]圖14是具有外表面膜的示范渦輪槳葉的剖面圖，由于熱空氣通過帶角度的出口通道離開而經(jīng)歷了膜加熱；
[0045]圖15A是剖面圖，展示了穿過示范渦輪槳葉的不同的熱傳遞路徑；
[0046]圖15B是圖15A所示熱傳遞路徑所對應的溫度響應信號的圖形；
[0047]圖16A是示意圖，展示了槳葉外表面上從槳葉孔的示范薄膜加熱路徑；
[0048]圖16B是示范渦輪槳葉的剖面圖，展示了圖15A所示薄膜加熱路徑所對應的從槳葉孔的氣流出口路徑；
[0049]圖17A是對于進入渦輪槳葉中的多個順序空氣脈沖，熱像測試系統(tǒng)的示范溫度響應信號的圖形；
[0050]圖17B是圖17A所示溫度響應信號的一階導數(shù)圖形；
[0051]圖18A是具有阻塞孔、未阻塞孔和固體表面的渦輪槳葉以熱像方式測試的示范溫度響應信號的圖形；
[0052]圖18B是圖18A所不溫度響應信號一部分的圖形,展不了未阻塞孔的溫度響應信號的單調(diào)上升信號部分；
[0053]圖19提供示范操作方案，用于確定具有內(nèi)通道物體的局部壁厚度；
[0054]圖20提供熱像信號重建(TSR)的示范操作方案；
[0055]圖21A和圖21B是熱衰減圖，展示了線性域(圖21A)和對數(shù)域(圖21B)中成像樣本的溫度-時間衰減特征；
[0056]圖22A是控制樣本正視圖的圖像(形成自重建數(shù)據(jù))，其中控制樣本包含多個底部平坦的孔，從樣本背面以多個深度鉆孔；
[0057]圖22B是控制樣本正視圖的圖像(形成自原始數(shù)據(jù)，即尚未使用本發(fā)明的重建技術調(diào)整的數(shù)據(jù));
[0058]圖22C和圖22D是分別采用形成圖22A中圖像所用的重建數(shù)據(jù)的一階和二階導數(shù)所創(chuàng)建的圖像；
[0059]圖23提供檢測物體內(nèi)通道碎片的組合示意圖形，使用了應用到物體熱圖像的路徑段；
[0060]圖24提供檢測物體的內(nèi)通道碎片的示范操作方案；
[0061 ] 多幅圖中相同附圖標記指明相同的要素。
【具體實施方式】
[0062]組件制造可能需要許多步驟，其中某些可以包括質(zhì)量檢查。盡管本公開介紹了多種方法和裝置，用于渦輪槳葉制造和檢查，但是這些方法和裝置也可以被用于其他類型的組件，以及該組件已經(jīng)在使用中之后的后續(xù)檢查。
[0063]參考圖1至圖3，渦輪槳葉100的制造可以包括幾個步驟，比如槳葉100的鑄造、加工和涂層。鑄造工藝可以包括將熔化的超耐熱合金注入模腔中，其中具有界定內(nèi)部冷卻通道網(wǎng)的陶瓷芯子。鑄造槳葉100后，通過化學浸析工藝能夠除去陶瓷芯子。在每個制造步驟或操作都能夠執(zhí)行多項檢查。例如，鑄造槳葉100后，質(zhì)量檢查可以包括測量槳葉100的構造特征，比如整體尺寸和/或壁厚度，內(nèi)通道和結構的正確形成和布局，以及檢查裂縫或缺陷。加工操作可能需要在槳葉100中形成多個特征，比如冷卻管道、通道和/或孔。加工操作之后，能夠檢查槳葉100的特征尺寸容差以及/或者管道、通道和/或孔的至少部分阻塞。在涂層操作期間，可以對槳葉涂布熱障涂層(TBC)以增強性能。涂層操作之后，可以檢查槳葉100的涂層附著力(如脫層)、涂層厚度和/或該管道、通道和/或孔的至少部分阻塞。
[0064]影響槳葉操作性能的許多問題可能發(fā)生在制造過程期間。例如，在鑄造中使用的陶瓷芯子脫落的殘余和碎片可能保留到浸析工藝之后，并且在內(nèi)冷卻管道中產(chǎn)生阻塞。不僅如此，陶瓷芯子在鑄造工藝期間可能移動位置，使得鑄造的槳葉100與規(guī)格不一致。其他問題可能包括冷卻孔加工不完全，引起孔的完全或部分阻塞，損害了冷卻性能。孔可能不正確地定位或以不符說明書的角度鉆孔。在激光加工時，穿過槳葉壁的孔的直徑可能不一致。不僅如此，加工過程期間產(chǎn)生的碎片可能進入內(nèi)冷卻通道并產(chǎn)生阻塞。涂層工藝可能阻塞冷卻孔或產(chǎn)生碎片進入內(nèi)冷卻通道并產(chǎn)生阻塞。
[0065]每項制造操作的檢查可以包括不同的檢查方法和裝備，用于分析槳葉100的多個方面或用于確定多個質(zhì)量度量。這些檢查方法可以包括超聲波測試(υτ)、χ射線、中子射線攝影術(N射線)、液體滲透檢查、貫通水流、管道鏡、大頭針/金屬絲孔檢查、渦流分析以及紅外熱像。例如，鑄造操作后，紅外熱像、超聲波測試和/或X射線測試能夠用于判斷槳葉100的結構完整性(如特征尺寸、壁厚度等)。加工操作后，紅外熱像、液體滲透檢查、貫通水流、管道鏡以及/或者大頭針/金屬絲孔檢查能夠用于判斷槳葉100是否有任何裂縫或被阻塞通道。圖4展示了將金屬絲200手工插入到槳葉100的出口通道120，以判斷出口通道120是否被阻塞。手工金屬絲檢查對于大量的出口通道120可能很耗時，受每位操作員主觀影響，并且不能檢測出內(nèi)通道復雜路徑中的部分阻塞。圖5展示了流水進入槳葉100的入口通道110，它與一個或多個出口通道120流體相通。通過每個出口通道120的向外相對流速能夠檢測出阻塞的冷卻通道；不過，該方法可能是主觀的并且可能難以檢測小阻塞。涂層操作后，紅外熱像和/或超聲波測試(UT)能夠用于判斷附著質(zhì)量(如通過識別脫層的任何區(qū)域)。不僅如此，渦流測試也可以用于確定槳葉100的涂層厚度。
[0066]圖6提供示范槳葉100的一部分剖面圖，具有的入口通道110與出口通道120流體相通。在所示的實例中，碎片300可能在通道110、120的壁上積聚，使橫斷面流動面積失去，并且在某些事例中，整體地阻塞一條或多條通道110、120。碎片300可以從任何數(shù)量的來源進入槳葉100，比如加工碎片、涂層材料、流過那里的冷卻劑中的外來物、來自鑄造工藝的殘留芯子等。在每個制造步驟后以及在商業(yè)運行中的槳葉維護期間，紅外熱像可以用于檢查槳葉100。
[0067]紅外熱像檢查的方法能夠用于檢測槳葉冷卻孔中的阻塞和內(nèi)管道中的殘留芯子碎片，以及確認槳葉表面上膜冷卻的正確運行。膜冷卻可以發(fā)生在內(nèi)通道和出口孔未被阻塞并且出口孔朝向排出空氣覆蓋槳葉表面時。該檢查方法不要求測試前大量的槳葉準備，或者檢查期間空氣溫度的調(diào)整。不僅如此，該檢查方法允許在幾秒的階段中檢查整個槳葉100。雖然通過使用已經(jīng)核實的內(nèi)通道和出口孔未阻塞的參考槳葉能夠增強本檢查方法的若干方面，但是使用其他先驗信息和/或基于結果數(shù)據(jù)中的簡單指標，本檢查方法也能夠識別出阻塞。
[0068]參考圖7，在某些實施中，用于以熱像方式測試具有至少一條內(nèi)通道的組件705比如渦輪槳葉100的系統(tǒng)700包括紅外攝像頭710、與紅外攝像頭710通信的計算設備720(如具有處理器和/或存儲器的設備)以及被配置為與該組件相通地接收流體的壓縮空氣源730。與計算設備720通信的閥740可以控制從壓縮空氣源730到組件705的氣流(如在室溫或任何溫度)。例如，通過控制閥740，計算設備720能夠控制氣流傳遞的壓力級別、脈沖持續(xù)時間、脈沖序列等。紅外攝像頭710被布置為監(jiān)視組件705的至少某部位。在所示的實例中，紅外攝像頭710被布置為從一個觀點觀察整個槳葉100作為組件705?？梢允褂苗R子觀察組件705的多個面。紅外攝像頭710提供至少一幅熱圖像712 (如熱圖像712的序列)，由像素714組成。計算設備720接收來自紅外攝像頭710的成像信號，并且可以從每個像素714確定溫度響應信號(根據(jù)時間的溫度)。例如，計算設備720可以具有數(shù)字圖像捕獲或模擬幀抓取的功能，將從紅外攝像頭710收到的信號或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠被計算設備720分析和以數(shù)學方式運算的格式。計算設備720不一定需要與攝像頭710分離，并且計算設備720中的功能能夠被合并到攝像頭710自身之中，例如作為板上集成電路。不僅如此，計算設備720可以包括可選的捕獲模塊，當攝像頭710得到多個空間上不同的圖像712時用于產(chǎn)生成像樣本的完整馬賽克圖像，尤其在樣本大到不能在單一圖像幀中安置時。
[0069]圖8A和圖SB提供以熱像方式測試某組件至少一條內(nèi)通道的示范操作方案800。一般來說，本方法包括在室溫或任何其他穩(wěn)定溫度將氣體(如空氣或其他適合氣體)的短暫脈沖傳遞穿過該組件以檢測阻塞的內(nèi)通道。不同于大多數(shù)強加空氣方式，本方法可以既不依賴于也不需要有關輸入或輸出空氣溫度的任何信息。相反，本方法可以包括當首先引入然后切斷氣流時，監(jiān)視該組件的動態(tài)溫度響應。
[0070]在圖9A至圖9E所示的實例中，對渦輪槳葉100應用了熱像測試操作。計算設備720能夠執(zhí)行或控制一個或多個測試操作。系統(tǒng)700能夠檢測到緊靠出口通道120的未阻塞孔122中的接近瞬時的加熱和冷卻溫度響應，以自動檢測出阻塞和未阻塞孔122。另外參考圖7，這些操作包括開始802紅外攝像頭710的圖像捕獲。在初始狀態(tài)下，如圖9A所示，槳葉100未從系統(tǒng)700 (如從與閥740交流的空氣傳遞管線750)收到氣流，并且槳葉100與其周圍環(huán)境處于熱平衡。紅外攝像頭710可以收集槳葉100的數(shù)字圖像712的連續(xù)序列。攝像頭的操作幀速率可以快得足以采樣槳葉100的瞬時上升和下降溫度響應。在某些實施中，攝像頭以至少150Hz的幀速率操作，并且在某些實例中以大約300Hz操作。雖然更高的速率可接受，但是在低于150Hz的頻率結果變得逐漸降級。
[0071]參考圖8A和圖9B至圖9D，這些操作包括傳遞804強制氣流脈沖或加壓氣流進入槳葉100?？諝馓畛錁~100的入口通道110和出口通道120。本質(zhì)上在氣流開始進入槳葉100后，槳葉100和傳遞管線750中的靜態(tài)空氣立即壓縮并使槳葉100入口通道110和出口通道120的內(nèi)表面溫度升高，正如圖9C展示。壓縮加熱的持續(xù)時間典型情況下相當短暫(如幾十毫秒的數(shù)量級)，并且由槳葉100和傳遞管線750中的靜態(tài)空氣體積、通道110、120和出口孔122的尺寸和分布以及進入空氣的壓力確定。通過改變傳遞管線750的長度或直徑可以調(diào)整壓縮加熱的持續(xù)時間。盡管這些操作包括傳遞空氣脈沖，但是執(zhí)行檢查的方式也可以為連續(xù)地傳遞空氣流并且調(diào)整空氣流傳遞，比如由使用階躍函數(shù)或其他脈沖效應。壓縮空氣經(jīng)由出口通道120漏出，正如圖9D展示。
[0072]將相對高壓的氣流突然引入到與其室溫的環(huán)境平衡的槳葉100中通道110、120的固定體積中，使一開始在通道110、120中存在的靜態(tài)空氣本質(zhì)上瞬時壓縮，因此加熱了空氣。當加熱的空氣體經(jīng)由槳葉100的出口通道120被排出之時，靠近出口通道120的出口孔122的槳葉外表面102能夠由于對流接觸而受熱(圖9D)。一旦原始靜態(tài)空氣體已經(jīng)被排出，它便由相對更冷的壓縮空氣的穩(wěn)定流所替換，它以穩(wěn)定的速率經(jīng)由出口通道120被排出。作為氣體壓縮的結果而發(fā)生的初始溫度上升被平息，原因為在槳葉外表面102產(chǎn)生的熱量傳導進相關聯(lián)的槳葉100的槳葉壁104的內(nèi)部以及隨后的穩(wěn)態(tài)氣流對流冷卻的結合。
[0073]參考圖7、8A和9E，這些操作進一步包括停止806將氣流傳遞到槳葉100，然后停止808紅外攝像頭710的圖像捕獲。當強制氣流本質(zhì)上被瞬間切斷時，槳葉100經(jīng)歷了內(nèi)部空氣壓力的突然降低，它引起空氣和/或槳葉100的突然溫度下降。槳葉100中的空氣可以膨脹到傳遞管線750中，引起槳葉內(nèi)壓的下降。
[0074]再次參考圖7，在某些實例中，計算設備720在由至少一條內(nèi)通道120在槳葉100的表面102界定的至少一個出口孔122接收熱圖像712的連續(xù)序列。計算設備也使空氣源730傳遞加壓的氣流脈沖進入槳葉100的至少一條內(nèi)通道110、120，以及停止氣流脈沖的傳遞。計算設備720確定基于收到的熱圖像712的根據(jù)時間的溫度響應信號、溫度響應信號1000的一階導數(shù)1001以及基于溫度響應信號1000的一階導數(shù)1001的至少一條內(nèi)通道110、120的阻塞級別。
[0075]參考圖7和圖1OA至圖10C，紅外攝像頭710在空氣脈沖的傳遞之前、期間和之后，可以捕獲槳葉100的圖像712。空氣傳遞過程對緊靠出口通道孔122的槳葉100的表面溫度的凈效應是突然的溫度升高(如由于原始靜態(tài)氣體的排出)，隨之逐漸的溫度降低(如由于傳導和對流)，然后是突然的溫度下降(如由于切斷時的降壓)。整個過程產(chǎn)生了紅外攝像頭710可檢測到的可預測的溫度響應信號1000，正如圖1OA至圖1OC中的展示，提供根據(jù)時間的溫度響應信號1000的示范圖形。在所有空氣傳遞到槳葉100之前的熱像測試的第一周期1002期間，槳葉外表面102上出口通道孔122周圍的表面溫度處于與其環(huán)境平衡的溫度。在第二周期1004期間，由于槳葉100內(nèi)部靜態(tài)空氣的壓縮和壓縮空氣脈沖傳遞到槳葉100中，緊靠受監(jiān)視的出口通道孔122的槳葉100的表面溫度突然升高。突然的溫度升高在溫度響應信號1000上具有對應的溫度峰值1012。壓縮空氣然后經(jīng)由對應的出口通道120被排出。在第三周期1006期間，由于槳葉通道110、120內(nèi)部空氣的初始壓縮所產(chǎn)生熱的傳導和對流，槳葉100經(jīng)歷了逐漸的溫度降低。結果，溫度響應信號1000的部分1014對應于逐漸的溫度下降即負的斜率。在停止了傳遞空氣流進入槳葉100后，由于槳葉100內(nèi)部空氣的降壓和膨脹，在第四周期1008期間槳葉100經(jīng)歷了突然的溫度下降。突然的溫度降低在溫度響應信號1000上具有對應的溫度急降1016。在第五周期1010期間，槳葉100和槳葉100的內(nèi)部空氣的溫度返回到與周圍環(huán)境平衡。
[0076]參考圖7至圖10C，測試操作進一步包括根據(jù)時間確定810溫度響應信號1000的時間導數(shù)，并且評估812攝像頭710每個像素714的像素時間歷史，以識別出突然溫度升高和隨后的突然降低所對應的正負導數(shù)峰值。另外參考圖17A和圖17B，這些操作可以包括識別正導數(shù)峰值1007后緊跟著負導數(shù)峰值1009所對應的圖像像素714，用于識別強制氣流脈沖開始所對應的溫度峰值1012，其中兩個導數(shù)峰值1007、1009都大于閾值峰值A。閾值峰值A能夠?qū)τ诿總€測試組件分別地確定也能夠使用標準值。這些操作也能夠包括識別負導數(shù)峰值1009后緊跟著正導數(shù)峰值1007所對應的圖像像素714，用于識別強制氣流脈沖切斷所對應的溫度急降1016，其中兩個導數(shù)峰值1007、1009都大于閾值峰值B。這個閾值峰值B可以與用于識別溫度峰值1012的閾值峰值A相同或不同。不僅如此，確定閾值峰值A、B的方式還可以為評估統(tǒng)計上大量的已經(jīng)由其他方法確定為阻塞的或未阻塞的組件(如槳葉100)。在某些實施中，這些操作包括識別若干像素714，其中對于開始和切斷，正負導數(shù)峰值之間的差大于閾值峰值差異C。
[0077]這些操作可以可選地包括:確定圖像像素714的導數(shù)信號1001在幀的閾值數(shù)內(nèi)返回至平衡(如在零的平衡閾值范圍內(nèi))，用于識別溫度響應信號的第五周期1010。
[0078]雖然槳葉外表面102上靠近出口通道孔122或靠近給定出口的實際或即使相對溫度可能取決于許多因素，包括靜態(tài)或強制氣流溫度、槳葉溫度、強制氣流的壓力，但是根據(jù)時間的溫度響應信號1000的整體圖形形狀在很大程度上與這些因素無關。在未阻塞出口通道孔122周圍中和緊鄰的槳葉區(qū)域106(圖9E)本質(zhì)上緊接著空氣脈沖的傳遞開始后將顯現(xiàn)強烈的正溫度峰值1012，以及本質(zhì)上緊接著空氣流的傳遞停止后的對應負峰值1016，本質(zhì)上溫度逐漸降低的部分1014在其間。相反，與阻塞孔122相關聯(lián)的溫度響應信號IOOOb上的若干相同點將呈現(xiàn)相對更緩進的加熱和冷卻曲線，正如圖1OC所示實例中的展示。
[0079]參考圖10D，這些操作可以包括將具有滿足像素時間歷史評估的溫度響應信號1000的已識別圖像像素714與未阻塞孔122相關聯(lián)，并且可選地在來自紅外攝像頭710的數(shù)字圖像712上標記對應像素位置。操作員可以觀察數(shù)字圖像712和/或溫度響應信號以確定那些出口通道120是開放的，那些通道120被阻塞或部分阻塞。
[0080]再次參考圖10C，在某些實施中，確定內(nèi)通道110、120阻塞級別的方法包括分析熱圖像712上每個像素714的溫度響應信號1000(即從紅外攝像頭710捕獲的熱圖像712序列的對應像素714的溫度-時間歷史導出的信號)的形狀。在顯示的實例中，溫度響應信號1000包括具有相對快的上升時間(即在相對短的時段上溫度迅速升高)的第一峰值1012。本方法可以包括在采樣時段上在空氣脈沖開始與對應像素714達到最高溫度的時間之間出現(xiàn)的時段期間識別出具有單調(diào)上升形狀或部分1020以及/或者溫度中閾值改變的第一峰值1012。同樣，本方法可以包括在采樣時段上在空氣脈沖切斷時間與對應像素714達到最低溫度的時間之間出現(xiàn)的時段期間識別出具有單調(diào)下降形狀或部分1030以及/或者溫度中閾值改變的第二峰值1016。本方法也可以包括對溫度響應信號1000的已識別單調(diào)部分1020、1030中的至少一個擬合多項式，以及/或者將溫度響應信號1000與已確認組件所對應的參考信號1000進行比較。
[0081]圖11展示了示范槳葉100，具有的壁104界定不同類型的出口孔122。在顯示的實例中，槳葉壁104界定直通出口孔122a，其中對應出口通道120的壁124本質(zhì)上正交(如垂直)于槳葉外表面102。在某些實例中，槳葉壁104界定傾角出口孔122b，其中對應出口通道120的壁124被布置為關于槳葉外表面102成某角度。這種布局使離開的空氣在槳葉外表面102上通過，促進了表面冷卻。例如，傾角孔122b能夠引導槳葉表面102上的空氣膜126，經(jīng)由空氣膜126與槳葉表面102之間的對流進行槳葉100的膜冷卻。結果，傾角孔122b可以對槳葉100提供比直通孔122a相對更高效的冷卻。在更進一步的實例中，槳葉壁104界定復雜的出口孔122c，其中對應出口通道120的壁124被布置為關于槳葉外表面102成不同的角度。復雜孔122c能夠被配置為使離開的空氣以多個方向在槳葉外表面102上通過，從而沿著多個方向產(chǎn)生空氣膜126，覆蓋比其他兩種類型的孔122a、122b相對更大的表面積。取決于紅外攝像頭710的位置，系統(tǒng)700能夠測量從槳葉表面102、出口通道120的壁124以及其他內(nèi)通道110、120的壁114、124發(fā)出的紅外輻射，正如圖12所示。
[0082]參考圖13，將相對高壓的氣流突然引入到槳葉100的通道110、120的固定體積中，使在通道110、120中一開始存在的靜態(tài)空氣本質(zhì)上瞬時壓縮，因此加熱了空氣。加熱的氣加熱了內(nèi)通道110、120至少某些的壁114、124。內(nèi)壁114、124可以因此通過槳葉壁104將來自內(nèi)通道110、120的熱量傳導至槳葉100的外表面120。熱傳導的傳播時間可以取決于槳葉壁104的厚度和/或成分(如熱擴散率)。
[0083]參考圖14，在某些實施中，槳葉100的外表面102 (以及/或者其上的熱障涂層130)接收了例如從傾角出口孔122b排出的空氣膜126。當排出的空氣膜126受熱時，能夠通過對流(或熱障涂層130，它將熱量傳導至槳葉壁104)加熱槳葉表面102。例如，在槳葉外表面102上靠近出口孔122、122b的點F處以及氣流的路徑上，排出的氣流能夠產(chǎn)生空氣膜126跨越槳葉外表面102 (如跨越熱障涂層130)，它通過與收到的氣流對流加熱槳葉外表面102。不僅如此，通過槳葉壁104的熱傳導能夠進一步加熱槳葉外表面102。
[0084]參考圖15A和圖15B，由于受熱的內(nèi)部空氣，槳葉100可以經(jīng)歷不同的表面加熱模式或路徑。在顯示的實例中，槳葉100能夠經(jīng)歷經(jīng)由槳葉壁104的傳導加熱、通過傳導的內(nèi)核加熱、由出口孔122出來并覆蓋熱障涂層130的收到氣流對流的膜加熱，以及出口孔122附近局部膜加熱與槳葉壁傳導的結合。在壓縮空氣引入到槳葉100后的短暫周期，槳葉外表面102 (如導孔)的膜加熱可以為槳葉100的表面加熱模式的主導。在這個短暫周期之后，表面加熱的其他模式可以占主導。
[0085]在圖16A和圖16B展示的實例中，槳葉外表面102上受熱空氣膜126的形狀能夠在對應槳葉100 (圖16B)的熱圖像712 (圖16A)上被捕獲。受熱內(nèi)部空氣的初始漏出可以使在對應出口孔122周圍的槳葉外表面102受熱。不僅如此，相對更冷空氣的后期穩(wěn)態(tài)流動可以引起這些槳葉外表面102的冷卻。經(jīng)由出口孔120漏出的空氣能夠被出口孔120 (如傾角出口孔122b或復雜出口孔122c)引導在槳葉表面102上。出口孔122能夠被布置為或配置為(如以特定形狀構造為)在槳葉表面102上產(chǎn)生一定形狀的空氣膜126，比如橢圓形、扇形或其他適合形狀。槳葉100的熱像檢查可以包括分析熱檢測的空氣膜126的形狀(如熱圖像712中的空氣膜形狀)，以判斷對應的出口孔122是否滿足規(guī)格。例如，熱檢測的空氣膜126的形狀能夠?qū)φ照Ｐ纬傻某隹诳?22所對應的空氣膜的參考形狀進行比較。所述檢查可以包括對于從紅外攝像頭710接收的熱圖像712的每個對應像素714，根據(jù)時間接收或測定溫度響應信號1000，并且根據(jù)溫度響應信號1000確定空氣膜126的形狀。在槳葉100的運行期間，排出的空氣膜126用作冷卻熱槳葉表面102。由于對室溫的槳葉100進行所述檢查，所以排出的空氣加熱了槳葉表面102，從而允許空氣膜形狀的熱像檢測和檢查。
[0086]在某些實施中，以熱像方式測試槳葉100 (或另一個組件)的操作包括傳遞幾個空氣脈沖(如2-3個)的序列以確認測試結果的可重復性。第一個空氣脈沖能夠用于幫助槳葉100坐落在測試夾具中并可以被丟棄，因為初始應用強制氣流時槳葉100可能產(chǎn)生某種移動。紅外攝像頭710可以直接地或使用鏡子對槳葉100成像，所以可以同時測試槳葉100的頂、底、邊和/或邊緣的表面。圖17A提供對于未阻塞通道110、120的第一個溫度響應信號IOOOa和對于阻塞通道110、120的第二個溫度響應信號IOOOb的示范圖形。圖17B提供圖17A所示溫度響應信號1000a、IOOOb的示范一階導數(shù)1001a、1001b。在這個實例中，測試系統(tǒng)700將兩個順序的空氣脈沖傳遞到槳葉100，同時使用紅外攝像頭710捕獲槳葉100的熱圖像712。兩個空氣脈沖都產(chǎn)生了可重復的溫度響應信號1000a、1000b。
[0087]通過將對于測試槳葉100的溫度響應信號的峰值振幅與對于參考槳葉100的對應溫度響應信號的峰值振幅進行比較，能夠確定通道110、120的阻塞程度。在圖17A所示的實例中，第一個溫度響應信號1000a屬于已經(jīng)知道或者以其他方式證實了未阻塞通道110、120的參考槳葉100，而第二個溫度響應信號1000b屬于測試槳葉100。分析圖17B所示的對應一階導數(shù)信號1001a、1001b揭示出所述測試槳葉100的一階導數(shù)信號1001b具有單極的開始信號部分1702和切斷信號部分1704 (即僅僅具有正峰值1007或負峰值1009)，表示阻塞通道110、120。相反，參考槳葉100的一階導數(shù)信號1001a具有雙極的開始信號部分1702 (即具有正峰值1007和隨后的負峰值1009)和與開始信號部分的極性相反的雙極的切斷信號部分1704 (即具有負峰值1009和隨后的正峰值1007)。不僅如此，測試槳葉100的一階導數(shù)信號1001b的開始信號部分1702具有振幅小于閾值峰值A (如25)的正峰值1007并且沒有負峰值1009 (如具有小于閾值峰值A的振幅)。正和/或負峰值振幅能夠用于確定通道阻塞的級別，例如，根據(jù)振幅與阻塞的一對一對應關系或其他關系。開始信號部分1702和切斷信號部分1704發(fā)生在對應的第二個周期1004和第四個周期1008期間。
[0088]為了評估812像素時間歷史，可以使用參考槳葉100或具有已證實未阻塞通道110、120的組件建立閾值A、B、N。不僅如此，使用自動化系統(tǒng)能夠自動地執(zhí)行這些操作。這些測試操作能夠提供槳葉100的定量分析，以便識別、評估和量化局部阻塞。不是查看凈氣流以確定存在阻塞，以及未必是阻塞位置不允許阻塞的槳葉100容易的再工作即修復。因為測試方法不要求控制或監(jiān)視入口或出口的溫度或壓力，所以測試系統(tǒng)700幾乎能夠在任何環(huán)境下運行并不需要確定凈能量平衡或精確地控制和監(jiān)視環(huán)境或空氣參數(shù)。不僅如此，本測試方法不要求精確的輻射度量溫度測量。相反，本測試方法分析每個圖像像素714的溫度-時間歷史的形態(tài)，未必是振幅。因此，槳葉的輻射率可以變化即不是理想的。
[0089]在某些實施中，測試系統(tǒng)700能夠用于確定內(nèi)部結構的阻塞級別以及/或者檢查在槳葉表面上沒有出口孔并在槳葉100之內(nèi)終止的內(nèi)部空腔。雖然許多壓縮加熱的空氣經(jīng)由具有出口孔122的通道120漏出，但是加熱空氣可以對流地加熱槳葉100的其他內(nèi)結構。正如圖16B展示，來自槳葉100的受熱內(nèi)壁114、124的熱量可以通過熱擴散過程朝向槳葉100的更冷的外表面102傳播。熱量通過槳葉100的壁擴散所需要的時間，能夠由槳葉100的材料(如金屬或超耐熱合金)的熱擴散率和槳葉壁104的局部厚度T確定。
[0090]壓縮空氣加熱的過程使熱量經(jīng)由槳葉壁104擴散，并且最終槳葉100的外表面102處的溫度上升，從而允許確定槳葉壁厚度T的變化。在槳葉100包括均勻超耐熱合金結構的實例中，在槳葉100從頭到尾熱擴散率可以相對不變。不僅如此，熱量經(jīng)由槳葉壁104擴散的傳播時間以及/或者槳葉表面溫度的最大振幅的變化可以與沿著槳葉100的槳葉壁的厚度T的變化相關聯(lián)。
[0091]圖18A分別提供對于未阻塞孔122、阻塞孔122和固態(tài)槳葉外表面102的示范溫度響應信號1000a、1000b。1000c。對應的數(shù)據(jù)捕獲自紅外攝像頭710，它以大約500Hz的幀速率操作，捕獲時間約I秒，氣流持續(xù)時間約500毫秒，氣流開始壓力約128psi。圖18B展示了圖18A所示的溫度響應信號1000a、1000b、IOOOc的第二個周期1004，它發(fā)生在壓縮占主導的時段期間。在第二個周期1004壓縮加熱周期期間以及緊隨其后，槳葉100的表面溫度單調(diào)上升。在顯示的實例中，在壓縮加熱周期即第二個周期1004期間，單調(diào)溫度上升發(fā)生在約14毫秒的周期上。溫度響應信號1000的單調(diào)上升部分1020能夠由熱像信號重建(TSR)增強，該過程允 許觀察溫度響應信號1000的無噪聲時間導數(shù)并顯著地增強了溫度響應信號1000對小變化的敏感性。TST過程的細節(jié)以及與本公開可結合的其他特征能夠發(fā)現(xiàn)于2004年5月18日提交的美國專利申請序列號10/848，274(發(fā)布為美國專利7，724,925)，其全部內(nèi)容在此引用作為參考。第二個周期1004之后，由于通過內(nèi)通道110、120的穩(wěn)態(tài)氣流和外部環(huán)境(可以為室溫)對槳葉外表面102的對流冷卻，表面溫度在第三個周期1006期間下降。整個過程能夠被紅外攝像頭710 (圖7)觀測并記錄，它運行的幀速率足夠快以捕獲瞬時加熱周期(如以至少150Hz的幀速率)。
[0092]為了確定槳葉壁厚度T的變化，可以分析在熱像測試期間捕獲的槳葉100的紅外圖像712。有效地改變壁厚度的、連接到內(nèi)冷卻通道的附屬物，比如全部設計為控制冷卻通道中對流氣流的導柱、支柱或湍流器，可以出現(xiàn)在這個周期期間的紅外圖像712中?？梢詧?zhí)行圖像712的檢查以確認這些結構被正確地鑄造。
[0093]圖19提供對具有內(nèi)通道的物體比如槳葉100確定局部壁厚度T的示范操作方案1900。這些操作包括接收1902a物體的熱擴散率或接收1902b物體的非局部壁厚度。這些操作還包括接收1904物體的溫度響應信號1000 (根據(jù)時間的溫度變化)，以及對溫度響應信號1000擬合1906透過瞬間均勻受熱板的一維擴散的數(shù)學表達式，以板厚度作為自由參數(shù)。該數(shù)學表達式式可以對溫度響應信號1000的單調(diào)上升部分1020擬合。這些操作包括確定1908被測試物體的壁厚度T。在某些實例中，這些操作包括對收到的熱圖像712的序列中每個對應像素714確定溫度響應信號1000，識別至少一條內(nèi)通道在熱圖像712上的位置，以及確定至少一條內(nèi)通道與物體表面之間的壁厚度。
[0094]作為替代，本方法可以包括測量物體表面(如槳葉表面104)上的每個點達到其最高溫度一半的時間，并且根據(jù)以下公式確定局部壁厚度T:
[0095]
【權利要求】
1.一種對界定至少一條內(nèi)通道(110、120)的組件(100)進行熱檢查的方法，所述方法包括: 在由所述至少一條內(nèi)通道(110、120)在所述組件(100)的表面(102)界定的至少一個出口孔(122)接收熱圖像(712)的連續(xù)序列； 傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道(110、120 ); 基于所接收的熱圖像，根據(jù)時間接收溫度響應信號(1000、1000a、1000b、1000c)； 確定所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b、1000c)的一階導數(shù)(1001、1001a、1001b、1005);以及 基于所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b、1000c)的所述一階導數(shù)(1001、1001a、1001b、1005)確定所述至少一條內(nèi)通道(110、120)的阻塞級別。
2.根據(jù)權利要求1的方法，進一步包括以至少150Hz的幀速率，優(yōu)選情況下以至少300Hz的幀速率捕獲所述熱圖像(712)。
3.根據(jù)任何一個前面的權利要求的方法，進一步包括將所測試組件(100)的所述溫度響應信號(1000、1000b)的所述一階導數(shù)(lOOlUOOlb)與未阻塞的至少一條內(nèi)通道(110、120)所對應的參考組件(100)的溫度響應信號(1000、1000a)的一階導數(shù)(1001、1001a)進行比較。
4.根據(jù)任何一個前面的權利要求的方法，進一步包括評估所接收的熱圖像(712)的像素時間歷史以識別氣流運動時間段(1004)和氣流切斷時間段(1008)，優(yōu)選情況下方式為識別所述溫度響應信號(100 0、1000a、1000b)的所述一階導數(shù)(1001、1001a、1001b)的峰值(1007、1009)。
5.根據(jù)權利要求4的方法，進一步包括將具有時間上正導數(shù)峰值(1009)后緊跟著負導數(shù)峰值(1007)的圖像像素(714)識別為對應于所述運動時間段(1004)，優(yōu)選情況下其中兩個導數(shù)峰值(1007、1009)都具有大于第一閾值峰值(A)的振幅，以及/或者將具有時間上負導數(shù)峰值(1007)后緊跟著正導數(shù)峰值(1009)的圖像像素(714)識別為對應于所述切斷時間段(1008)，優(yōu)選情況下其中兩個導數(shù)峰值(1007、1009)都具有大于第二閾值峰值(B)的振幅，所述第一和第二閾值峰值(A、B)可以相等。
6.根據(jù)權利要求5的方法，進一步包括識別若干圖像像素(714)，其中對于所述運動時間段(1004)和所述切斷時間段(1008)，所述被識別的正導數(shù)峰值(1007)與所述負導數(shù)峰值(1009)之間的差大于第三閾值(C)。
7.根據(jù)權利要求6的方法，進一步包括識別若干圖像像素(714)，具有的所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的一階導數(shù)(1001、1001a、1001b)在圖像捕獲幀的閾值數(shù)內(nèi)返回零的平衡范圍內(nèi)。
8.根據(jù)任何一個前面的權利要求的方法，進一步包括以電子方式顯示所測試組件(100)對應的圖像(712)，優(yōu)選情況下為熱圖像，所述圖像(712)的像素(714)表明通道阻塞的級別。
9.根據(jù)任何一個前面的權利要求的方法，進一步包括傳遞分開的離散加壓氣流脈沖的序列進入所述至少一條內(nèi)通道(110、120)，優(yōu)選情況下忽略所述空氣脈沖序列的第一個空氣脈沖對應的所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的部分。
10.一種對界定至少一條內(nèi)通道(110、120)的組件(100)進行熱檢查的方法，所述方法包括: 在由所述至少一條內(nèi)通道(110、120)在所述組件(100)的表面(102)界定的至少一個出口孔(122)接收熱圖像(712)的連續(xù)序列； 傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道(110、120)，所述出口孔(122)被安排或構造為排出空氣膜(126)跨越所述組件(100)的所述表面(102)； 基于至少一幅熱圖像(712)確定所述空氣膜(126)的形狀；以及 比較所確定的空氣膜形狀與參考形狀以判斷所述出口孔(122)是否滿足規(guī)格。
11.根據(jù)權利要求10的方法，進一步包括對于所接收的熱圖像(712)的每個對應像素(714)根據(jù)時間接收溫度響應信號(1000、1000a、1000b)，以及基于所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)確定所述空氣膜(126)的所述形狀。
12.—種對界定至少一條內(nèi)通道(110、120)的組件(100)進行熱檢查的方法，所述方法包括: 接收所述組件(100)的表面(102)的紅外圖像(712)的連續(xù)序列； 傳遞加壓的氣流脈 沖進入所述至少一條內(nèi)通道(110、120 ); 基于所接收的熱圖像(712)根據(jù)時間接收溫度響應信號(1000、1000a、1000b)； 接收所述組件(100)的熱擴散率； 對所接收的溫度響應信號(1000、1000a、1000b)擬合數(shù)學表達式；以及 確定所述組件(100)的壁厚度(T)。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中，所述數(shù)學表達式包括透過受熱板的一維擴散的表達式，以板厚度作為自由參數(shù)。
14.根據(jù)權利要求12或13的方法，進一步包括對所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)單調(diào)上升部分(1020)擬合數(shù)學表達式。
15.根據(jù)權利要求12-14中任何一個的方法，進一步包括以至少150Hz的幀速率，優(yōu)選情況下以至少300Hz的幀速率捕獲所述熱圖像(712)。
16.根據(jù)權利要求12-15中任何一個的方法，進一步包括對于所接收的熱圖像(712)的每個對應像素(714)確定溫度響應信號(1000、1000a、1000b)。
17.根據(jù)權利要求12-16中任何一個的方法，進一步包括識別所述至少一條內(nèi)通道(110,120)在所述熱圖像(712)上的位置以及確定所述至少一條內(nèi)通道(110、120)與所述組件(100)的表面(102)之間的壁厚度(T)。
18.—種對界定至少一條內(nèi)通道(110、120)的組件(100)進行熱檢查的方法，所述方法包括: 接收所述組件(100)的表面(102)的紅外圖像(712)的連續(xù)序列； 傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道(110、120 ); 基于所接收的熱圖像(712)根據(jù)時間接收溫度響應信號(1000、1000a、1000b)； 對在所述空氣脈沖傳遞運動時開始和在所述溫度響應信號(1000)達到最高溫度時結束的時間間隔出現(xiàn)的所述溫度響應信號(1000)的單調(diào)上升部分(1020)執(zhí)行熱像信號重建；以及將所述重建的溫度響應信號(1000)的一階導數(shù)(1001)與重建的參考溫度響應信號(1000)的對應一階導數(shù)(1005)以及所述重建的溫度響應信號(1000)的二階導數(shù)(1001)與所述重建的參考溫度響應信號(1000)的對應二階導數(shù)中的至少一個進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī)格。
19.根據(jù)權利要求18的方法，其中，所述熱像信號重建包括: 從所述溫度響應信號(1000)減去預激信號部分； 縮放平滑后溫度響應信號(1000)； 在確定所述溫度響應信號(1000)所用的原始數(shù)據(jù)點之間插值； 對所插值后的數(shù)據(jù)擬合低階多項式；以及 執(zhí)行所述數(shù)據(jù)的逆縮放以提供重建的數(shù)據(jù)集。
20.根據(jù)權利要求18或19的方法，進一步包括確定所述重建的溫度響應信號(1000)的所述一階導數(shù)(1001)。
21.根據(jù)權利要求18-20中任何一個的方法，進一步包括: 識別所述至少一條內(nèi)通道(110、120)在所述至少一個紅外圖像(712)上的位置；以及將在所述至少一條內(nèi)通道(110、120)的所識別的位置相符的一個或多個點處的重建的溫度響應信號(1000)的所述一階導數(shù)(1001)與重建的參考溫度響應信號(1000)的所述一階導數(shù)(1005)進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī)格，以及/或者 將在所述至少一條內(nèi)通道(110、120)的所識別的位置相符的一個或多個點處的重建的溫度響應信號(1000)的二階導數(shù)與重建的參考溫度響應信號(1000)的二階導數(shù)進行比較以判斷所述組件是否滿足規(guī) 格。
22.—種對界定至少一條內(nèi)通道(110、120)的組件(100)進行熱檢查的方法，所述方法包括: 接收所述組件(100)的表面(102)的紅外圖像(712)的連續(xù)序列； 傳遞加壓的氣流脈沖進入所述至少一條內(nèi)通道(110、120 ); 基于所接收的熱圖像(712)根據(jù)時間接收溫度響應信號(1000、1000a、1000b)； 識別在所述空氣脈沖傳遞運動時開始和在所述溫度響應信號達到最高溫度時結束的時間間隔出現(xiàn)的所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的單調(diào)上升部分(1020)；以及識別在所述空氣脈沖傳遞運動停止時開始和在所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)達到最低溫度時結束的時間間隔出現(xiàn)的所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的單調(diào)下降部分(1030)。
23.根據(jù)權利要求22的方法，進一步包括對所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的所識別的單調(diào)部分(1020、1030)中的至少一個擬合多項式表達。
24.根據(jù)權利要求22或23的方法，進一步包括將所述溫度響應信號(1000、1000b)與確認的組件(100)對應的參考溫度響應信號(1000、1000a)進行比較。
25.一種熱像測試系統(tǒng)(700)，包括: 壓縮空氣源(730)，被配置為與具有至少一條內(nèi)通道(110、120)的組件(100)相通地接收流體； 紅外攝像頭(710)，被布置為捕獲所接收的組件(100)的圖像(712);以及與所述紅外攝像頭(710)通信的計算設備(720)，所述計算設備在由所述至少一條內(nèi)通道(110、120)在所述組件(100)的表面(102)界定的至少一個出口孔(122)接收熱圖像(712)的連續(xù)序列；使所述空氣源(730)傳遞加壓的氣流脈沖進入所述組件(100)的所述至少一條內(nèi)通道(110,120)； 基于所接收的熱圖像(712)根據(jù)時間確定溫度響應信號(1000、1000a、1000b)； 確定所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的一階導數(shù)(1001、1001a、1001b);以及 確定基于所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b )的所述一階導數(shù)(1001、1001a、1001b)的所述至少一條內(nèi)通道(110、120)的阻塞級別。
26.根據(jù)權利要求25的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述紅外攝像頭(710)以至少150Hz的幀速率，優(yōu)選情況下以至少300Hz的幀速率操作。
27.根據(jù)權利要求25或26的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述計算設備(720)將所測試組件(100)的所述溫度響應信號(1000、1000b)的所述一階導數(shù)(lOOlUOOlb)與未阻塞的至少一條內(nèi)通道(110、120)所對應的參考組件(100)的溫度響應信號(1000、1000a)的一階導數(shù)(lOOlUOOla)進行比較。
28.根據(jù)權利要求25-27中任何一個的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述計算設備(720)評估所接收的熱圖像( 712)的像素時間歷史以識別氣流運動時間段(1004)和氣流切斷時間段(1008 )，優(yōu)選情況下方式為識別所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b )的所述一階導數(shù)(1001、1001a、1001b)的峰值(1007、1009)。
29.根據(jù)權利要求28的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述計算設備(720)將具有時間上正導數(shù)峰值(1009)后緊跟著負導數(shù)峰值(1007)的圖像像素(714)識別為對應于所述運動時間段(1004),優(yōu)選情況下其中兩個導數(shù)峰值(1007、1009)都具有大于第一閾值峰值(A)的振幅，以及/或者將具有時間上負導數(shù)峰值(1007)后緊跟著正導數(shù)峰值(1009)的圖像像素(714)識別為對應于所述切斷時間段(1008),優(yōu)選情況下其中兩個導數(shù)峰值(1007、1009)都具有大于第二閾值峰值(B)的振幅，所述第一和第二閾值峰值(A、B)可以相等。
30.根據(jù)權利要求29的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述計算設備(720)識別若干圖像像素(714)，其中對于所述運動時間段(1004)和所述切斷時間段(1008)，所述被識別的正導數(shù)峰值(1007)與所述負導數(shù)峰值(1009)之間的差大于第三閾值(C)。
31.根據(jù)權利要求30的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述計算設備(720)識別若干圖像像素(714)，具有的所述溫度響應信號(1000、1000a、1000b)的一階導數(shù)(1001、1001a、1001b)在圖像捕獲幀的閾值數(shù)內(nèi)返回零的平衡范圍內(nèi)。
32.根據(jù)權利要求25-31中任何一個的熱像測試系統(tǒng)，其中，所述計算設備(720)以電子方式顯示所測試組件(100)對應的圖像(712)，優(yōu)選情況下為熱圖像，所述圖像(712)的像素(714)表明通道阻塞的級別。
【文檔編號】G01K13/00GK103460000SQ201180014141
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年3月17日 優(yōu)先權日:2010年3月17日
【發(fā)明者】S·M·謝帕德, J·R·洛塔, T·阿麥德, B·B·喬德里 申請人:熱波成像股份有限公司